In dieser Arbeit wurden verschiedene Ansätze verfolgt, um das Verständnis des Saccharose-zu-Stärke Stoffwechselweges in sich entwickelnden Kartoffelknollen zu untersuchen. Zunächst wurde ein induzierbares Genexpressions-System aus dem Schimmelpilz Aspergillus nidulans für die Untersuchung des Metabolismus von Kartoffelknollen optimiert. Es wurde herausgefunden, dass dieses sogenannte alc system schneller auf Acetaldehyd reagiert als auf Ethanol, und dass Acetaldehyd weniger Seiteneffekte auf den Metabolismus hat. Die optimalen Induktionsbedingungen wurden dann benutzt um die Effekte einer zeitlich kontrollierten zytosolischen Expression einer Hefe-Invertase auf den Metabolismus der Kartoffelknolle zu untersuchen. Die beobachteten Unterschiede zwischen induzierter und konstitutiver Expression der Invertase führten zu der Feststellung, dass die Glycolyse erst induziert wird nachdem ein ATP-Mangel durch erhöhtes Saccharose-Cycling kreiert wurde. Weiterhin lassen die Ergebnisse darauf schließen, dass Maltose in der Kartoffelknolle eher ein Produkt der Kondensation zweier Glucose-Einheiten ist statt ein Produkt des Stärke-Abbaus zu sein. Im zweiten Teil dieser Arbeit wurde gezeigt, dass die Expression einer Hefe-Invertase in der Vakuole von Kartoffelknollen ähnliche Effekte auf deren Metabolismus hat wie die Expression des gleichen Enzymes im Apoplasten. Diese Beobachtung ist ein weiterer Beleg für die Präsenz eines Mechanismus, bei dem Saccharose mittels Endozytose in die Vakuole aufgenommen wird anstatt über Transporter direkt ins Zytosol aufgenommen zu werden. Zum Schluß wird ein kinetisches Modell des Saccharose-Abbaus vorgestellt, das in der Lage ist diesen Teil des Stoffwechsels der Kartoffelknolle quantitativ zu simulieren. Weiterhin kann dieses Modell die metabolischen Effekte der Einführung einer Hefe-Invertase in das Zytosol von Kartoffelknollen mit erstaunlicher Präzision vorhersagen. Zusammengefasst zeigen die Ergebnisse dieser Arbeit, dass induzierbare Genexpression sowie Computermodelle von Stoffwechselwegen nützliche Hilfsmittel für eine Verbesserung des Verständnisses des Pflanzenmetabolismus sind. / In this work different approaches are undertaken to improve the understanding of the sucrose-to-starch pathway in developing potato tubers. At first an inducible gene expression system from fungal origin is optimised for the use of studying metabolism in the potato tuber. It is found that the alc system from Aspergillus nidulans responds more rapidly to acetaldehyde than ethanol, and that acetaldehyde has less side-effects on metabolism. The optimal induction conditions then are used to study the effects of temporally controlled cytosolic expression of a yeast invertase on metabolism of potato tubers. The observed differences between induced and constitutive expression of the invertase lead to the conclusion that glycolysis is induced after an ATP demand has been created by an increase in sucrose cycling. Furthermore, the data suggest that in the potato tuber maltose is a product of glucose condensation rather than starch degradation. In the second part of the work it is shown that the expression of a yeast invertase in the vacuole of potato tubers has similar effects on metabolism than the expression of the same enzyme in the apoplast. These observations give further evidence to the presence of a mechanism by which sucrose is taken up via endocytosis to the vacuole rather than via transporters directly to the cytosol. Finally, a kinetic in silico model of sucrose breakdown is presented that is able to simulate this part of potato tuber metabolism on a quantitative level. Furthermore, it can predict the metabolic effects of the introduction of a yeast invertase in the cytosol of potato tubers with an astonishing precision. In summary, these data prove that inducible gene expression and kinetic computer models of metabolic pathways are useful tools to greatly improve the understanding of plant metabolism.

In der vorliegenden Arbeit wurden cDNAs, kodierend für bisher unbekannte stärkeabbauende Enzyme, aus Kartoffel isoliert und funktionell analysiert. Die Isolation der cDNAs erfolgte mit Hilfe eines Systems, welches sich der funktionellen Expression von cDNA-Bibliotheken in E. coli bediente. Die mit diesem System zur Expression gebrachten cDNA-Bibliotheken wurden im Rahmen dieser Arbeit hergestellt. Zum einen handelte es sich um eine blattspezifische Phagen-cDNA-Bibliothek (Proben wurden während des Tag/Nacht Übergangs genommen), zum anderen um eine knollenspezifische cDNA-Bibliothek aus kaltgelagerten Knollen. Nach der Überführung der Phagen-Bibliotheken in Plasmid-Bibliotheken wurden diese funktionell in dem E. coli Stamm KV832 exprimiert. Der Stamm KV832 wurde aufgrund seiner Fähigkeit, lineare Glucane zu akkumulieren, ausgewählt. Werden Glucan akkumulierende KV832 Kolonien mit Jod bedampft, so zeigen diese eine typische Blaufärbung. Nach der Expression der Plasmid-Bibliotheken in KV832 wurden solche Kolonien weiter untersucht, welche in ihrer Färbung von den blauen Kolonien abwichen. Mittels eines zweiten E. coli Stamms, PGM −, welcher ebenfalls in der Lage ist, lineare Glucane zu akkumulieren, wurden die Ergebnisse für KV832 bestätigt. Die funktionelle Expression der Bibliotheken führte zur Isolation einer Reihe von unbekannten cDNAs. Zwei dieser cDNAs wurden im Rahmen dieser Arbeit weiterführend untersucht. Zum einen handelte es sich um eine cDNA, die für eine bis dahin unbekannte β-Amylase aus Kartoffel kodierte und deren Homolog aus Arabidopsis (CT-BMY) im Laufe dieser Arbeit von Lao et al. (1999) veröffentlicht wurde, zum anderen um eine cDNA, die für ein unbekanntes Enzym kodierte (DSD10). Das Arabidopsis Homolog zu DSD10 wurde im Zuge der Arabidopsis Genominitiative Ende 2000 publiziert. Im Rahmen dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass die isolierte β-Amylase cDNA für eine funktionelle β-Amylase kodiert und dieses Enzym in der Lage ist, neben löslicher auch rohe Stärke anzugreifen. Lokalisationsexperimente zeigten, dass das Enzym in isolierte Erbsenchloroplasten importiert wurde und dass die 100 N-terminalen Aminosäuren für den Import in die Plastiden ausreichten. Die β-Amylase wurde als PCT-BMYI bezeichnet. Die »antisense«-Inhibierung von PCT-BMYI führte zu einem Hochstärke-Phänotyp der Blätter, sowie zu einem Anstieg der Trockenmasse. Der Hochstärke-Phänotyp ist auf eine Reduktion der Stärkemobilisierung und die daraus folgende Akkumulation der Stärke während der Vegetationsperiode zurückzuführen. Damit konnte erstmals die physiologische Bedeutung einer β-Amylase für den Abbau der transitorischen Stärke gezeigt werden. Kein Einfluss zeigte die »antisense« Inhibierung von PCT-BMYI auf den kälteinduzierten Abbau der Speicherstärke in Knollen. Es konnte auch kein Unterschied im Keimverhalten oder der Entwicklung der neuen Pflanze beobachtet werden. Ein Teil der Ergebnisse zu PCT-BMYI wurde bereits publiziert (Scheidig et al., 2002). Die isolierten cDNAs dsd10, sgeI (die Volllängen cDNA zu dsd10) und das Arabidopsis Homolog asgeI kodieren für Enzyme, welche α-Amylase-Aktivität besitzen, aber keine Homologie zu bekannten α-Amylasen aufweisen. Ein mögliches Glucoamylase Motiv erwies sich für die Aktivität des Proteins als essentiell. Lokalisationsexperimente deuteten auf den Import des SGEI Proteins in isolierte Erbsenchloroplasten hin. Die »antisense«-Inhibierung von sgeI führte in den entsprechenden Linien zu einem Hochstärke-Phänotyp in Blättern, einem Anstieg der Trockenmasse in Blättern, sowie zu größeren Stärkekörnern in einer der untersuchten Linien. Ein nicht erwarteter Effekt zeigte sich in Blättern der entsprechenden Linien, welche für längere Zeit dunkel gehalten wurden. Die Blätter der untransformierten Kontrolle waren abgestorben, wohingegen die Blätter der SGEI »antisense« Linien grün und vital erschienen. Die α- und β-Amylase-Aktivität war in Blättern der SGEI »antisense« Linien reduziert, weshalb eine genaue Zuordnung der Funktion von SGEI nicht möglich war. Die vorliegenden Ergebnisse zu den SGEI »antisense« Linien deuten aber darauf hin, dass der beobachtete Hochstärke-Phänotyp nicht alleine auf die Reduktion der β-Amylase-Aktivität zurückzuführen ist. Ein Einfluss von SGEI auf den kälteinduzierten Abbau der Speicherstärke konnte nicht beobachtet werden. Es konnte auch hier kein Unterschied im Keimverhalten oder der Entwicklung der neuen Pflanze beobachtet werden. / In the presented work, previously unidentified starch metabolic genes from potato were isolated and functionally characterized. Gene isolation proceeded using a cDNA library system that allows the functional expression of potato genes in E. coli. The generated libraries included 1) a phage vector-based, leaf-specific cDNA library generated from mRNA isolated during the day/night transition and 2) a phage vector-based, tuber-specific cDNA library generated from mRNA isolated from potato tubers after cold storage. After in vivo mass Excision of the phage library, the resulting plasmid libraries were functionally expressed in E. coli strain, KV832. This strain was selected for its ability to accumulate linear glucans. Reaction with iodine vapour in glucan-producing KV832 colonies results in a characteristic blue hue. The expression library was thus screened for colonies in which the blue hue was diminished, a potential indicator of the expression of starch degrading enzymes. Library clones from the selected colonies were reconfirmed in PGM−, an alternative E. coli that also accumulates linear glucans. The above expression and screening program allowed isolation of a series of previously uncharacterized cDNA clones. Two such clones were investigated in depth in the remainder of the presented work. The first of these cDNA clones comprised a gene for a hitherto unidentified β-amylase function. The second encoded a functional truncation of a previously unknown enzyme, and was designated DSD10. The full length version of this gene was isolated and designated sgeI. Homologs of both full-length genes have since been identified in Arabidopsis: the former was published as CT-BMY by Lao et al. (1999), while the latter was published in the course of the Arabidopsis Genome Initiative at the end of 2000. Demonstrated in the course of this work is that the first of these isolated amylase cDNAs encodes a functional β-amylase enzyme that hydrolyses raw as well as soluble starch. Enzyme localization experiments showed that the 100 N-terminal amino acids are sufficient to effect import into isolated pea chloroplasts, which is supportive of plastid-targeted localization in potato. This novel β-amylase was designated as PCT-BMYI. Whole-plant antisense inhibition of PCT-BMYI in the potato plant resulted in a high-starch phenotype in the leaf, as well as to an increase in leaf dry weight. The high-starch phenotype was caused by a reduction in starch mobilization and the resulting accumulation of starch during the vegetative phase. This represents the first demonstration of the physiological role of a β-amylase in the metabolism of transitory starch deposits. In contrast to its role in the leaf, antisense inhibition of PCT-BMY1 resulted in no observable alteration in cold-induced metabolism of storage starch in the potato tuber. Additionally, inhibition of PCT-BMY1 resulted in no observable alteration in tuber sprouting, nor in the development of the potato plants. A portion of the results regarding PCT-BMYI have been published (Scheidig et al., 2002). The second isolated gene, sgeI, and its Arabidopsis homolog, asgeI, encode enzymes with α-amylase activity, but neither show homology to known α-amylases. A putative glucoamylase motif, however, was found to be essential for activity of the sgeI gene product, SGEI. As was the case for PCT-BMY1, localization experiments demonstrated import of SGEI into isolated pea chloroplasts, again suggesting plastid localization in potato. Antisense inhibition of sgeI in potato lead to a high-starch phenotype in the leaf and an increase in the leaf dry weight, but also to an increase in starch granule size in one of the studied potato lines. Longer term storage of such lines in the absence of light resulted in an unexpected phenomenon. While the wild type control leaves withered and died within days, the sgeI antisense lines appeared green and healthy for over two weeks. The reason for this may be the metabolism of the stored, hyper-accumulated starch, both due to and despite the initial antisense suppression of sgeI. The exact roll of SGEI in these experiments was complicated by the observed simultaneous suppression of both α- und β-amylase activity in the sgeI antisense lines. The clear quantitative differences in the observed high-starch phenotypes of the sgeI and PCT-BMY1 lines, however, suggest that these phenotypic differences were not due to suppression of β-amylase activity alone. SGEI suppression resulted in no observed differences in sprouting, development of potato plants, or in the metabolism of storage starch in the potato tuber.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The objectives of this dissertation were to determine the phyllochron, the final leaf number on the main stem and the duration of developmental stages to characterize leaf growth during the developmental cycle and to determine the tuber yield of tenadvanced potato clones of the Potato Breeding and Genetics Program of the Universidade Federal de Santa Maria (UFSM) and two potato cultivars grown in spring and fall conditions in Santa Maria, Depression Central Region of the Rio Grande do Sul State. Two field experiments were conducted during Spring 2010 and Fall 2011 at the experimental field of the, Santa Maria, RS. The advanced potato clones were: SMINIA 00017-6, SMINIA 793101-3, SMINIA 02106-11, SJSM 00211-3, SJSM 03478-37, SJSM 01212-2, SJSM 01274-4, SJSM 04503-9, SJSM 02349 - 1 and SJSM 02317-3. The two potato cultivars were Asterix and Macaca. The planting density was 3.79 hills m-2. The experiment was a complete randomized block design with seven replications. After emergence, four plants in each plot were marked and on these plants the number of leaves on the main stem were counted twice a week and on one of these plants the length of the leaves was measured once a week to determine the green leaf area index. Tuber initiation was determined by collecting four plants of each clone at the border rows. The phyllochron was calculated by the inverse of the slope of the linear regression between leaf number and accumulated thermal time. Power-like nonlinear models were used to relate leaf length and leaf area. For determining tuber yield all the hills were used. The phyllochron varied from 17.0°C to 21.5°C day leaf the in Spring and from 14.8°C to 22.1° C in the Fall. There are differences of the duration of vegetative and tuberization phases and the final leaf number among clones, cultivars and growing seasons. The evolution of leaf area index throughout the developmental cycle was different in the advanced clones and in the cultivars during the two growing seasons. The of advanced clones showed high tuber yield in both Spring and Fall growing seasons. / Os objetivos nesta dissertação foram determinar o filocrono, o número final de folhas na haste principal e a duração das fases de desenvolvimento, caracterizar o crescimento foliar durante o ciclo de desenvolvimento e determinar a produtividade de tubérculos de dez clones avançados do Programa de Genética e Melhoramento de Batata da Universidade Federal de Santa Maria (UFSM) e de duas cultivares de batata em cultivo de primavera e outono em Santa Maria, região da Depressão Central do Rio Grande do Sul (RS). Dois experimentos de campo foram conduzidos durante a primavera de 2010 e o outono de 2011, na área experimental do Departamento de Fitotecnia da UFSM, Santa Maria, RS. Foram utilizados os clones avançados SMINIA 00017-6, SMINIA 793101-3, SMINIA 02106-11, SJSM 00211-3, SJSM 03478-37, SJSM 01212-2, SJSM 01274-4, SJSM 04503-9, SJSM 02349-1 e SJSM 02317-3 selecionadas pelo Programa de Genética e Melhoramento de Batata da UFSM e as cultivares Asterix e Macaca. A densidade de plantio foi de 3,79 covas m-2. O delineamento experimental utilizado foi o de blocos ao acaso com sete repetições. Após a emergência, quatro plantas em cada parcela foram identificadas com anel colorido e nestas foram contadas, duas vezes por semana, o número de folhas na haste principal e, em uma destas plantas, semanalmente foi medido o comprimento das folhas para determinação do índice de área foliar verde. A data do início da tuberização foi determinada coletando-se a cada dois dias quatro plantas de cada clone nas linhas da bordadura. O filocrono foi calculado pelo inverso do coeficiente angular da regressão linear entre o número de folhas e a soma térmica acumulada. Obtiveram-se modelos não lineares do tipo potência para relacionar o comprimento das folhas com o índice de área foliar. Para determinação da produtividade foram utilizadas todas as covas da parcela. O filocrono variou de 17,0°C a 21,5°C dia folha-1, no cultivo de primavera, e de 14,8°C a 22,1°C dia folha-1, no cultivo de outono. Houve diferença na duração das fases vegetativa e de tuberização e do número final de folhas entre os clones avançados, as cultivares e as épocas de cultivo. A evolução do índice de área foliar foi diferente ao longo do ciclo de desenvolvimento nos clones avançados e nas cultivares nas duas épocas de cultivo. No cultivo de primavera e no cultivo de outono os clones avançados apresentaram elevada produtividade de tubérculos de batata.

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / The objective of this study was to evaluate the processing quality of potato tubers to identify superior clones under different growing conditions of Southern Brazil. Two trials were carried out in different conditions. The first trial was carried out during summer in São Joaquim, SC, and during spring and fall seasons in Júlio de Castilhos, RS to evaluate the genotype x environmental interaction for tuber quality and the gain from selection. A total of 18 potato genotypes were evaluated for chip color, dry mass, reducing sugar and amylose contents. Summer growing conditions increase the gain from selection and the selection is correlated with both spring and autumn seasons. The second trial was carried out to evaluate the yield and the tuber quality of potato clones in early harvest during autumn and spring seasons in Júlio de Castilhos, RS. A total of 12 potato genotypes were evaluated for yield, dry mass, sucrose and reducing sugar contents in tubers harvested at 70 and 90 days after planting (DAP), autumn season, and 70 DAP, spring season. Potato tubers harvested at 90 DAP in autumn and at 70 DAP in spring do not get the minimal processing quality necessary for the industry. / O objetivo desse trabalho foi avaliar a qualidade de processamento de tubérculos de batata para a seleção de clones em diferentes condições de cultivo no Sul do Brasil. Para isso foram considerados dois estudos. No primeiro estudo, foram conduzidos experimentos em condições de cultivo de verão em São Joaquim (SC), e de primavera e outono, em Júlio de Castilhos (RS), representativos das principais épocas de cultivo da batata na região Sul do Brasil, com o objetivo de avaliar a interação genótipo x ambiente em caracteres de qualidade de tubérculos de batata e seus reflexos no ganho de seleção. Em cada cultivo, foram avaliados 18 clones de batata para os caracteres coloração de chips e da composição dos tubérculos em teores de matéria seca, açúcares redutores, amido e amilose. O cultivo de verão maximiza os ganhos genéticos, sendo a seleção neste ambiente correlacionada aos ambientes de primavera e outono. No segundo estudo, realizado em Júlio de Castilhos (RS), foram conduzidos experimentos com o objetivo de avaliar a produtividade e a qualidade de tubérculos de clones de batata com maturidade precoce no outono e na primavera. Foram avaliados 12 clones de batata para produtividade, matéria seca, sacarose e açúcares redutores de tubérculos colhidos aos 70 e 90 dias após o plantio (DAP) no outono e aos 70 DAP na primavera. Os tubérculos colhidos aos 90 dias após o plantio de outono e aos 70 dias após o plantio de primavera ainda não atingiram a qualidade mínima para o processamento industrial.

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Potato tubers are used as food and seed. Post-harvest conditions affect tubers for both usages, since physiological changes occur during tuber storage. The objective of this work was to assess the processing quality and time until tuber sprouting of advanced clones of potato. We evaluate thirteen clones and two check varieties of potato in a storage room at 10ºC in two years. The processing quality was evaluated right before loading and after 30, 60, 90 and 120 days of storage for the fresh and dry weight content, chip color and reduced sugars. The experiment was a factorial of clone and storage time in the complete random design, with four repetitions. The percentage of fresh weight loss increased over time during storage, mainly at 120 days. The assessed clones presented dry weight content between 17.4% to 25.2 % during the cold storage. Chip color showed an intense yellow tone and acceptable color classification for the processing industry, even with the increase of reduced sugars during storage. The storage at 10 ºC extended in a 100 days the sprout process. The refrigerated storage promote physiological changes on the tubers, but this changes don´t compromise the use in the industry processing and also allows to increase the storability period of the tubers for both consumption and seeds. / Os tubérculos de batata são destinados tanto para a alimentação quanto para a propagação. Ambas as finalidades são influenciadas pelas condições de armazenamento, que é capaz de promover mudanças fisiológicas nos tubérculos. O objetivo deste trabalho foi avaliar a qualidade de processamento e o tempo de armazenamento até a brotação dos tubérculos de clones avançados de batata. Foram avaliados 13 clones de batata e duas testemunhas, que foram submetidos ao armazenamento em câmera refrigerada a uma temperatura de 10 ºC em dois anos. A qualidade de processamento foi avaliada no momento do armazenamento, imediatamente após a cura, e aos 30, 60, 90 e 120 dias. Os caracteres avaliados foram massa fresca e seca, coloração de chips e o teor de açúcares redutores. Também foi anotado o número de dias para o rompimento da dormência e da dominância apical, quando respectivamente os tubérculos apresentaram um e dois brotos com pelo menos 2 mm de comprimento. O experimento foi um fatorial de clones e épocas de avaliação segundo o delineamento experimental inteiramente casualizado, com quatro repetições. O percentual de perda de massa fresca foi crescente ao longo do armazenamento refrigerado, sobretudo aos 120 dias. Os clones avaliados apresentaram teor de massa seca entre 17,4 % a 25,2 % ao longo do armazenamento refrigerado. A coloração de chips apresentou uma tonalidade amarela intensa e uma classificação aceitável para a indústria, mesmo com o aumento no teor de açúcares redutores após o armazenamento. O armazenamento a 10 ºC prolongou o processo de brotação em até 100 dias de armazenamento. O armazenamento refrigerado promove mudanças fisiológicas nos tubérculos, mas estas mudanças não comprometem a utilização na indústria de processamento, e também possibilita armazenar os tubérculos por um longo período para o consumo e plantio.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The objective of this study was to determine the response of transpiration and leaf growth to the fraction of transpirable soil water (FTSW), in three clones (SMINIA 02106-11, SMINIA 00017-6 and SMINIA 793101-3) of Potato Genetic and Breeding Program of the Federal University of Santa Maria, adapted to subtropical and temperate conditions of cultivation and the cultivar Asterix. Two experiments were conducted in a greenhouse in Santa Maria, in the Spring, with planting in 08/09/2010 and on the Fall, with planting on 01/04/2011. The available water, represented by FTSW, transpiration and leaf growth were measured on a daily basis, in each experiment, during the period of soil drying. The threshold FTSW that begins to affect transpiration, indicating the beginning of stomatal closure, was 0.36, 0.38, 0.41 and 0.29 for clones SMINIA 02106-11, SMINIA 00017-6, SMINIA 793101-3 and Asterix, respectively in the first period and 0.26, 0.27, 0.21 and 0.22 in the second period, indicating that the cultivar Asterix is less tolerant to soil water deficit cultivation in the spring than advanced clones. The threshold FTSW that begins to affect leaf growth was higher than for transpiration, 0.44, 0.40, 0.46 and 0.47 in the first experiment to SMINIA 02106-11, SMINIA 00017-6, SMINIA 793101-3 and Asterix, respectively, and 0.27, 0.38, 0.29 and 0.26 in the second experiment. These results confirm the genetic variability of the potato, and shows that each genotype is related in a way with the environment. Keywords: Solanum tuberosum. Drought tolerance. Water stress. / O objetivo deste trabalho foi determinar a resposta da transpiração e do crescimento ao conteúdo de água disponível no solo, representado pela fração de água transpirável no solo (FATS), em três clones avançados (SMINIA 00017-6, SMINIA 02106-11 e SMINIA 793101- 3) do Programa de Genética e Melhoramento de Batata da Universidade Federal de Santa Maria, adaptados as condições subtropicais e temperadas de cultivo e da cultivar Asterix. Foram realizados dois experimentos em casa de vegetação em Santa Maria, RS, na primavera (cultivo de safra), com plantio em 08/09/2010 e no outono (cultivo de safrinha), com plantio em 01/04/2011. A água disponível, representada pela FATS, a transpiração e o crescimento foliar foram medidos diariamente durante o período de imposição da deficiência hídrica. A FATS crítica que começa a afetar a transpiração, indicativo do início do fechamento estomático, foi de 0,36, 0,38, 0,41 e 0,29 para os clones SMINIA 02106-11, SMINIA 00017- 6, SMINIA 793101-3 e Asterix, respectivamente no primeiro experimento e 0,26, 0,27, 0,21 e 0,22 no segundo experimento, indicando que a cultivar Asterix é menos tolerante ao déficit hídrico no solo no cultivo de primavera que os clones avançados. Já a FATS crítica que começa a afetar o crescimento foliar foi maior que para a transpiração, 0,44, 0,4, 0,46 e 0,47 no primeiro experimento para SMINIA 02106-11, SMINIA 00017-6, SMINIA 793101-3 e Asterix, respectivamente, e 0,27, 0,38, 0,29 e 0,26 no segundo experimento. Estes resultados confirmam a variabilidade genética da batata, e mostram que cada genótipo se relaciona de uma forma com o ambiente.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Micro-propagation is a common technique to produce disease free potato materials. Mini-cuttings of just acclimatized plantlets or older plants associated with micro-propagation may reduce production costs of potato mini-tubers. This work was carried out to study the micro-propagation and mini-cutting techniques to maximize the production of mini-tubers and to minimize the costs of potato seeds. Two experiments were conducted, being in the first evaluated the micro-propagation and acclimatization of plantlets and in the second evaluated the mini-cutting of potato plants. The first experiment was conducted in two steps. In vitro growth of potato explants were evaluated in two concentrations of MS medium (½ MS and MS), three sucrose doses (30, 45 and 60 g L-1), and three clones (Asterix, Macaca e SMINIA793101-3). The same treatment combinations were evaluated during plantlet acclimatization in two systems (floating and sand). The mini-cutting was evaluated in three experiments. The effect of irrigation solution (tap water, nutrient solution and the combination) and the physiological age of stock plant (just acclimatized and in mini-tuber production) were evaluated in the mini-cutting rooting of Asterix, Macaca and SMINIA793101-3 clones. A third experiment was carried out to evaluate the effect of indol butyric acid (IBA) (0; 300; 600; 900 ppm) in mini-cutting rooting of Asterix clone. The MS medium with 50% of the salt concentration increases the plantlet survival during acclimatization. The sucrose has no effect on plantlet acclimatization. Both floating and substrate (sand) are suitable systems for acclimatization of potato plantlets. Mini-cuttings root in sand as substrate irrigated with tap water or nutrient solution. Apical mini-cuttings are suitable for the production of potato plantlets. Rooting potential of mini-cuttings is affected by the advance of the physiological age of the stock plant. / A micropropagação é uma técnica comumente utilizada para a produção de material propagativo de batata livre de doenças. Associada a essa técnica, a miniestaquia de plântulas recém aclimatizadas ou em produção pode ser uma forma de reduzir os custos de produção de minitubérculos de batata. Este trabalho foi conduzido com o objetivo de estudar a micropropagação e a miniestaquia, para maximizar a produção de mudas e minimizar os custos da batata-semente. Dois experimentos foram conduzidos, sendo no primeiro avaliado a micropropagação e aclimatização de plântulas e, no segundo, avaliado a miniestaquia de plantas batata. O primeiro experimento foi conduzido em duas etapas. Em laboratório foi avaliado o crescimento dos explantes em função da combinação de concentrações do meio MS (½ MS e MS completo), com doses de sacarose (30, 45 e 60 g L-1) em três clones (Asterix, Macaca e SMINIA793101-3). Em telado foi avaliado o efeito dos tratamentos aplicados na micropropagação sobre a aclimatização de plântulas em dois sistemas (flutuação e areia). A miniestaquia foi estudada em três experimentos. Um experimento foi conduzido para avaliar o efeito da solução de irrigação (água, solução nutritiva e a combinação de ambas) e outro a idade da planta matriz (recém aclimatizada e em produção) sobre o enraizamento de miniestacas dos clones Asterix, Macaca e SMINIA793101-3. Um terceiro experimento foi conduzido para avaliar o efeito do ácido indol-butírico (AIB) (0, 300, 600 e 900 mg L-1) no enraizamento das miniestacas do clone Asterix. O meio ½ MS, independente da dose de sacarose, aumenta a sobrevivência das plântulas de batata durante a aclimatização. Tanto o sistema com flutuação, quanto com substrato (areia) podem ser utilizados para a aclimatização de plântulas de batata. Miniestacas apicais podem ser utilizadas para a produção de mudas de batata, no sistema de enraizamento com substrato (areia), irrigadas com água de torneira ou solução nutritiva. O potencial de enraizamento das miniestacas é negativamente afetado pelo avanço da idade fisiológica da planta matriz.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The potato (Solanum tuberosum L.) is the fourth culture in economic importance in the world after the wheat, of the maize and the rice. Consequently, the research with this species can bring benefits for a considerable number of people. Tissue culture has contributed in the genetic improvement of the potato in the direction of attainment of free plants of virus and micropropagation of elite genotypes. However, plants regenerated from tissue culture can show variation in agronomic characteristics important. The induced variation by tissue culture is called somaclonal variation. The occurrence of somaclonal variation can be identified in vitro for parameters still auxiliary as the multiplication rate. In field, the use of morphologic markers can be used to identify somaclones. The work had as objective: To evaluate the behavior in vitro of cultivating them of potato Asterix and Macaca through the multiplication rate observed during a period of eight months. Identify variant somaclonais proceeding of the culture in vitro of them cultivate Asterix and Macaca through morphological markers.To evaluate the genotype effect, culture-age effect and the type of explant on the occurrence of somaclones. Multiplication rate was used in the attempt to identify the occurrence of somaclonal variation in cultivating of potato Asterix and Macaca with three sources of explantes (apex stems, stems and callus) and two ages of subculture (70 months-old clone and 12 months-new clone).The morphological characterization of the plants and basic tubercles was effected according to described methodology for COLLARES (2002) based in the minimum describers of the potato (Solanum tuberosum L.). The multiplication rat of cultivating Macaca was greater that of Asterix and the behavior of the multiplication rate of Macaca oscillated between extreme values different of the observed one in Asterix. The rate multiplication depends on cultivar.Through the morphological characterization it was possible to identify that to cultivate them Asterix and Macaca had presented different behavior how much to the stability of the morphologic characteristics when passing for culture in vitro. The explante derived from callus in such a way presented the biggest occurrence of somaclonais variants for the treatments that had included Asterix as Macaca. The age of subculture of 70 months and 12 months had not been adjusted for maintenance of disgnostic characteristics of them to cultivate Asterix and Macaca due to occurrence of somaclones. It was possible to identify variant somaclonais in the treatments that had included Asterix and Macaca through the minimum describers of the potato. / A batata (Solanum tuberosum L.) é a quarta cultura em importância econômica no mundo depois do trigo, do milho e do arroz. Conseqüentemente, a pesquisa com esta espécie pode trazer benefícios para um considerável número de pessoas. A cultura de tecidos tem contribuído no melhoramento genético da batata no sentido de obtenção de plantas livres de vírus e micropropagação de genótipos elite. No entanto, plantas regeneradas a partir de cultura de tecidos podem exibir variação em importantes caracteres agronômicos. A variação induzida por cultura de tecidos é chamada de variação somaclonal. A ocorrência de variação somaclonal pode ser identificada ainda in vitro por parâmetros auxiliares como a taxa de multiplicação. Em campo, o emprego de marcadores morfológicos pode ser usado para identificar somaclones. O trabalho teve como objetivos: avaliar o comportamento in vitro das cultivares Asterix e Macaca de batata através da taxa de multiplicação observada durante um período de oito meses. Identificar variantes somaclonais provenientes do cultivo in vitro das cultivares Asterix e Macaca através de marcadores morfológicos; avaliar o efeito do genótipo, do tempo de subcultivo e do tipo de explante sobre a ocorrência de variantes somaclonais. Foi empregada a taxa de multiplicação na tentativa de identificar a ocorrência de variação somaclonal na cultivares de batata Asterix e Macaca com três fontes de explantes (ápice caulinar, segmento nodal e calo) e dois tempos de subcultivo (70 meses-clone velho e 12 meses-clone novo). A caracterização morfológica das plantas e tubérculos básicos foi efetuada segundo metodologia descrita por COLLARES (2002) baseada nos descritores mínimos da batata. A taxa de multiplicação da cultivar Macaca foi maior que a de Asterix e o comportamento da de Macaca oscilou entre valores extremos diferente do observado em Asterix. A taxa de multiplicação in vitro depende da cultivar. Através da caracterização morfológica foi possível identificar que as cultivares Asterix e Macaca apresentaram comportamento diferente quanto à estabilidade dos caracteres morfológicos ao passarem por cultivo in vitro. O explante derivado de calo apresentou a maior ocorrência de variantes somaclonais, tanto para os tratamentos que incluíram Asterix como Macaca. Os tempos de subcultivo de 70 meses e 12 meses não foram adequados para manutenção dos caracteres diagnósticos das cultivares Asterix e Macaca devido à ocorrência de variantes somaclonais. Foi possível identificar variantes somaclonais nos tratamentos que incluíram Asterix e Macaca através dos descritores mínimos da batata.

Made available in DSpace on 2016-12-08T16:44:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1 PGPV13MA114.pdf: 993447 bytes, checksum: f402b38c12cd41431f69932db13172d4 (MD5) Previous issue date: 2013-02-21 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / The potato (Solanum tuberosum L.) is cultivated in Santa Catarina State(SC) for double propose, consumption and tuber-seed. Potato crop is an activity of the highest importance concerning social-economic situation of small and media farmers in Santa Catarina, that represent more than 17 thousand families farms. Despite the fact of potato crops are conducted in suitable region for their cultivation, phitosanitarian problems has been solved using exclusively chemicals. This has caused serious intoxication to human being and environment as well. The objective of this work was to assess the genetic resistance and the efficacy of high dilution preparations to disease and pest management of potato crops under organic production systems. Experiments were conducted under field conditions at Experimental Station of Agriculture research and Extension Service of Santa Catarina State Agency-EPAGRI and family farm in Lages, SC. Two experiments were conducted at EPAGRI, one about genetic resistance and another about high dilution evaluations. The first experiment was in randomized blocks and subplot statistic design. The main plot were set 10 treatments comprised the homeopathic preparations of Silicia, Hypericum, and biotherapic of Phytophthora infestans at 6, 12 e 60 CH (centesimal hahnemanniana dilution order). Non intervention was the control plot. As subplots were the cv. Ágata (susceptible); BRS Ana e BRS Eliza, (medium susceptible); Cota (resistant). Each plot has 40 plants and ten in the subplot. Treatments were applied in every 15 days with knapsack and manual operation, having a total of four treatments. The disease and insect incidence were weekly evaluated. The second experiment was conducted at Epagri-Lages and consisted of 40 land race and eight commercial cv. of potato. The third field experiment was conducted in family farm of the rural community of Pedras Brancas, Lages, SC, comprising 45 land race of potato. The experiment design was in randomized blocks with four replicates and each plot consisted of 10 plants. Evaluations of disease and insect incidence were done weekly. Post-harvest evaluation of land race experiments consisted of weekly tuber weight during 60 days. The homeopathic preparations of Hypericum 12CH, 60CH and Silicia 6CH e 12CH influenced tuber yields and reduced the occurrence of Systena tenuis and Diabrotica speciosa. The biotherapic of Phytophthora infestans at 6CH and 12CH and Hypericum 60CH favorite tuber conservation until 60 days at room conditions. In the experiment at Epagri, 15 land race showed good yields and six(6) of them with high disease resistance, that were 339, 3, 325, 95, 338, and 136. In the experiment at Pedras Brancas community, the land race of e-196, 33/21, e-184, 43/22, e-195, 45/36 e 52/33, 58/12, 64/11, and 57/16 have high production and six (6) of them they have also high resistence to diseases and insect under organic condition systems / No Estado de Santa Catarina a batata (Solanum tuberosum L.) é cultivada tanto para o consumo como para produção de sementes. O cultivo da batateira é atividade de importância econômica e social, pois é realizada por pequenos e médios agricultores, envolvendo mais de 17 mil famílias rurais. Apesar de os cultivos da batata serem realizados em regiões propícias para seu desenvolvimento, ainda assim enfrenta problemas fitossanitários que são contornados com intervenções exclusivamente por agrotóxicos, os quais causam intoxicações a agricultores e impactos negativos sobre meio ambiente, devido ao poder residual que apresentam seus princípios ativos. O objetivo deste trabalho visa avaliar a resistência a doenças e pragas de clones locais de batata e a eficácia de preparados homeopáticos no manejo fitossanitário em variedades comerciais, bem como os seus efeitos no desenvolvimento fenológico das plantas e na produção de tubérculos. Foram conduzidos experimentos a campo na unidade experimental da Epagri-Lages e na comunidade de Pedras Brancas, Lages, SC. Na Epagri, foram realizados dois experimentos, um com aplicação de preparados homeopáticos e outro com avaliação de resistência de clones locais. O primeiro experimento foi em delineamento experimental blocos ao acaso em parcelas subdivididas com quatro repetições. Na parcela principal foram dispostos os preparados homeopáticos em 10 tratamentos (homeopatias de Silicia, Hypericum e bioterápicos de requeima (Phytophthora infestans), combinados, cada qual nas dinamizações 6, 12 e 60 CH (ordem de diluição centesimal hahnemanniana)) sem intervenção foi a testemunha e na sub-parcela quatro variedades comerciais de batata (Ágata (suscetível); BRS Ana e BRS Eliza, (medianamente suscetível); Cota (resistente)). Cada parcela foi constituída por 40 plantas e cada subparcela composta pela respectiva variedade com 10 plantas cada. Os tratamentos foram aplicados a cada quinze dias com auxílio do pulverizador costal manual sobre a planta até o ponto de escorrimento, totalizando quatro aplicações. A incidência de doenças e insetos foi avaliada semanalmente. O segundo experimento realizado na Epagri-Lages constou da avaliação de resistência a doenças e insetos de 40 clones locais e oito variedades comerciais. E outro experimento conduzido na comunidade de Pedras Brancas, Lages, SC compreendendo a avaliação de outros 45 clones locais. Os delineamentos dos ensaios com clones locais foi inteiramente casualizados com quatro repetições, e cada parcela composta por 10 tubérculos cada. Semanalmente, foram avaliadas a incidência de doenças e insetos. Nos experimentos da avaliação de clones, após a colheita, foram realizadas avaliações de peso e número de tubérculos, sendo depois armazenados em ambiente natural por um período de 60 dias, com avaliações semanais da perda de massa fresca de tubérculos. Os preparados homeopáticos com Hypericum 12CH, 60CH e Silicia 6CH e 12CH influenciaram na produtividade de tubérculos, e reduziram a ocorrência e a porcentagem de danos em plantas de batateira por Systena tenuis e Diabrotica speciosa. O bioterápico de Phytophthora infestans 6CH e 12CH e Hypericum 60CH proporcionaram melhor conservação dos tubérculos no período de 60 dias em ambiente natural. Nos clones avaliados na Epagri-Lages 15 se descaram com maior produtividade e destes seis apresentaram mais resistentes a pinta-preta que foram 339, 3, 325, 95, 338 e 136. E nas avaliações realizadas na Comunidade de Pedras Branca, Lages, SC 11 clones locais foram os mais produtivos e-196, 33/21, e-184, 43/22, e-195, 45/36 e 52/33, 58/12, 64/11 e 57/16 e destes seis demonstraram resistência a requeima e três a Diabrotica speciosa em sistema orgânico de cultivo

Made available in DSpace on 2014-08-20T13:25:38Z (GMT). No. of bitstreams: 1 dissertacao_murilo_cerioli.pdf: 248504 bytes, checksum: 5753f583efc83bb06c02cd0f2c7db965 (MD5) Previous issue date: 2013-05-17 / Improvements in methods of selection are extremely important for breeding programs because the market requires speed and efficiency in development new cultivars. In potato breeding, the elimination of genotypes with undesirable characteristics through early generation selection avoids that inferior genotypes be taken to the field. Selection for some traits in the seedling generation saves considerable resources and improves the quality of the population carried to the field. The aim of this study was to investigate in the seedling generation the influence of pot size on the expression of general appearance and yield of tubers and the selection efficiency. The study consisted of two generations of seedlings obtained from ten different crosses grown in the greenhouse in three different pot sizes during the autumn and spring. A first clonal generation was derived from autumn seedlings and planted in the field. Traits components of tuber appearance and yield were measured and trait correlations within seedling generation and between generations were determined. The results show that pot size influences trait expression and that early selection in the seedling generation is a viable option for many tuber appearance and yield component traits. Most traits are better expressed in large pots except skin roughness which showed more reticulated skin tubers in small pots. Skin roughness, tuber shape, tuber weight and number of tubers are more efficient for selection in the seedling generation. / Buscar melhorias em um programa de melhoramento é de grande importância, pois cada vez mais o mercado exige rapidez e eficiência no desenvolvimento de novas cultivares. No melhoramento de batata, a exclusão de genótipos com características indesejáveis o mais cedo possível, por meio da seleção em gerações iniciais, evita que genótipos inferiores sejam mantidos nos ensaios de campo. A seleção para alguns caracteres na geração de plântulas pode economizar recursos consideráveis e melhorar a qualidade da população que é levada a campo. O objetivo desse estudo foi verificar a influência do tamanho de recipiente na expressão de caracteres de aparência e rendimento de tubérculos na geração de plântulas, assim como a eficiência da seleção nessa geração. O estudo foi composto de duas gerações de plântulas obtidas de dez cruzamentos distintos, cultivadas em casa de vegetação no outono e na primavera, conduzidas em três tamanhos diferentes de recipiente e a primeira geração clonal derivada de uma das gerações de plântulas. Foram avaliados caracteres componentes da aparência geral e rendimento de tubérculos e suas correlações entre caracteres na geração de plântulas e entre a geração de plântulas e sua respectiva primeira geração clonal. Os resultados evidenciam que o tamanho do recipiente influencia na expressão de caracteres e que a seleção precoce na geração de plântulas é uma opção viável para muitos caracteres componentes de aparência geral e rendimento de tubérculos. A maior parte dos caracteres avaliados se expressa melhor nos recipientes de tamanho grande, exceto o caráter aspereza de película, que apresentou tubérculos com película mais reticulada no recipiente de tamanho pequeno. Aspereza de película, formato, massa e número de tubérculos são os caracteres com maior eficiência para seleção em geração de plântulas.