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Physiological approach to the analysis of some complex characters of potatoes

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Summary

An attempt was made to show the possibility of analysis of the phenotypic as well as genotypic make-up of two complex physiological characters of cultivated potatoes. The complex characters were the yielding capacity and the water relations. The components of the first were analysed for some potato varieties by the method of growth analysis. For the analysis of their water relations the ability to retain water in the plant tissues and to regulate its output by transpiration were determined. It was shown that in different potato varieties the make-up of the complex characters studied may differ. It was shown that it is possible to design, for practical breeding purposes, model (type) plants with regard to the phenotypic as well as genotypic make-up of both the complex characters mentioned.

Zusammenfassung

Schwierigkeiten bei der genetischen und züchterischen Arbeit mit einigen komplexen Eigenschaften von Pflanzen sind die Ursache, weshalb etliche Forscher versuchen, eine effektive Annäherung betreffend eine Analyse solcher Komplexe zu finden. Die wichtigsten Komponenten einer komplexen Eigenschaft, denen man mit einfachen und angemessenen Methoden näherkommt, können dann besser verstanden und durch Züchtungsmethoden verbessert werden. Zwei komplexe Eigenschaften der Kartoffel — Ertragsfähigkeit und Wasserhaushalt — wurden in der vorliegenden Arbeit von diesem Standpunkt aus untersucht.

Zur Untersuchung der Ertragsfähigkeit verwendeten wir Wachstumsanalyse. Es hat sich gezeigt, dass spezifische Sortenunterschiede in der entsprechenden Wachstumsrate und dem Blattflächenverhältnis signifikant klarer zutage treten, wenn sie auf die Trockensubstanz der Pflanze ohne Knollen bezogen werden (siehe Abb. 1). Die Unterschiede in der relativen Wachstumsrate und der Nettoassimilationsrate bei drei Paaren von Sorten, die sich in der Vegetationsdauer (Frühreife) unterscheiden, sind in Abb. 2 dargestellt. Unterschiede in Blattflächenindex und Blattflächenverhältnis bei den gleichen drei Paaren von Sorten werden in Abb. 3 gezeigt. Die Bedeutung dieser Unterschiede in der Analyse der Struktur der Ertragsfähigkeit wird diskutiert.

Zur Untersuchung des Wasserhaushaltes benützten wir die Unterschiede in den osmotischen Werten sowie den Wasserverlust durch die Transpiration. Der Verlauf der gesamten osmotischen Werte in drei oberirdischen Hauptorganen geht aus Abb. 4A hervor. Die Beziehungen zwischen den gesamten osmotischen Werten und zwei wichtigen osmotischen Teilwerten in den Blättern ist in Abb. 4B dargestellt. Sortenbedingte Unterschiede in den osmotischen Werten dürften entweder durch eine Abnahme der Bodenfeuchtigkeit (Klimakammer), wie in Abb. 5 gezeigt, verursacht worden sein, oder sie könnten sich während der ganzen periode bei jeder Bodenfeuchtigkeit (Feld) gezeigt haben, wie aus Abb. 6 zu ersehen ist. Das gleiche gilt auch für den Wasserverlust durch Transpiration, ausgedrückt durch eine Transpirationskurve. Die während der ganzen Periode vorhandenen Unterschiede sind in den Abb. 7 und 9 dargestellt. Die nur durch eine Abnahme der Bodenfeuchtigkeit entstandenen Unterschiede sind in Abb. 8 angegeben. Die Bedeutung dieser Unterschiede im Wasserhaushalt von Kartoffelsorten wird besprochen. Ferner wird auf die Möglichkeit verwiesen, diese bei der Untersuchung einer solch komplexen Eigenschaft, wie der Wasserhaushalt, zu berücksichtigen.

Résumé

Les difficultés causées dans les travaux de génétique et d'amélioration par plusieurs caractères complexes des plantes ont entraîné plusieurs chercheurs à s'efforcer de trouver une méthode d'approche efficace pour l'analyse de tels complexes. Les composants les plus importants d'un caractère complexe, que l'on peut approcher par des méthodes simples et adéquates, peuvent ainsi être connus et exploités dans les méthodes d'amélioration. La présente publication rapporte l'étude, de ce point de vue, de deux caractères complexes: la capacité de production et les relations plante-eau.

Pour l'analyse de la capacité de production, on a utilisé l'analyse de la croissance. L'étude a montré que les différences spécifiques variétales dans la vitesse relative de croissance et la proportion de surface foliaire peuvent être mis en évidence d'une manière plus significative si elles sont reliées à la teneur en matière sèche de la plante sans les tubercules (fig. 1). La figure 2 montre les différences dans la vitesse relative de croissance et la vitesse d'assimilation nette dans trois paires de variétés différant dans leur longueur de végétation (précocité). La figure 3 montre les différences dans l'index de surface foliaire et la proportion de surface foliaire dans les mêmes trois paires de variétés. L'auteur discute de la signification de ces différences dans l'analyse de la structure de la capacité de production.

Pour l'analyse des relations plante-eau, l'auteur a utilisé les différences des pressions osmotiques et de sorties d'eau par transpiration. Il est possible de voir dans la figure 4A l'évolution des pressions osmotiques totales dans les trois principaux organes aériens. La figure 4B montre les relations entre les valeurs osmotiques totales de deux valeurs principales partielles dans les feuilles. Les différences variétales dans les pressions osmotiques peuvent être révélées soit par le diminution de l'humidité du sol (chambre végétative) comme l'indique la figure 5, soit par l'humidité du sol en champ pendant la période entière de croissance, comme le montre la figure 6. La même chose est valable pour les pertes d'eau par transpiration exprimées par une courbe de transpiration. Les différences exprimées durant l'entièreté de la saison sont données par les figures 7 et 9 et les différences révélées seulement par la diminution de la teneur en eau du sol sont montrées dans la figure 8. L'auteur discute de la signification des différences dans leurs relations avec l'eau des variétés de pomme de terre et montre les possibilités d'utiliser ces données dans les analyses de la structure d'un caractère aussi complexe que les relations ‘plante-eau’.

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Nečas, J. Physiological approach to the analysis of some complex characters of potatoes. Potato Res 17, 3–23 (1974). https://doi.org/10.1007/BF02361866

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