In vitro adventitious bud techniques for vegetative propagation and mutation breeding of potato (Solanum tuberosum L.). 1. Vegetative propagation in vitro through adventitious shoot formation

Summary Rachis, petiole and leaflet-blade explants of potato were either not irradiated or irradiated with different doses of X-rays. The effect of X-ray dose, explant type and explant position on adventitious shoot formation of in vitro cultured explants and on subsequent root formation of subcultured shoots was examined. The in vitro method of vegetative propagation resulted in the production of 3167 plantlets from 457 explants (with subcultured shoots), at least 4 months after incubation.

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Zusammenfassung Hauptachsen-, Blattstiel- und Fiederblatt-Gewebestückchen von Kartoffeln wurden von verschiedenen Stellen isoliert und entweder nicht bestrahlt oder mit verschiedenen Dosen von X-Strahlen bestrahlt. Die isolierten Pflanzenteile wurden auf MS-N?hrb?den erg?nzt mit 0,8 % Agar, 5 % Saccharose, BAP und IAA (1 mg/l) und GA₃ (10 mg/l), kultiviert. Die Gewebe wurden einer Tagesl?nge von 14 h, einer Temperatur von 20 °C und 70–80 % relativer Feuchtigkeit ausgesetzt. Die ersten Nebentriebe erschienen 3–6 Wochen nach der Inkubation (Abb. 6 und 7). Bei 94,7 % der nicht befallenen Kontrollgewebe wurden neue Triebe (≥1 cm) gebildet (Tabelle 1a). Bestrahlung versp?tete und reduzierte die Neubildung von Trieben; diese Reduktion schien mehr oder weniger unabh?ngig vom Typ des Gewebes und proportional zur Dosis der X-Strahlen zu sein. Die Gewebestelle beeinflusste die Nebentriebbildung nur wenig (Tabelle 1b). Die ersten Triebe (≥1 cm) wurden aus den Kontrollgeweben abgeschnitten und für die Bewurzelung auf MS-N?hrboden, erg?nzt mit 0,5 % Agar, 2 % Saccharose und 0,1 mg/l IAA, 19 Wochen nach Inkubation nachgebaut. Die Anzahl der grossen, nachgebauten Triebe pro Gewebe nahm mit steigender Dosis der X-Strahlen ab (Tabelle 2a). Die Anzahl der grossen, nachgebauten Triebe (≥1 cm) pro Kontroll-Fiederblattgewebe (13,9) war etwas h?her als die Anzahl pro Hauptachsen- und Blattstielgewebe der Kontrolle (12,5). Die Gewebestelle beeinflusste die Anzahl der grossen nachgebauten Triebe nicht deutlich (Tabelle 2b). Die ersten nachgebauten Triebe brachten nach einer Woche Wurzeln hervor, und die meisten Triebe hatten nach 2 Wochen Wurzeln entwickelt. Die bewurzelten Triebe und die kr?ftigsten unbewurzelten Triebe wurden für die sp?tere Produktion in Erde verpflanzt und nachfolgend als Pfl?nzchen ins Glashaus überführt. Es wurde kein signifikanter Einfluss von Gewebetyp und Gewebestelle in bezug auf die Anzahl der eingetopften Triebe und der übersiedelten Pfl?nzchen festgestellt. Gewebe sowohl von Hauptachse und Blattstiel als auch vom Fiederblatt brachten bei steigender Dosis von X-Strahlen eine abnehmende Anzahl von eingetopften Trieben und übersiedelten Pfl?nzchen. Schliesslich wurden 158 von 225 Trieben (70,2 %), die von Hauptachsen- und Blattstielgeweben der Kontrolle stammten, ins Glashaus überführt, und 203 von 251 Trieben (80,9 %) aus Fiederblattgewebe der Kontrolle. In den Kontrollverfahren wurden von jedem Gewebestück 8,8 Pfl?nzchen von Hauptachsenund Blattstielgeweben versetzt und 11,3 Pfl?nzchen von Fiederblattgeweben. Der Durchschnitt pro Gewebestückchen mit grossen Trieben betrug 10,0 Pfl?nzchen. Kontrollpfl?nzchen erhielt man ungef?hr fünf Monate nach dem Schneiden der Gewebestücke; bei Bestrahlung mit steigender Dosis von X-Strahlen wurden zunehmend l?ngere Zeiten ben?tigt.

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Résumé Des explants de rachis, de pétiole et de limbe foliaire prélevés en différents endroits ont été soit non irradiés, soit irradiés à différentes doses de rayons X. Les isolats ont été mis en culture sur des milieux MS, additionnés d'agar à 0,8 %, de 5 % de sucrose, de 1 mg/l de BAP et IAA et 10 mg/l de GA₃. Les explants sont soumises à une durée du jour de 14 h, une température de 20 °C et 70–80 % d'humidité relative. L'initiation des premières pousses adventives apparait 3 à 6 semaines après incubation (fig. 6 et 7). Sur 94,7 % des explants témoins et non-contaminés les pousses (≥1 cm) ont été régénérées (tableau 1a). L'irradiation a à la fois retardé et réduit la régénération des pousses; cette réduction s'est révélée plus ou moins indépendante du type d'explant, mais proportionnelle à la dose de rayons X. La position de l'explant n'a que légèrement modifié la formation de pousses adventives (tableau 1b). Les premières pousses (≥1 cm) ont été excisées des explants témoins puis mises en culture pour l'enracinement sur milieu MS, additionné de 0,5 % d'agar, 2 % de sucrose et 0,1 mg/l de IAA 19 semaines après incubation. Le nombre de grandes pousses repiquées par explant a diminué lorsque la dose de rayons X a augmenté (tableau 2a). Le nombre de grandes (≥1 cm) pousses repiquées par explant témoin de limbe (13,9) était un peu plus grand que celui par explant témoin de rachis et de pétiole (12,5). La position de l'explant n'a pas modifié nettement le nombre de grandes pousses repiquées (tableau 2b). Les premières pousses repiquées ont régénéré des racines 1 semaine après et la plupart des pousses ont eu des racines au bout de 2 semaines. Les pousses avec racines et les plus vigoureuses des pousses sans racines ont été transplantées dans le sol pour la dernière production et un transfert ultérieur des jeunes plantes en serre. Nous n'avons observé aucun effet significatif du type d'explant et de la position de l'explant sur le nombre moyen de pousses transplantées et de jeunes plantes transférées. Les explants de rachis, de pétiole aussi bien que ceux de limbe ont produit moins de pousses transplantées et de jeunes plantes transférées avec les doses croissantes de rayons X. En définitive, 158 sur 225 pousses (70,2 %) issues de rachis et de pétiole témoins, et 203 sur 251 pousses (80,9 %) issues d'explants de limbe témoin ont été transférées. Dans les traitements témoins, pour chaque explant de rachis et de pétiole 8,8 jeunes plantes ont été transférées contre 11,3 pour les explants de limbe, ce qui fait en moyenne 10 jeunes plantes par explant avec de grandes pousses. Les jeunes plantes témoin ont été obtenues environ cinq mois après l'excision des explants; avec irradiation il fallait des délais de plus en plus longs aux doses croissantes de rayons X.

     

Factors affecting the culture in vitro of potato meristem tips

Summary Meristem tips of an Italian cultivar were cultured in a modification of Murashige and Skoog's medium. Light spectrum and intensity affected rooting and vigour of plantlets. The best results were obtained with 4000-lux fluorescent lamps with a spectrum roughly similar to that of daylight but richer in red. Agar did not affect the proportion of explants rooting but changed the root system appearance. The presence of gibberellic acid was important for rooting. Rooting of plantlets cultured on liquid substrates devoid of gibberellic acid was not dependent on the size of the explants. Sometimes teratomata developed in liquid substrates and occurred together with a small downward pH shift, while the normal development was always accompanied by a stronger pH shift to acid values

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Zusammenfassung Es wurden einige Faktoren, die die Entwicklung von Meristemspitzen der Kartoffel beeinflussen, untersucht. Meristemspitzen des italienischen KultivarsRicciona di Napoli wurden auf einem abge?nderten Murashige & Skoog-Medium angezogen. Die Versuche wurden w?hrend fünf Monaten, September bis Januar, durchgeführt. Das Lichtspektrum beeinflusste Bewurzelung und Wuchskraft der Pfl?nzchen (Tabelle 1). Fluoreszenzlampen mit einem ann?hernd gleichen Spektrum wie das Tageslicht, aber reicher an roten Strahlen, ergaben die besten Resultate. Die Lichtintensit?t war ein sehr wichtiger Faktor für die Wuchskraft der Pfl?nzchen (Tabelle 2); bei 4 klx (kilolux) erzeugten die Pfl?nzchen normale Bl?tter und ein gut entwickeltes Wurzelsystem, w?hrend eine Beleuchtung von 2 klx nur ein schwach oder nicht entwickeltes Wurzelsystem und eine geringe Blattausdehnung bewirkte (Abb. 1). Agar hatte keinen Einfluss auf die Bewurzelung, aber es ver?nderte das Wurzelbild: auf flüssigen N?hrl?sungen kultivierte Meristemspitzen erzeugten ein gut entwickeltes Wurzelsystem und kr?ftigere Pflanzen als solche auf Agar-N?hrboden (Tabelle 3, Abb. 2). Das Vorhandensein von Gibberellins?ure (GA₃) war für die Bewurzelung sehr wichtig, obwohl einige Pfl?nzchen auch auf N?hrboden ohne GA₃ wuchsen (Tabelle 3). Die Bewurzelung von Pfl?nzchen auf flüssigen N?hrl?sungen ohne GA₃ war nicht von der Gr?sse der Meristemstücke anh?ngig (Tabelle 4); es bestand kein gesicherter Unterschied in der Bewurzelung zwischen den Meristemspitzen mit zwei Primordial-Bl?ttchen und jenen mit vier Bl?ttchen. Manchmal entwickelten sich in den flüssigen N?hrl?sungen Teratome (Abb. 3 und 4), die zusammen mit einer leichten Abw?rtsverschiebung des pH auftraten, w?hrend die normale Entwicklung stets von einer st?rkeren pH-Veranderung gegen das saure Milieu hin begleitet war.

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Résumé Les auteurs ont recherché les facteurs affectant le développement de pointes méristématiques de pomme de terre. Ils ont cultivé des sommets méristématiques de la variété italienneRicciona di Napoli sur un milieu de Murashige et Skoog modifié. Les essais se ont étendus sur une période de cinq mois, de septembre à janvier. Le spectre de lumière influence l'enracinement et la vigueur des plantules (tableau 1); les lampes fluorescentes avec un spectre de lumière approximativement semblable à la lumière du jour, mais enrichi en rayons rouges, ont donné les meilleurs résultats. L'intensité lumineuse constitue un facteur très important de la vigueur des plantules (tableau 2): 4 klx (kilolux) donnent des plantules montrant des feuilles normales et un système radiculaire bien développé, tandis qu'avec 2 klx, le système radiculaire est peu ou pas développé et le développement foliaire réduit (fig. 1). L'agar n'influence pas l'enracinement mais modifie l'aspect du système radiculaire: les sommets méristématiques développés sur substrats liquides produisent un système radiculaire bien développé et des plantes plus vigoureuses que celles qui poussent sur substrats agar (tableau 3, fig. 2). La présence d'acide giberellique (GA₃) s'est révélée importante pour l'enracinement, bien que quelques plantules se sont développées sur des substrats qui n'en contenaient pas (tableau 3). L'enracinement de plantules cultivées sur substrats liquides dépourvus d'acide giberellique ne dépend pas du volume des ‘explants’ (tableau 4): aucune différence significative ne s'est révélée dans l'enracinement entre les pointes méristématiques portant deux ébauches foliaires et des pointes méristématiques portant 4 ébauches foliaires. Quelquefois des formations tératologiques se sont développées dans les substrats liquides (fig. 3 et 4) et se sont manifestées en même temps qu'une faible augmentation du pH, tandis que le développement normal a toujours été accompagné d'une évolution du pH plus marquée vers les valeurs acides.

     

Factors affecting infection of potato tubers byAlternaria solani in Colorado

Potato tubers became infected byAlternaria solani at the time of harvest. Infection occurred only on wounded tubers irrespective of their depth in the soil. The presence of free moisture on unwounded tubers did not increase the incidence of infection, and immature unwounded tubers were not susceptible. Tuber infections may be reduced by allowing tubers to fully mature before harvest or possibly, by applying chemicals to the soil surface.     

Factors affecting ring rot development in root-inoculated potato plants originating from stem cuttings

Some of the factors that affected ring rot development in potato plants grown from stem cuttings and root-inoculated withCoryncbacterium sepedonicum were investigated. Isolates ofC. sepedonicum cultured and stored for a, year on agar media were as virulent as those that had been cultured for almost 5 months. Isolates cultured for periods over 2 years gradually lost their virulence; however, decline in virulence was not as rapid as had been previously reported. One isolate became more virulent by inoculating and recovering it from a susceptible potato plant. Ring rot symptoms developed more rapidly in the cultivar Red Pontiac than in the cultivar Netted Gem; however, disease severity eventually reached the same level in both cultivars. The more mature the plants were when inoculated, the greater was the rate of ring rot development. Duration of exposure of wounded roots to inoculum of the pathogen did not affect disease development. No ring rot bacteria were recovered from plants originating from apical cuttings of ring-rot-infected potato plants that exhibited partial wilting. By this technique, plants infected withC. sepedonicum were freed from this pathogen quickly and effectively.     

A potato bud bioassay for use in assessing activities of endogenous growth substances in the potato

Summary A method is described for assessing the activities of growth substances using excised potato buds. Plugs containing an apical bud were excised and the cut surfaces wrapped in vitafilm. The buds were held for up to thirty days at 20°C without rotting. Daily treatment of buds for 5 days after excision, with either gibberellic acid or an extract of potato sprout promoted breaking of dormancy and growth of sprouts.     

Biotic interactions affecting potato production

Pest/pathogen interactions affecting potato production are reviewed. Many reported interactions in potatoes and other crops are best termed associations or interrelationships. True synergistics interactions can be expressed as Y = b₁ x₁ + b₂ x₂ + b₃ (x₁ x₂) + - b_n x_n + e in which Y is a measure of plant growth, b₁, b₂, b_n are constants, x₁, x₂, x_n are independent variables and e is the error term. Examples of interactions including pathogen vectors, and various interactions involving different viruses and biotic taxa and among biotic taxa (e.g., virus-virus, virus-fungus, fungusbacteria, and nematode-fungus) in potatoes are cited. It is included that important interactions do occur in potato production systems and that additional research is needed to identify unknown interacting factors and to elucidate mechanisms of those previously described. Particular needs exist for holistic or synoptic studies to identify the role of interacting factors in total crop management.     

Influence of bud position on the formation of tubers on multiple node cuttings of potato (Solanum tuberosum L.)

Summary Stem cuttings with variable number and position of leaves and variable number and age of buds were used to study the preference of tuberization at certain buds when several potential tuber sites were present. These cuttings were exposed to different orientations of the cuttings themselves and/or their light source. Inverting the cuttings did not affect overall tuberization, but had significant effects on individual buds, probably by the interaction between the original basipetal patterns in the cuttings and gravity effects. A smaller angle to the horizontal and lighting from below increased the overall expression of the tuberization stimulus. Leaf and bud position or age affected expression in a complicated manner, but the distance between screened bud and light-exposed leaf was crucial; buds most distant from illuminated leaves showed the strongest induction. The basic pattern of tuberization was basipetal.     

Comparison of the protein in axillary bud tubers and underground stolon tubers in potato

To determine if axillary leaf bud tubers can be used to study tuber protein synthesis in potato we have compared the proteins in axillary bud tubers with those in underground stolon tubers in the variety Superior. By SDS polyacrylamide gel electrophoresis and by electrophoresis in nondenaturing polyacrylamide gels at pH 8.6, the proteins in axillary bud tubers appear to be the same as those in underground stolon tubers. The proteins also appear to be immunologically identical based on Ouchterlony double immunodiffusion test and immunoelectrophoresis.     

Variables affecting sugar removal in freeze-leached potato strips

Strips cut from cold storage (5 C), potatoes were immersed in difluorodichloromethane (R-12) from 5 to 13 sec. This rapid freezing was found to selectively damage only the frozen cells and to increase their permeability with respect to intracellular soluble materials. Subsequent immersion in water (17 to 52 C) leached the soluble materials from the frozen cells. This method of leaching in 20 min removed less than 15% of the starch released by potato strips leached at 65 C for 15 min (simulated commercial conditions). The depth of freeze determined by physical methods and by analysis of the leached surface layers showed reducing sugar removal 0.1 to 0.2 mm below the calculated average depth of freeze. In experimental lots the weight of leached materials increased with increased freezing time. Manipulating freezing depth and leaching time made it possible to achieve the required sugar removal from different lots of tubers.