Analysis of genotypic differences in biochemical and physiological adjustments to N-deficiency and drought stress in potatoes (Solanum tuberosum L.) with consideration of yield components

  • Philipp Meise Institut für Resistenzforschung und Stresstoleranz
Schlagworte: Kartoffel (Solanum tuberosum L.), N-Mangel, Trockenstress, Proteom

Abstract

Ziel dieser Arbeit war die Phänotypisierung von Kartoffelsorten unter N-Mangel und Trockenstress auf morphologischer, physiologischer und biochemischer Ebene. Dazu wurden in einem Gefäßversuch 17 europäische Kartoffelsorten in zwei N-Stufen und zwei Bewässerungsstrategien in einem rain-out-shelter zweijährig geprüft. Mittels eines in-vitro-Screenings sollten sortenabhängige Reaktionen auf N-Mangel erfasst werden. Exemplarisch wurden an zwei unterschiedlich reagierenden Sorten proteomische Untersuchungen zur Identifizierung von auf N-Mangel reagierenden Proteinen durchgeführt.

In Bezug auf Knollen- und Stärkeertrag zeigte sich die Sorte ‘Tomba‘ sowohl unter N-Mangel als auch unter Trockenstress tolerant, während ‘Kiebitz‘ mit Ertragseinbußen reagierte. Andere Sorten zeigten je nach Stressart unterschiedliche Reaktionen. Die Stickstoffnutzungseffizienz war unter N-Mangel erhöht. Die Wassernutzungseffizienz verringerte sich unter Trockenstress und war bei ausreichender N-Versorgung stets höher als unter N-Mangel. Biochemische und physiologische Merkmale der Blätter wurden zu zwei Zeitpunkten während der Trockenstressphase analysiert. Der Prolingehalt nahm unter Trockenstress zu, wobei sich eine ausreichende N-Versorgung auf die Dynamik und Höhe auswirkte. Der Gesamtgehalt an löslichem Zucker stieg unter kurz anhaltendem Trockenstress und fiel bei längerer Dauer wieder ab. Das Wasserpotential im Blatt nahm bei Trockenstress schnell ab. Ausgeprägte osmotische Anpassungen waren aber nicht nachzuweisen. Korrelationen zwischen biochemischen und physiologischen Parametern zu Ertragsmerkmalen waren zu schwach, um als Toleranzmarker verwendet zu werden.

Sortenunterschiede waren auch unter in vitro Bedingungen signifikant. Spezifische Unter-schiede unter N-Mangel zeigten sich insbesondere in der Biomasseproduktion, im Chlorophyll-gehalt und in der N-Metabolisierung. Interessante Reaktionen wurden hinsichtlich des Wurzel-Spross Verhältnisses festgestellt, welches von einigen Sorten unter N-Mangel gesteigert wurde.

21 % der mittels Proteomanalyse detektierten Proteine unterschieden sich in ihrer Abundanz zwischen dem ausgewählten sensitiven und dem toleranten Genotyp. Im Vergleich zwischen Kontrolle und N-Mangel waren dies 19,5 % beim toleranten und 15 % beim sensitiven Genotyp. Die wenigen in beiden Sorten durch N-Mangel gleichermaßen betroffenen Proteine betrafen allgemeine Stressreaktionen. Sortenspezifisch unter N-Mangel reguliert waren insbesondere Enzyme des Kohlenhydratmetabolismus und der Chlorophyllsynthese. Speziell die Rubisco activase zeigte interessante Modifikationen zwischen den Genotypen und N-Stufen.

Diese Dissertation wurde nur als Druckausgabe veröffentlicht.

Veröffentlicht
2020-08-10
Ausgabe
Rubrik
Dissertation