Heterosis and combining ability ofSolanum tuberosum Group Andigena haploids

Summary

Combining ability analysis was done on a diallel cross of a random sample of four different cultivated diploid potato populations (Solanum tuberosum Group Andigena haploid, Gp. Tuberosum haploid, Gp. Phureja and Gp. Stenotomum) to determine the amount of heterosis and the gene action involved in the inheritance of tuber yield, fresh vine yield, total plant accumulation (tuber+vine) fresh and dried, dry vine yield and density (specific gravity). The analyses of variance on data from two locations demonstrated significant general combining ability for most traits, indicating a preponderance of additive gene action. Specific combining ability was not significant for any of the traits. Heritabilities for the more important traits such as tuber yield and density were large enough to ensure progress from selection.

Zusammenfassung

Es wurde die Analyse der Kombinationsfähigkeit einer diallelen Kreuzung von einer zufälligen Auswahl aus vier verschiedenen kultivierten diploiden Kartoffelpopulationen —Solanum tuberosum Gruppe Andigena (haploid, AH), Gruppe Tuberosum (haploid, TH), Gruppe Phyreja (PHU) und Gruppe stenotomum (STN) — durchgeführt, um das Ausmass an Heterosis und Genwirkung zu ermitteln, welches an der Vererbung von Knollenertrag, Ertrag von frischem Kraut, gesamter pflanzlicher Akkumulation (Knollen und Kraut, frisch und getrocknet), trockenem Krautertrag und Dichte beteiligt war.

Das mittlere Gesamtgewicht an Knollen (Tab. 2) war für die TH×STN-F₁-Hybriden (0,75 kg/Pflanze) am höchsten, danach folgte TH×PHU (0,59 kg/Pflanze), AH×TH (0,38 kg/Pflanze) und AH×PHU (0,23 kg/Pflanze). Eine ähnliche Folge der Mittelwerte war beim Gewicht von Knollen+Kraut und bei der Gesamtproduktion an Trockenmasse zu beobachten. Bei Gewicht von frischem und trockenem Kraut hatten gewöhnlich die AH-Hybriden den höchsten Ertrag. Die STN-Hybriden ergaben hohe Dichte.

Beim Vergleich mit den Elternmittel-Werten glichen oder übertrafen die Hybriden diese in allen sechs Eigenschaften (Tab. 2). Die TH, STN und PHU-Hybriden übertrafen das elterliche Mittel entsprechend um 135, 145 und 117%. Die Hybriden aller vier Elternpopulationen übertrafen das elterliche Mittel bei Gesamttrockenmasse und drei der vier Hybriden beim Gewicht von Knollen+Kraut. Die Dichte aller Hybriden glich dem Elternmittel-Wert, der potentielle Bereich des prozentualen elterlichen Mittels ist jedoch gering. Die F₁-Hybriden übertrafen ohne Ausnahme das elterliche Mittel für Gesamtgewicht der Knollen, Gewicht von Knollen+Kraut und Gesamtproduktion von Trockenmasse (Tab. 2).

Die mittleren Quadrate der allgemeinen Kombinationsfähigkeit (GCA) waren hochsignifikant für Gesamtgewicht der Knollen, Gewicht des frischen Krautes, Trockengewicht des Krautes und Dichte, dagegen nichtsignifikant für die Gesamtakkumulation bei frischen und bei getrockneten Pflanzen (Knollen+Kraut, Tab. 3). Ebenso wenig waren die mittleren Quadrate für spezifische Kombinationsfähigkeit (SCA) für eine der Eigenschaften signifikant. Eine starke GCA×Standort-Wechselwirkung zeigte sich bei Gesamtgewicht an Knollen und bei Gesamttrockenmasse, sie wurde deshalb von GCA eliminiert, um die Vererbung dieser Eigenschaft in engerem Sinne zu berechnen. Gesamtgewicht der Knollen (h ² =0,875) und Dichte (h ²=0,703) zeigten hohe Vererbbarkeit, während gesamte pflanzliche Akkumulation (Knollen+Kraut) frisch (h ²=0,040) und trocken (h ²=0,184) niedrige Vererbbarkeit zeigten. Gewicht von frischem Kraut (h ²=0,499) und von getrocknetem Kraut (h ²=0,573) ergaben mässige Vererbbarkeit. Daraus wurde geschlossen, dass additive Geneffekte als wichtig bei der Verbesserung dieser Populationen anzusehen sind.

Sogar bei bekannten nachteiligen Effekten wie grosser Tageslänge und hoher Temperatur auf die Knolleninitiierung und-entwicklung, erhöhten die im Kurztag kultivierten und in dieser Arbeit verwendeten südamerikanischen Gruppen AH, STN und PHU im Hybridstadium die Knollenbildung beträchtlich, obwohl die maximale Vitalität der Hybriden hinsichtlich der Knollenbildung durch die ungünstige Photoperiode beeinträchtigt war. Die gesamte pflanzliche Akkumulation (Knollen+Kraut) mag ein guter Indikator für Heterosis-bedingte Reaktionen sein, die gesamte Akkumulation an Trockenmasse (Knollen+Kraut) erscheint jedoch zur Ermittlung der Heterosis in nichtadaptiertem Material noch geeigneter.

Résumé

L'analyse de la capacité de combinaison a été faite sur un échantillon issu de croisement diallèle, pris au hasard dans les populations de quatre types de pommes de terre diploïdes cultivées:Solanum tuberosum groupe Andigena haploïdes (AH), groupe Tuberosum haploïde (TH), groupe Phureja (PHU) et groupe Sténotonum (STN) pour déterminer le degré d'hétérosis et l'effet génétique dans la transmission du rendement en tubercules et en fanes, de la production totale (tubercules+fanes) par rapport à la matière fraîche et à la matière sèche, de la densité.

La moyenne du poids total de tubercules (tableau 2) a été la plus élevée pour l'hybride F₁, TH×SIN (0,75 kg/butte) suivie par TH×PHU (0,59 kg/butte), AH×TH (0,38 kg/butte) et AH×STN (0,32 kg/butte). Un classement analogue des moyennes a été obtenu pour le poids des tubercules plus celui des fanes et la production totale de matière sèche. En ce qui concerne le poids des fanes fraîches et sèches, les hybrides AH ont eu généralement le rendement le plus haut. Les hybrides STN ont donné une densité élevée.

Quand les hybrides ont été comparés au ‘mid parent’ (voir définition tableau 2) leur valeur a généralement dépassé celle de ce dernier pour les six critères (tableau 2). Les hybrides TH, STN et PHU ont dépassé respectivement le rendement total en tubercules du ‘mid parent’ de 135, 145 et 117%.

Les hybrides des quatre populations parentales ont dépassé le ‘mid parent’ pour la matière sèche totale, et trois d'entre eux pour les poids de tubercules plus fanes. La densité a égalé la valeur du ‘mid parent’ pour tous les hybrides, mais la fourchette du pourcentage au niveau de ce critère était petite pour le ‘mid parent’. Les performances des hybrides F₁ ont été supérieures à ce dernier pour le poids total de tubercules, le poids de tubercules plus fanes et la production totale de matière sèche (tableau 2).

Les carrés des moyennes de la capacité générale de combinaison (GCA) ont été hautement significatifs pour le poids total des tubercules, le poids de fanes fraîches et sèches et la densité; toutefois, il n'ont pas été significatifs pour la production de matière fraîche et sèche du total tubercules plus fanes (tableau 3). Les carrés des moyennes de la capacité spécifique de combinaisons (SCA) n'ont été significatifs pour aucun des critères. Une forte interaction GCA×localité a été observé pour le poids total des tubercules et la matière sèche totale; elle a été éliminée de la GCA pour le calcul précis de la transmission à ce niveau. On a déduit de ces résultats que l'effet des gènes additifs a été important vis à vis de ces populations.

Même avec l'action des jours longs et des températures élevées, préjudiciables à l'initiation de la tubérisation et au développement des tubercules, les groupes Sud Américains cultivés AM, STN et PHU, atilisés dans cette étude, ont accru la tubérisation au stade hybride bien que leur vigueur maximum ait été pénalisée par une photopériode défavorable. La production totale de matière fraîche (tubercules+fanes) peut être un bon indicateur de la réponse à l'hétérosis, mais la production totale de matière sèche (tubercules+fanes) est souvent meilleure pour la détermination de l'hétérosis d'un matériel inadapté.