Freezing and low temperature photoinhibition tolerance in cultivated potato and potato hybrids

Abstract

Tutkimuksessa vertailtiin toisiinsa neljän perunalajikkeen (Solanum tuberosum L.) (Nicola, Pito, Puikula, Timo) ja kolmen somaattisen hybridin (S. commersonii x S. tuberosum) jäätymisen ja fotoinhibition kestävyyttä. Jäätymisen kestävyyttä mitattiin ionivuototestien avulla, ja yhteyttämiskoneiston herkkyyttä alhaisille lämpötiloille ja korkealle valolle tutkittiin seuraamalla klorofyllifluoresenssissa ja hapentuotannossa tapahtuvia muutoksia. Korkea valon intensiteetti heti jäätymisen jälkeen lisäsi hallavaurioita kaikilla tutkituilla perunagenotyypeillä. Kaikki perunahybridit kestivät paremmin jäätymistä ja korkeaa valoa kuin S. tuberosum lajikkeet. Peltokokeissa hallavauriomekanismit vaihtelivat vuosittain hallan ankaruuden mukaan. Syksyn 1999 yöhallojen yhteydessä lämpötila perunakasvuston sisällä oli huomattavasti korkeampi kuin maanpinnalta mitattu lämpötila. Itse asiassa kasvuston lämpötila ei koskaan laskenut alle perunan kuolettavan lämpötilan, joka vaihteli lajikkeen mukaan -2.5°C:sta -3.0°C:een. Tämän seurauksena hallavauriot levisivät kasvustossa hitaasti, mikä viittaa yhteyttämiskoneissa tapahtuneisiin vaurioihin sekä sen seurauksena tapahtuneeseen hapen radikaalien kertymiseen. Mikäli yölämpötila laski maanpinnalla ja kasvuston sisällä -4°C:een, kasvusto tuhoutui nopeasti. Tämän mukaan korkea valon intensiteetti ja alhainen lämpötila (jäätyminen tai vilutus) voivat yhdessä aiheuttaa hallavaurioita. Kun pyritään parantamaan perunan kylmänkestävyyttä, on tärkeää kiinnittää huomiota molempiin stresseihin, ja ottaa huomioon etenkin korkean valon aikaansaama hallavaurioiden lisääntyminen.

Four Solanum tuberosum L. cultivars (Nicola, Pito, Puikula, Timo) and somatic hybrids between freezing tolerant S. commersonii and freezing sensitive S. tuberosum were evaluated for their tolerance to freezing and low temperature photoinhibition. Cellular freezing tolerance was studied using ion leakage tests and the sensitivity of the photosynthetic apparatus to freezing and high light intensity stress by measuring changes in chlorophyll fluorescence (FV/FM) and oxygen evolution. Exposure to high light intensities after freezing stress increased frost injury significantly in all genotypes studied. Compared with S. tuberosum cultivars, the hybrids were more tolerant both of freezing and intense light stresses. In field experiments the mechanism of frost injury varied according to the severity of night frosts. During night frosts in 1999, the temperature inside the potato canopy was significantly higher than at ground level, and did not fall below the lethal temperature for potato cultivars (from -2.5 to -3.0°C). As a result, frost injury developed slowly, indicating that damage occurred to the photosynthetic apparatus. However, as the temperature at ground level and inside the canopy fell below -4°C, cellular freezing occurred and the canopy was rapidly destroyed. This suggests that in the field visual frost damage can follow from freezing or non-freezing temperatures accompanied with high light intensity. Therefore, in an attempt to improve low temperature tolerance in potato, it is important to increase tolerance to both freezing and chilling stresses.