Assessment of the non-freezing cold sensitivity of wild and cultivated potato genotypes by chlorophyll fluorescence analysis

Summary

Relative cold tolerances were determined for 18 genotypes of wild and cultivated potato (Solanum spp.); eleven were from high altitude and were considered to be adapted to cold environments, and the remaining seven were cultivars ofS. tuberosum of which four originated from Chile. Relative cold sensitivity of the genotypes was measured by the decrease in the rate of the induced rise in chlorophyll fluorescence in leaflets kept at 0°C in the dark. Most wild species showed a greater tolerance to the low temperature and the results show a large genotypic range within theSolanum spp. for cold tolerance at 0°C. genotypes ofS. tuberosum showed a large range in cold sensitivity. This genotypic range in cold sensitivity, the use of chlorophyll fluorescence analysis as a screening technique and the relationship betweenF _R andF _var are discussed.

Zusammenfassung

Für 18 Genotypen wilder und kultivierter Kartoffeln (Solanum spp.) wurden die Kältetoleranzen ermittelt. Elf der Genotypen waren Wildspezies und galten als adaptiert an kalte Umgebungen. Die restlichen sieben waren Sorten vonS. tuberosum, von denen vier aus Chile stammten. Die relative Kältesensibilität der Genotypen wurde anhand des Rückgangs des Ausmasses des induzierten Anstieg der Chlorophyll-Fluoreszenz in Blättchen bei 0°C im Dunkeln gemessen, und wurde in Form der Zeit für einen 50 %igen Rückgang derF _R (maximale Rate des induzierten Anstiegs der Chlorophyll-Fluoreszenz) im Vergleich zur Kontrolle registriert. Die Mehrzahl der wilden Spezies zeigte eine höhere Toleranz für niedrige Temperatur, und die Ergebnisse zeigen eine grosse genotypische Schwankungsbreite für Kältetoleranz bei 0°C innerhalb derSolanum-Spezies.S. albicans zeigte die grösste Toleranz gegenüber Stress mit einem Kältetoleranz-Wert von 78 Stunden,S. tuberosum (CPC 3294) nur einem Wert von 24 Stunden für einen 50%igen Rückgang derF _R. Eine grosse genotypische Bandbreite scheint innerhalb vonS. tuberosum zu bestehen (Tabelle 1), welche sich als sehr wichtig für die Züchtung kältetoleranterer Sorten erweisen könnte. Gegenüber europäischen Sorten zeigten die chilenischen die grössere Toleranz für niedrige Temperatur. Dennoch erwies sich die Sorte Moira kältetoleranter als andere europäische Sorten.

Die in dieser Studie verwendete Chlorophyll-Fluoreszenz-Methode ist ein Schnelltest mit Anwendung von einzelnen Blättchen, und, wie alle Kurzzeittests dieser Art, erfordert er Sorgfalt bei der Anwendung und bei der Ausdehnung der Ergebnisse auf die Pflanze als Ganzes und zum jeweiligen Wachstumsstadium über die Vegetationsperiode. Dennoch erweist sich die Möglichkeit, anhand der Chlorophyll-Fluoreszenz-Analyse sowohl inter-als auch intraspezifisch Abstufungen in der Kältetoleranz zu unterscheiden, bei wilden und kultivierten Kartoffelspezies als potentieller Anwendungsbereich für die Methode, in zukünftigen Kartoffelzüchtungs-Programmen auf Kältetoleranz zu selektieren.

Résumé

La tolérance relative au froid de 18 génotypes d'espèces sauvages et cultivées deSolanum a été déterminée. Onze étaient des espèces sauvages considérées comme adaptées à des conditions d'environnement froides et sept étaient des variétés deS. tuberosum, parmi lesquelles quatre originaires du Chili. Comparativement à des témoins non traités la relative sensibilité au froid étai évaluée par la perte d'intensité de fluorescence de la chlorophylle provenant de folioles conservées à 0°C dans l'obscurité. La majorité des espèces sauvages se montrait plus tolérante vis à vis des basses températures; dans l'ensemble les résultats mettaient en évidence une large gamme de tolérance à 0°C pour les espèces deSolanum: S. albicans était le plus tolérant au stress avec un temps de 78 heures alors queS. tuberosum (CPC 3294) y était le moins avec seulement 24 heures pour obtenir une extinction de la fluorescence de 50%. La gamme de tolérances rencontrée chezS. tuberosum (tableau 1) pourrait s'avérer très importante pour une hybridation ayant comme objectif l'obtention des variétés plus résistantes au froid. Les variétés chiliennes montraient une plus grande tolérance aux basses températures que les variétés européennes cependant, parmi ces derniéres, ‘Moira’ était plus tolérante au froid que les autres.

La méthode d'évaluation basée sur la fluorescence de la chlorphylle utilisée dans cette étude est un test rapide n'utilisant que quelques folioles et, comme pour tous les tens simples et rapides, il est nécessaire d'être prudent avant de transposer les résultats obtenus à la plante entière et à toutes les époques de la période de croissance de la plante. Cependant la capacité de cette méthode à déceiler des degrés de tolérance au froid entre espèces sauvages et entre celles-ci et les variétés cultivées suggère un usage possible pour la détection de ce caractère dans les futurs programmes d'hybridation de la pomme de terre.