Some studies on carbohydrates in potato tubers

Summary Starch and pulp were isolated from three cultivars of potato tubers grown in four localities. The starch content in the pulp was determined by an enzymatic method which is shown to be more accurate than a polarimetric method. On an average, 94% of the starch was isolated and 5% remained in the pulp. The change in low-molecular weight carbohydrates in the potato tubers during storage for 2, 4, 7 and 11 weeks at 9 C was studied. Generally there was an increase of sucrose, glucose, fructose andmyo-inositol during the first 2–4 weeks of storage, followed by a diminishing decrease.     

Some aspects of total losses during storage and reconditioning of potato tubers

Summary Total losses during storage and reconditioning of several Polish varieties and strains in comparison with the American varietyKennebec are discussed. Several varieties or strains show such high losses that they are not acceptable for processing after storage. Susceptibility to loss is an attribute which must be taken into account when assessing varieties.     

The effects of handling on chip color and sugar content of potato tubers

Color of chips made from potatoes (Solanum tuberosum L.) subjected to handling treatments was darker than of non-handled tubers in nine of ten experiments. ‘Monona’ and ‘Rosa’ appeared to be more vulnerable to the adverse effects of handling than were ‘Kennebec’ and ‘Norchip,’ but all cultivars were affected. Levels of fructose and glucose were elevated by handling. Sucrose also increased in all cultivars except ‘Kennebec.’ The handling effect was most noticeable early (December) or late (March or April) in the storage season. The effect of chilling did not appear to be intensified by handling.     

Tensile properties of potato tubers

Mechanical properties of Kennebec and Russet Burbank potato tubers were computed from Force-elongation data on specimens cut from the tuber and tested in tension. Specimens cut from three locations in fresh and stored tubers were tested at varying strain rates at 70 F (21 C) and at 42 F (6 C). Results were analyzed for significant differences. Tests were conducted in 1964 and 1966. In spite of some differences in tuber condition and test and analysis methods, there was good agreement of results between the years. Mean values of properties for all tests were: tensile strength, 98 psi; strain at failure, 0.193 in./in.; and failure modulus (stiffness), 727 psi. Properties varied greatly with location in the tuber. The pith, in the center, is stronger and stiffer than the perimedullary zone surrounding it, and the skin-cortex exhibits different properties than either of these two. Storage affected properties at the skin and in the center much more than in the perimedullary zone. As strain rate increased, tensile strength and stiffness generally increased, and strain at failure decreased. Stiffness generally increased when temperature decreased. Effect of variety was mixed. One of the greatest problems in designing and using potato handling and processing equipment is damage to the potatoes. This lowers their market value and increases their susceptibility to disease and deterioration in storage. Various investigators, by dropping or hitting tubers experimentally or by following them through normal hanlling operations, have determined the external causes of damage to whole tubers and conditions that promote it. These experiments have yielded much needed information, but they tell little about the properties of th tubers that make them so susceptible to injury. Finney (2) and Timbers (7) have attempted to determine some of the mechanical properties of potato tubers and report them in engineering terms. This type of approach is necessary for an understanding of the behavior of potatoes in handling and processing operations. The purpose of this study is to determine mechanical properties of potato tuber tissue and report them in terms that will be usable by people who do further work in this area. Because at least some cracks in potatoes are caused by failure in tension, and because no record of tests on potato tissue in tension was found, these tests were conducted on specimens of potato tuber in tension.     

Phosphorus balance in potato tubers

Summary Tubers of virus-free Norland, Kennebec, Norchip, Russett Burbank, Red Pontiac, Norgold and Early Ohio potato varieties with a common environmental history were freeze-dried, and the major phosphorus-containing fractions determined. The method devised gave very reproducible values for phospholipid, nucleotide phosphorus, phytic acid phosphorus, starch phosphorus and nucleic acid phosphorus. Very little varietal differences were found as long as environmental factors were constant. The greatest variation was in inorganic phosphorus levels. There were no obvious relationships between protein level and any of the phosphorus-containing fractions.

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Zusammenfassung Unsere Arbeit über Kartoffelhybriden mit hohem Proteingehalt erforderte die Kenntnis der Interaktionen zwischen St?rke, Protein, Nukleins?ure und Nukleotiden, was wir in der Literatur nicht finden konnten. Es schien keine hinreichende Zusammenstellung über die wichtigsten phosphorhaltigen Komponenten von Kartoffelknollen zu geben, die unter bekannten Umweltbedingungen angebaut wurden. Eine Fraktionierungsmethode wurde ausgedacht, die es erm?glichte, das Total an Phospholipiden, Nukleotiden, Phytins?ure, St?rke und Nukleins?uren, das in gefriergetrocknetem Knollenpulver vorhanden ist, zu trennen und quantitativ zu bestimmen. Das Verfahren wurde an Knollen von sieben Kartoffelsorten angewendet, die unter streng vergleichbaren Umweltbedingungen angebaut wurden. Die Ergebnisse (Tabelle 1) waren-mit nur kleinen sortenbedingten Unterschieden-gut reproduzierbar und einheitlich, vorausgesetzt die Umweltbedingungen waren vergleichbar. Die Ergebnisse dienen als Vergleichswert, an dem man die Einflüsse von variierenden Ploidiestufen oder variierendem Proteinniveau in der Entwicklung von Hybriden mit hohem Proteingehalt messen kann. Die hohen St?rkegehalte stellten kein Hindernis für die Nukleins?ureausbeute unter unseren Extraktionsbedingungen dar (Tabelle 2).

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Résumé Notre étude sur les hybrides de pomme de terre, ayant une haute teneur en protéines, exigeait une connaissance des intéractions entre amidon, protéines, acides nucléiques et nucléotides, lesquelles étant introuvables dans la littérature. Aucun inventaire satisfaisant ne semble exister pour la plupart des constituants phosphorés de tubercules de pomme de terre se développant dans des conditions d'environnement connues. Une méthode de fractionnement a donc été con?ue, qui rend possible la séparation et la mesure quantitative des phospholipides, nucléotides, acide phytique, amidon et acides nucléiques totaux présents dans la poudre de tubercules lyophilisés. Le procédé a été appliqué sur sept variétés cultivées dans des conditions d'environnement comparables. Les résultats (tableau I) sont très reproductibles et uniformes, montrant peu de différences entre les variétés, en raison même des conditions de culture. Ils peuvent servir de référence pour qui veut évaluer l'effet des variations du degré de plo?die ou du taux de protéines en vue de l'obtention d'hybrides riches en protéines. Le taux élevé d'amidon ne présentait pas d'obstacle pour l'isolement des acides nucléiques, dans les conditions de notre extraction (tableau 2).

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This study was carried out while the senior author was a guest, on sabbatical leave, at the Laboratory of Plant Hardiness, Department of Horticultural Science and Landscape Architecture, University of Minnesota, St. Paul, MN 55108.     

Some effects of plant spacing on potato quality

Summary As plant population was increased so the dry matter content of the tubers increased, but delaying harvest had little such effect. Tubers of 2–3 cm (or 2.5–3.0 cm) had a lower dry matter content than tubers of 4.5–5.5 cm size at any one harvest. Increases in dry matter content were associated with increases in the disintegration of the tubers when cooked. The N content of the tubers was influenced by population, and although N content decreased and after-cooking blackening decreased with increasing plant population, after-cooking blackening was better related (inversely) to the K/N ratio of the tubers than to N content. Tubers from the later harvests had higher N, lower K and lower K/N ratio than those of a similar size at the earlier harvests. Published effects of fertilizer application on quality are related to similar effects obtained by varying the plant population.     

Amylase activity in potato tubers

Summary Amylase activity in extracts of sprouted tubers was optimised at final concentrations of soluble starch in the incubation medium of 0.6–2.0 mg cm⁻³. Optimum pH was 6. The exclusion of calcium ions from extraction and incubation media did not result in reduced enzyme activity. This, together with a shift in the absorption maximum of the starch-iodine complex almost identical to that observed with pure β-amylase, indicates the predominance of β-amylase in the extracts. Over a 15-min incubation period the linearity of the response was dependent upon the volume of tuber extract included in the assay medium. Gel filtration of extracts did not influence this response.     

Lipid distribution in potato tubers

Summary To elaborate on off-flavour development in dehydrated potato granules, lipids in subcellular particles and membrane systems of the tuber were investigated. Lipid acyl-hydrolase and lipoxygenase activities were suppressed in tuber homogenates by a buffer isolation medium of pH 7.8 containing nupercaine which minimized the breakdown of phospho- and galactolipids. Phospholipid, glycolipid and neutral lipid constitutents, their fatty acid composition, and unsaturation ratios were reported for amyloplasts, cell wall, microsomes, mitochondria, peroxisomes, and plasmalemma.

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Zusammenfassung Analysen von Kartoffelknollen wurden durch lipidabbauende Enzyme, Lipidacylhydrolase (LAH) und Lipoxygenase (LOX) behindert. Die LOX-Aktivit?t in handelsüblicherzugten Kartoffeln war hoch (Tabelle 1) und konnte durch gew?hnliche Inhibitoren nicht beeinflusst werden (Tabelle 2). Die LAH-Aktivit?t, die mit Phospholipiden (PL) und Galactolipiden als Substrate hoch war, wurde durch Nupercaine in verschiedenem Ausmass unterdrückt (Tabelle 3), dessen Weglassung w?hrend der Lipidanalyse von Kartoffelmembranen und subzellularen Partikeln hohe Lipidverluste verursachen k?nnte (Tabelle 4). Lipidergebnisse für mikrosomale Pr?parate, Mitochondrien, Peroxisomen, Plasmalemmen und St?rkek?rner (Tabellen 5–9) wurden wiedergegeben: nach Isolation bei pH 7,2, wenn die LOX-Aktivit?t nicht gehemmt war (Verfahren A); in einer Puffersubstanz von pH 7,8 ohne Nupercaine, wenn wohl die Aktivit?t von LOX unterdrückt war, nicht aber jene von LAH (Verfahren B); und bei pH 7,8 mit Nupercaine, wenn die Aktivit?t beider Enzyme unterdrückt war (Verfahren C). In den meisten Analysen zeigte die Lipidzusammensetzung, wenn die Aktivit?t beider Enzyme nicht unterdrückt wurde, eine entsprechende Anreicherung von PL, Sterollipiden und freien Fetts?uren (FFA) und ihrer Abbauprodukte sowie eine Abnahme im Gehalt an Galactolipiden. Kleine Mengen von Lipiden wurden in Form von Lipidpartikeln und verbunden mit Knollenzellw?nden gefunden (Tabelle 10). Die Fetts?urezusammensetzung des Gesamtlipids und einige besondere Lipidbestandteile und ihr Nichts?ttigungsverh?ltnis (UR) wurden nur für Verfahren C berechnet. Wenn dieses Verfahren weggelassen wurde, wie dargestellt mit Hilfe der St?rkelipid-Zusammensetzung, ergab sich nicht nur ein Verlust von Membran-PL und Galactolipiden. Fast die H?lfte der zurückgebliebenen neutralen Lipidfraktion war in Form von FFA in verschiedenen Graden oxydiert (Tabelle 9). Das UR der Gesamtlipide (TL) schwankte zwischen 0,4 und 2,9. Es war niedrig in der Zellwand, h?her im Plasmalemma und am h?chsten innerhalb der Zytoplasmamembranen. Das UR nahm dann bei den Vacuolen mit St?rkek?rnern ab. Die Bedeutung der Ergebnisse für die Bestimmung der Funktion von Lipiden in einem handelsüblichen Verfahren zur Herstellung von Püreepulver wirdt diskutiert.

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Résumé La dégradation enzymatique des lipides par la lipide acyl hydrolase (LAH) et par la lipoxygénase (LOX) génait l’analyse biochimique des tubercules de pomme de terre. L’activité de la LOX était importante dans les pommes de terre cultivées pour la commercialisation (tableau 1) et n’était pas affectée par les inhibiteurs courants (tableau 2). L’activité de la LAH, qui était forte avec les phospholipides (PL) et les galactolipides, était inhibée sur différents substrats par la nuperca?ne (tableau 3); l’absence de cette dernière durant l’analyse de la membrane et des organites intracellulaires du tubercule causait de fortes pertes en lipides (tableau 4). Les résultats obtenus avec les lipides des préparations de microsomes, mitochondries, peroxysomes, plasmalemme et de grains d’ amidon (tableaux 5 à 9) sont exposés; après isolement à pH 7,2 sans inhibition de l’activité de la LOX (procédé A); dans une solution tampon à pH 7,8 sans nuperca?ne alors que l’activité de la LOX est inhibée mais non celle de la LAH (procédé B); et à pH 7,8 avec nuperca?ne et inhibition de l’activité des deux enzymes (procédé C). Dans le cas où l’activité des deux enzymes n’était pas inhibée, la composition en lipides montrait un enrichissement relatif en PL, stérols, acides gras libres (FFA) et en leurs produits de dégradation ainsi qu’une diminution de la teneur en galactolipides. Une petite quantité de lipides était retrouvée sous la forme de particules lipidiques associées aux membranes cellulaires (tableau 10). L’étude de la composition en acides gras des lipides totaux et de quelques constituants lipidiques ainsi que la mesure de leur taux d’insaturation (U.R.) ont été effectuées seulement pour le procédé C. Quand ce procédé n’était pas employé, comme l’illustre la composition en lipides de l’amidon, il y avait non seulement une perte de PL et galactolipides membranaires mais la moitié de la fraction lipidique neutre retenue se trouvait sous la forme de FFA oxydés à différents degrés (tableau 9). L’U.R. des lipides totaux (TL) variait de 0,4 à 2,9; il était bas dans les membranes cellulaires, plus élevé dans le plasmalemme et le plus haut dans les membranes cytoplasmiques. L’U.R. diminuait dans les vacuoles contenant des grains d’amidon. L’intérêt de cette découverte pour la détermination des lipides au cours de la fabrication industrielle de granules de pomme de terre est discuté.

     

Ultrastructure of potato tubers infected with potato virus X

The ultrastructure of Katahdin tubers infected with potato virus X (PVX) is compared with PVX-free tubers by electron microscopy. Electron-dense globules surrounding the inner periphery of the tonoplast were observed in PVX-infected tubers, while PVX-free tubers did not show such bodies. Other organelles were comparable in PVX-infected and PVX-free tubers     

Efficacy of fungicides againstColletotrichum coccodes on potato tubers

Summary Thirty three fungicides were evaluatedin vitro andin vivo for the control of anthracnose, caused byColletotrichum coccodes (Wallr.) Hughes. Three promising fungicides, thiram, captafol wp and sc and prochloraz, were identified by a filter paper-disc plate method, but only prochloraz had an effect when using a fungicide plate method. None of the fungicides adequately controlled anthracnosein vivo.     

Surface area estimation of potato tubers

Summary Surface areas of tubers of the potato cultivars Cara, Désirée, King Edward and Maris Piper were estimated empirically by measuring the area of adhesive tape required to cover each tuber surface. Measuring the area of thin peelings of all four cultivars underestimated tuber surface area, the degree of underestimation increasing with decreasing tuber size. ‘Shape factors’ (D), calculated as:D = surface area/volume^2/3, varied with tuber size and variety (overall mean = 5.070±0.0245;n=56), but would be suitable for estimating the surface areas of similarly-sized tubers of a single cultivar. A mathematical model which used a surface integral to estimate a tuber's surface area from its axial dimensions and volume closely approximated to the empirical estimates of surface area for all four cultivars, and would be preferable to the use of shape factors when estimating surface areas of potatoes with variable shapes or unknownD values.

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Zusammenfassung Es wurden verschiedene Methoden zur Sch?tzung der Oberfl?chengr?sse an Knollen der Kartoffelsorten Cara, Désirée, King Edward und Maris Piper verglichen. Die Knollenform war abh?ngig von Sorte und Gr?sse (Abb. 1A). Empirische Sch?tzungen der Oberfl?chengr?sse erhielt man, in dem mit Hilfe eines transportablen Fl?chenmeters der Fl?cheninhalt eines undurchsichtigen Klebebandes bestimmt wurde, das in dünnen Streifen von der Oberfl?che abgeschnitten worden war. Der ‘Formfaktor’ (D), der an Hand der Gleichung 1 errechnet wurde, war bei allen Sorten mit Ausnahme von Cara bei grossen Knollen gr?sser als bei kleinen. Cara hatte auch signifikant niedrigere Werte als die 3 anderen Sorten (Abb. 1B). Diese Variationen bei denD-Werten verursachten sorten- und gr?ssenabh?ngige Fehler in den Voraussagen mittels eines zuvor ver?ffentlichten Formfaktormodells (Abb. 2A). Bei allen Sorten wurde bei Fl?chenmessungen dünner Schalen die wahren Oberfl?chen stets untersch?tzt, wobei sich der Grad der Untersch?tzung mit der Verringerung der Knollengr?sse erh?hte (Abb. 2B). Dieser Effekt wurde auf die offenbare Reduktion des Knollenradius bezogen, die aus der Abplattung der Schalen bis auf eine begrenzte St?rke resultiert. Ein mathematisches Modell, das ein Oberfl?chenintegral (Gleichung 3 oder 4) zur Sch?tzung der Knollenoberfl?che an Hand der Achsenausdehnungen und des Volumens benutzte, ergab ohne signifikante Abh?ngigkeit von der Knollengr?sse bei allen 4 Sorten eine gute Ann?herung an die tats?chliche Oberfl?chengr?sse (Abb. 2C). Das Modell wurde verwendet, um die Sch?leffekte auf die Oberfl?chensch?tzung nachzuahmen, indem die Reduktion der Achsenausdehnungen durch die Schalendicke in die Rechnungen einbezogen wurde (Abb. 3A und 3B).

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Résumé Différentes méthodes utilisées pour évaluer la superficie ont été comparées sur des tubercules des variétés Cara, Désirée, King Edward et Maris Piper. La forme des tubercules dépendait de la variété et de la taille de ceux-ci (fig. 1A). Empiriquement, l'évaluation de la superficie était obtenue en utilisant un ruban adhésif mince autour du tubercule et en mesurant la surface de celui-ci à l'aide d'un planimètre. Dans ce cas, les ‘facteurs de forme’ (D) calculés selon l'Equation 1 s'avéraient plus élevés pour les gros tubercules que pour les petits chez toutes les variétés sauf chez Cara: cette dernière ayant des valeurs significativement plus petites que celles des trois autres variétés (fig. 1B). Ces variations des valeurs deD, données par la variété et la taille des tubercules apportaient une erreur dans la prévision d'un modèle mathématique applicable à la forme (fig. 2A). La mesure par prélèvement d'une mince couche de peau sur toutes les variétés surestimait invariablement la supercifie des tubercules et cette surestimation s'accroissait avec la diminution de leur taille (fig. 2B). Cet effet pouvait être associé à une réduction apparente du rayon du tubercule due aux pelures d'épaisseur constante. Un modèle établi en fonction de la surface intégrale (Equation 3 ou 4) permettait d'évaluer la superficie du tubercule en fonction de ses dimensions axiales et de son volume et donnait une bonne approximation de la superficie réelle pour les quatre variétés, sans dépendance significative de la taille des tubercules (fig. 2C). Ce modèle était utilisé pour simuler les effets du pelage des pommes de terre par rapport à leur superficie en intégrant dans les calculs les dimensions des tubercules avant et après le pelage (fig. 3A et 3B).

     

The respiration of developing potato tubers

Summary The rate of O₂-uptake and CO₂-output, at 10°C., of tubers (var.Majestic) soon after they were formed at the end of June was about 50 ml/kg/hr, and fell during development to final values, before the death of the foliage, of the order of 4–5 ml/kg/hr. The quotient CO₂/O₂ remained within the range 0,85–1,19. The respiration of the tubers per plant calculated for field temperature, rose from about 6–7 ml/hr at the end of June to a peak value of 25–30 ml/hr in mid-August and thereafter fell. The results given here, coupled with observations on foliage respiration, and on the effect of temperature on respiration, suggest that increased respiration plays only a minor part in the reduction in yield which is observed at high temperatures. The mechanism of this reduction is discussed.

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Zusammenfassung Die O₂-Aufnahme und CO₂-Abgabe bei 10°C durch Knollen der SorteMajestic belief sich kurz nach ihrer Bildung am Ende Juni auf ungef?hr 50 ml/kg/Std. und field w?hrend der Weiterentwicklung bis zum Absterben des Krautes auf den Endwert 4–5 ml/kg/Std. (abb, 1 und 2). Der Quotient CO₂/O₂ blieb innerhalb des Bereiches von 0,85–1,19. Die Atmung aller Knollen pro Pflanze — berechnet für Feldtemperaturen — stieg von ungef?hr 6–7 ml/Std. Ende Juni auf einen H?chstwert von 25–30 ml/Std. um Mitte August, wenn die Knollen sich ihrer maximalen Gr?sse n?herten oder sie erreicht hatten, aber immer noch mit dem Blattwerk verbunden waren. Nachher fielen die Werte für die Atmung der Knollen pro Pflanze. Die Erstellung einer Kohlenstoffbilanz ergab ungef?hr, dass in der Mitte der aktivsten Periode des Knollenwachstums im Jahr 1961 die durchschnittliche t?gliche, von der Pflanze assimilierte Menge von CO₂ etwa 14 g betrug. Davon wurden zirka 13% in die Trockensubstanz des Krautes eingebaut, etwa 7% wurden durch das Kraut veratmet und der Rest in die unterirdischen Teile abgeführt, wo weitere 2% für das Wachstum und die Atmung der Wurzeln und ungef?hr 7% für die Atmung der Knollen verbraucht wurden. Etwas mehr als 70% gelangten in die Trockensubstanz der Knollen. Die hier wiedergegebenen Resultate, verbunden mit Beobachtungen über die Wirkung der Temperatur auf die Atmung, deuten an, dass erh?hte Atmung nur von geringerer Bedeutung ist für die bei hohen Temperaturen beobachtete Verminderung des Ertrags. Die Art und Weise dieser Ertragseinbusse wird besprochen.

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Résumé Les quantités d'oxygène (O₂) absorbées et d'anhydride carbonique (CO₂) exhalées à 10°C, par des tubercules de la variétéMajestic sit?t après leur formation à la fin juin est d'environ 50 ml/kg/h; ces quantités tombent durant le développement, avant la mort du feuillage, à des valeurs finales de l'ordre de 4–5 ml/kg/h (fig. 1 et 2). Le rapport CO₂/O₂ restait dans les limites 0,85–1,19. La respiration des tubercules d'une plante, calculée à la température du champ, s'élevait de quelque 6–7 ml/h à la fin juin, à la valeur maximum de 25–30 ml/h à la mi-ao?t, au moment où les tubercules avaient atteint ou presque leur grosseur maximum mais étaient encore attachés à un feuillage en fonctionnement. Après cela, la respiration des tubercules d'une plante diminuait. Un bilan approximatif du carbone indiquait qu'à la moitié de la période la plus active de croissance du tubercule, en 1961, la quantité moyenne journalière de CO₂ assimilée par la plante était d'environ 14 g. De ceux-ci, 13% environ sont incorporés dans la matière sèche des fanes, quelque 7% sont utilisés dans la respiration des fanes, le restant étant transféré dans la partie souterraine; 2% sont alors utilisés dans la croissance et la respiration des racines, 7% environ dans la respiration des tubercules et 70% au moins sont incorporés dans la matière sèche des tubercules. Ces résultats et ceux provenant d'observations sur l'effet de la température sur la respiration suggèrent que l'accroissement de la respiration joue seulement un r?le mineur dans la réduction de rendement observée à hautes températures. Le mécanisme de cette diminution de rendement est discuté.

     

Identification of galactinol in potato tubers

Summary An oligosaccharide detected by gas chromatography of trimethylsilyl derivatives of potato extracts has been isolated and identified as galactinol, 1-0-α-D-galactopyranosyl-(1R)-myo-inositol. Galactinol was not detected in freshly harvested tubers, but 0.1% was found in cold-stored tubers. The level of this sugar decreased during reconditioning of cold-stored potatoes. A laboratory cooperatively operated by the Eastern Utilization Research and Development Division. Agricultural Research Service, United States Department of Agriculture; Minnesota Agricultural Experiment Station, North Dakota Agricultural Experiment Station; and the Red River Valley Potato Growers’ Association.