Genetic variability and analysis of screening procedures of preharvest sprouting in South African winter wheat (triticum aestivum) cultivars
Loading...
Date
2002-11
Authors
Barnard, Annelie
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
University of the Free State
Abstract
English: This study classified the preharvest sprouting resistance of 17 South African
winter wheat cultivars sampled over a range of typical winter wheat growth
environments. Variation in sprouting response between cultivars was
predominantly genetically determined and varied from 1.1 to 7.2 on a scale
from 1 to 8. In general Betta-DN, Elands, Limpopo, Caledon and PAN 3235
showed good resistance to preharvest sprouting, while the hybrids Carina,
Caritha and Carol, as well as the pureline Tugela-DN, tended to be highly
susceptible to sprouting. Betta-DN and Elands had the best stability over
environments and years. Genotypic variation appeared to be dominant,
indicating that progress in the development of cultivars with sprouting
tolerance is feasible.
2. In this study the oxidative pentose pathway (OPP) activity in seeds of a
preharvest sprouting susceptible winter wheat cultivar, Tugela-DN and that of
a preharvest sprouting resistant cultivar, Betta-DN, were compared. G6PDH
activity increased twofold in both the harvest ripe (HR) and after ripened (AR)
seeds of Tugela-DN during the germination phase and threefold during the
post germinative phase up to 72 h of incubation. However, the G6PDH
activity remained constant in both the HR and AR seeds of Betta-DN during
the first 24 h of incubation and increased only slightly in the HR seeds over
the remaining incubation time. Moreover, a C6/Cl ratio of below unity in
seeds of Tugela-DN during the germination phase, confirmed that the OPP
pathway was far more active in this preharvest sprouting susceptible cultivar
than in the resistant cultivar, Betta-DN, where the C6/Cl ratio remained
above unity during the germination phase.
Downgrading of wheat stocks due to a low falling number is an intermittent
problem in South Africa. This study determined the ability of South African
winter wheat cultivars to withstand a specified amount of simulated rainfall.
The falling number of cultivars that were exposed to optimal conditions for
preharvest sprouting by using a rain simulator, dropped drastically in most
cases. Betta-DN and Elands had a greater ability to maintain high FN during
continuous rainfall than others. Limpopo, Caledon, PAN 3232 and PAN 3235
showed a high tolerance to preharvest sprouting after 72 h of simulated rain
treatment, but their FN dropped to between 78s and 162s. FN determination
after 72 h of rain simulation showed that visual determination could be
inadequate. The G x E interactions for sprouting resistance were significant,
which indicate that the more stable cultivars should be selected by breeders.
4. This study describes the findings in comparing various methods to determine
preharvest sprouting and a-amylase activity. All the methods evaluated
showed significant correlations and therefore any of these methods could be
used for the determination of preharvest sprouting. However, results from this
study indicated that the Stirring Number and Falling Number methods are the
most reliable methods to use for the determination of preharvest sprouting
and a-amylase activity in wheat.
5. Screening for preharvest sprouting tolerance is difficult due to the relatively
low heritabi Iity of the trait and its tendency to be expressed as a quantitatively
inherited character. The objectives of this study were to determine
heritabi Iities and genetic variabi Iity of sprouti ng resistance in the progeny of
five winter wheat cultivars, including Elands, a cultivar with excellent
sprouting resistance. Five winter wheat cultivars were crossed in a complete
diallel fashion to generate two sets of F1 hybrids that were used in this study.
The preharvest sprouting response and a-amylase activity of these cultivars
and hybrids were compared. Elands was identified as contributing positively
towards preharvest sprouting tolerance in hybrid combinations. Elands also
had the best overall combining ability for improvement of sprouting tolerance.
6. Preharvest sprouting resistance (i.e. high falling number values) is a major
objective in the breeding programme of the ARC-Small Grain Institute.
Current breeding strategies involve selection of sprouting resistant lines by
using labour-intensive assessment of grain subjected to simulated rainfall.
Alternative selection techniques, such as electrophoretic analysis, which
require less time and grain (half a kernel per test can be used), would be
desirable. The objectives of this study were to explore PAGE as a means for
establishing profiles of soluble proteins of five wheat cultivars varying in their
resistance to preharvest sprouting and their ensuing progeny. A protein
duplet, which could possibly be associated with resistance to preharvest
sprouting, was detected in five of the F2 combinations. Although the protein
duplet correlated well with the preharvest sprouting scores of the cultivars and
their progeny, the association is not sufficiently strong to be of practical value.
Afrikaans: In hierdie studie is die uitloopweerstand van 17 Suid-Afrikaanse winterkoringcultivars oor 'n wye reeks omgewingstoestande gekarakteriseer. Die variasie in die onderskeie uitloopreaksies is hoofsaaklik toe te skryf aan die genetiese eienskappe van die cultivars en het gevarieer tussen 1.1 en 7.2 op 'n skaal van 1 tot 8. Oor die algemeen het Betta-DN, Elands, Limpopo, Caledon en PAN 3235 die beste weerstand teen uitloop getoon, terwyl die basters Carina, Caritha en Carol, sowel as die suiwertelende Tugela-DN die swakste weerstand teen uitloop gehad het. Betta-DN en Elands het ook die beste stabiliteit oor omgewings en jare getoon. Genotipiese variasie was dominant, wat daarop dui dat dit moontlik is om cultivars met 'n verbeterde uitloopweerstand te teel. 2. Die werking van die oksidatiewe pentose fosfaatweg is in die saad van 'n uitloopvatbare cultivar, Tugela-DN, en 'n tolerante cultivar, Betta-DN, bestudeer. Glukose-6-fosfaat dehidrogenase (G6PDH) aktiwiteit het tweevoudig verhoog in beide die oesryp en naryp sade van Tugela-DN gedurende die ontkiemingsfase en drievoudig gedurende die naontkiemingsfase tot en met 72 h na inkubering. Die G6PDH-aktiwiteit het egter konstant gebly in beide die oesryp en naryp sade van Betta-DN gedurende die eerste 24 h van ontkieming en het slegs minimaal verhoog in die oesryp sade oor die res van die tyd. Die C6/Cl verhouding was onder 1 in saad van Tugela-DN, wat daarop dui dat die OPP-weg baie meer aktief was in die vatbare cultivar, as in die tolerante cultivar, Betta-DN, waar die C6/Cl verhouding bo 1 was gedurende die ontkiemingsperiode. 3. Die afgradering van graan as gevolg van lae valgetalle, is 'n geweldige probleem in Suid-Afrika. In hierdie studie is die vermoë van Suid-Afrikaanse winterkoringcultivars om vogtige oestoestande te weerstaan, bepaal. In die meeste gevalle het die valgetal drasties verlaag wanneer cultivars aan optimale ontkiemingtoestande blootgestel is. Betta-DN en Elands kon hulle valgetalle konstant hou selfs na 72 h van gesimuleerde reënval. Limpopo, Caledon, PAN 3232 en PAN 3235 het 'n goeie toleransie teen uitloop getoon, maar na 72 h in 'n reënsimuleerder, het hulle valgetalle tussen 78s en 162s varieer. Die bepaling van valgetalle na 72 h gesimuleerde reënval het aangetoon dat visuele bepalings alleen onvoldoende is. Die G x Einteraksie vir uitloopweerstand was betekenisvol en dui daarop dat die meer stabiele cultivars geselekteer moet word vir teeldoeleindes. 4. Verskeie metodes vir die bepaling van uitloopskade en a-amilase aktiwiteit is in hierdie studie vergelyk. AI die metodes wat gebruik is, het baie goeie korrelasies getoon en derhalwe kan enigeen gebruik word vir die bepaling van uitloopskade. Resultate het egter aangetoon dat beide die valgetal- en roergetal-metodes die betroubaarste is en ook die beste herhaalbaarheid getoon het vir die bepaling van uitloopskade en ensiemaktiwiteit in koring. 5. Die karakterisering van uitloopweerstand is moeilik, aangesien dit 'n kwantitatiewe eienskap is en 'n relatief lae oorerflikheid het. Die doel van hierdie studie was om die oorerflikheid en genetiese variasie van uitloopweerstand in die nageslag van die vyf winterkoringcultivars te bepaal. Vyf winterkoringcultivars is in 'n volledige dialleel gekruis om twee stelle F1 basters te genereer wat in hierdie studie gebruik is. Die uitloopweerstand en a-amilase aktiwiteit van die cultivars en die basters is met mekaar vergelyk. Elands is geïdentifiseer as die cultivar met die beste kombineervermoë, asook die cultivar wat positief bygedra het tot die verbetering van uitloopweerstand. 6. Die verbetering van die uitloopweerstand van cultivars is 'n belangrike doelwit in die teelprogramme van LNR-Kleingraaninstituut. Huidiglik word vir uitloopweerstand geselekteer deur gebruik te maak van arbeidsintensiewe tegnieke met behulp van gesimuleerde reënval. Alternatiewe tegnieke, soos elektroforese wat vinniger resultate lewer, asook minder plantmateriaal benodig, is wenslik. In hierdie studie is poliakrielamied-gel-elektroforese ondersoek as 'n moontlikheid om profiele van oplosbare proteïene saam te stel van vyf cultivars met 'n variasie in uitloopweerstand, asook hulle nageslag. 'n Proteïen-duplet, wat moontlik met uitloopweerstand geassosieer kan word, is in vyf van die F2 kombinasies gevind. Alhoewel hierdie duplet baie goed korrelleer met die uitloopweerstandwaardes van die cultivars en hulle nageslag, is hierdie assosiasie nie sterk genoeg om prakties gebruik te word nie.
Afrikaans: In hierdie studie is die uitloopweerstand van 17 Suid-Afrikaanse winterkoringcultivars oor 'n wye reeks omgewingstoestande gekarakteriseer. Die variasie in die onderskeie uitloopreaksies is hoofsaaklik toe te skryf aan die genetiese eienskappe van die cultivars en het gevarieer tussen 1.1 en 7.2 op 'n skaal van 1 tot 8. Oor die algemeen het Betta-DN, Elands, Limpopo, Caledon en PAN 3235 die beste weerstand teen uitloop getoon, terwyl die basters Carina, Caritha en Carol, sowel as die suiwertelende Tugela-DN die swakste weerstand teen uitloop gehad het. Betta-DN en Elands het ook die beste stabiliteit oor omgewings en jare getoon. Genotipiese variasie was dominant, wat daarop dui dat dit moontlik is om cultivars met 'n verbeterde uitloopweerstand te teel. 2. Die werking van die oksidatiewe pentose fosfaatweg is in die saad van 'n uitloopvatbare cultivar, Tugela-DN, en 'n tolerante cultivar, Betta-DN, bestudeer. Glukose-6-fosfaat dehidrogenase (G6PDH) aktiwiteit het tweevoudig verhoog in beide die oesryp en naryp sade van Tugela-DN gedurende die ontkiemingsfase en drievoudig gedurende die naontkiemingsfase tot en met 72 h na inkubering. Die G6PDH-aktiwiteit het egter konstant gebly in beide die oesryp en naryp sade van Betta-DN gedurende die eerste 24 h van ontkieming en het slegs minimaal verhoog in die oesryp sade oor die res van die tyd. Die C6/Cl verhouding was onder 1 in saad van Tugela-DN, wat daarop dui dat die OPP-weg baie meer aktief was in die vatbare cultivar, as in die tolerante cultivar, Betta-DN, waar die C6/Cl verhouding bo 1 was gedurende die ontkiemingsperiode. 3. Die afgradering van graan as gevolg van lae valgetalle, is 'n geweldige probleem in Suid-Afrika. In hierdie studie is die vermoë van Suid-Afrikaanse winterkoringcultivars om vogtige oestoestande te weerstaan, bepaal. In die meeste gevalle het die valgetal drasties verlaag wanneer cultivars aan optimale ontkiemingtoestande blootgestel is. Betta-DN en Elands kon hulle valgetalle konstant hou selfs na 72 h van gesimuleerde reënval. Limpopo, Caledon, PAN 3232 en PAN 3235 het 'n goeie toleransie teen uitloop getoon, maar na 72 h in 'n reënsimuleerder, het hulle valgetalle tussen 78s en 162s varieer. Die bepaling van valgetalle na 72 h gesimuleerde reënval het aangetoon dat visuele bepalings alleen onvoldoende is. Die G x Einteraksie vir uitloopweerstand was betekenisvol en dui daarop dat die meer stabiele cultivars geselekteer moet word vir teeldoeleindes. 4. Verskeie metodes vir die bepaling van uitloopskade en a-amilase aktiwiteit is in hierdie studie vergelyk. AI die metodes wat gebruik is, het baie goeie korrelasies getoon en derhalwe kan enigeen gebruik word vir die bepaling van uitloopskade. Resultate het egter aangetoon dat beide die valgetal- en roergetal-metodes die betroubaarste is en ook die beste herhaalbaarheid getoon het vir die bepaling van uitloopskade en ensiemaktiwiteit in koring. 5. Die karakterisering van uitloopweerstand is moeilik, aangesien dit 'n kwantitatiewe eienskap is en 'n relatief lae oorerflikheid het. Die doel van hierdie studie was om die oorerflikheid en genetiese variasie van uitloopweerstand in die nageslag van die vyf winterkoringcultivars te bepaal. Vyf winterkoringcultivars is in 'n volledige dialleel gekruis om twee stelle F1 basters te genereer wat in hierdie studie gebruik is. Die uitloopweerstand en a-amilase aktiwiteit van die cultivars en die basters is met mekaar vergelyk. Elands is geïdentifiseer as die cultivar met die beste kombineervermoë, asook die cultivar wat positief bygedra het tot die verbetering van uitloopweerstand. 6. Die verbetering van die uitloopweerstand van cultivars is 'n belangrike doelwit in die teelprogramme van LNR-Kleingraaninstituut. Huidiglik word vir uitloopweerstand geselekteer deur gebruik te maak van arbeidsintensiewe tegnieke met behulp van gesimuleerde reënval. Alternatiewe tegnieke, soos elektroforese wat vinniger resultate lewer, asook minder plantmateriaal benodig, is wenslik. In hierdie studie is poliakrielamied-gel-elektroforese ondersoek as 'n moontlikheid om profiele van oplosbare proteïene saam te stel van vyf cultivars met 'n variasie in uitloopweerstand, asook hulle nageslag. 'n Proteïen-duplet, wat moontlik met uitloopweerstand geassosieer kan word, is in vyf van die F2 kombinasies gevind. Alhoewel hierdie duplet baie goed korrelleer met die uitloopweerstandwaardes van die cultivars en hulle nageslag, is hierdie assosiasie nie sterk genoeg om prakties gebruik te word nie.
Description
Keywords
Wheat -- Preharvest sprouting -- South Africa, Wheat -- Genetic aspects, Thesis (Ph.D. (Plant Science (Plant Breeding))--University of the Free State, 2002