Determination of morphological and cytological differences between diploid and tetraploid watermelon plants

Abstract

In the seedless watermelon breeding programme, firstly, tetraploid parents must be developed by the breeders. When diploid watermelon lines treated with colchicine and oryzaline in vivo and vitro conditions, tetraploid plants could be obtained. The diploid and tetraploid watermelon plants should be selected within the population. For this reason, some markers (morphological, isozyme, cytological and molecular techniques) are needed to separate from diploid and tetraploid plants. Chromosome counts and DNA content of diploid and tetraploid plants as a result of measurement of flow cytometry distinction can be made definitively. However, the laboratory infrastructure required to implement each method, is not economical. The purpose of this study is to select the tetraploid watermelon plants at M1 stage from populations applied colchicine and oryzaline with morphological anda cytological investigations in in vivo conditions. In this study, tetraploid plants belong to the four watermelon lines and diploid plants compared with the morphological and cytological dates. Morphological dates; width of the leaf-length (cm), male flower diameter (mm), diameter-length of the ovary (mm), the female flower petal width and length (mm) were measured. Cytological assessment of the stoma diameter (μm), stomatal length (μm), stomatal density and chloroplast number were measured. In the present study has shown that the tetraploid plants grow vigorously as compared to diploid plants. Tetraploid plants are the number of chloroplasts increased, but decreased stomatal density were determined. As a result, tetraploid plants could be selected practically and economically by using morphological and cytological data for watermelon plants.

Keywords

• Watermelon; Tetraploid; Diploid; Cytological; Morphological

Diploid ve tetraploid karpuz bitkilerinde morfolojik ve sitolojik farklılıkların belirlenmesi

Abstract

Çekirdeksiz karpuz ıslah programında, öncelikle tetraploid karpuz hatlarının ıslahçılar tarafından geliştirilmesi gerekmektedir. Diploid karpuz hatları, kolhisin veya orizalin gibi mutajenik kimyasallarla in vivo veya in vitro koşullarda muamele edilerek tetraploid hatlar elde edilmektedir. Kimyasal uygulama sonrası oluşan popülasyon içerisinden, tetraploid bitkilerin seçilmektedir. Seleksiyon için morfolojik, sitolojik, izoenzim ve DNA belirteçleri kullanılmaktadır. Kromozom sayımı ve DNA içeriğinin flow sitometreyle ölçülmesi, tetraploid bitkilerin popülasyon içerisinden kesin olarak seçimini sağlamaktadır. Ancak her iki yöntemi uygulamak için laboratuvar altyapısı gerekmekte ve buna bağlı olarak maliyet artmaktadır. Bu çalışmanın amacı, in vivo koşullarda kolhisin ve orizalin uygulaması yapılan karpuz popülasyonundan (dört farklı karpuz hattı), tetraploid karpuz bitkilerini M1 aşamasında, morfolojik ve sitolojik incelemelerle belirlemek ve onları seçmektir. Bu çalışmada, dört karpuz hattına ait olan tetraploid ve diploid bitkiler morfolojik ve sitolojik verilerle karşılaştırılmıştır. Morfolojik olarak yaprak eni-uzunluğu (cm), erkek çiçek çapı (mm), yumurtalık çapı ve uzunluğu (mm), dişi çiçek taç yaprak genişliği ve uzunluğu (mm) ölçülmüştür. Sitolojik değerlendirmede, stoma çapı (μm), stoma uzunluğu (μm), stoma yoğunluğu (mm2) ve kloroplast sayımı yapılmıştır. Çalışma sonucunda, tetraploid bitkilerin diploidlere göre yapraklarının ve çiçeklerin daha iri olduğu, kloroplast sayısının arttığı, ancak stoma yoğunluğunun azaldığı belirlenmiştir. Elde edilen morfolojik ve sitolojik verilerin birlikte kullanılması sonucu tetraploid bitkilerin oldukça pratik ve ekonomik olarak seçilebileceği ortaya konmuştur.

Keywords

• Karpuz; Tetraploid; Diploid; Sitolojik; Morfolojik

References

1. Andrus, C.F., Seshadri, V.S., Grimball, P.C. 1971. Production of Seedless Watermelons. Agricultural Research Service, USDA Technical Bulletin No., 1425.
2. Compton, M.E., Gray, D.J., Elmstrom, G.W. 1994. Regeneration of Tetraploid Plants from Cotyledons of Diploid Watermelon. Proceedings of the Florida State Horticultural Society, 107:107-109.
3. Compton, M.E., Gray, D.J., Elmstron, G.W. 1996. Identification of Tetraploid Regeneration from Cotyledons of Diploid Watermelon Cultured In Vitro. Euphytica, 87:165-172.
4. Dahanayeke, N., Chen, X-L., Zhao, F-C., Yang, Y-C., Wu, H., 2010. Seperation of Tetraploid and Diploid Plants From Chimeras in In Vitro Cultures of Purple Coneflower (Echinacea purpurea L.). Tropical Agricultural Research, 13(1):11-15.
5. Dolezel, J. 1998. Flow Cytometry, Its Application and Potential for Plant Breeding, p. 80-90. In:Current Topics in Plant Cytogenetics Related to Plant Improvement. (Ed.): T. Lelley. Universitätsverlag, Vienna.
6. El-Morsy, Sh. I., Dorra, M.D.M., Abd El-Hady, E.A.A., Hiaba, A.A.A., Mohammed, A.Y. 2009. Comparativen Studies on Diploid and Tetraploid. Levels of Nicotiana alata. Plant Cell Tissue Organ Culture, 2(3):182-188.
7. FAO, 2009. FAOSTAT. Statistic Database. http://faostat.fao.org. Erişim Tarihi: 10 Kasım 2012.
8. İnan, S. 2007. Karpuz (Citrullus lanatus (Thunb.) Matsum ve Nakai)’da in vivo ve in vitro Yöntemlerle Tetraploid Bitki Elde Edilmesi. Çukurova Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Bahçe Bitkileri Anabilim Dalı, Yüksek Lisans tezi, Adana, 80 s.

9. Jaskani, M.J., Khan, I.A. 2000. Characterization of Interploid Hybrids of Kinnow Mandarin. 9th International. Citrus Congress, pp. 165-166.
10. Jaskani, M.J., Khan, S.W., Ko, B.R. 2004. Induction and Characterization of Tetraploid Watermelon. Korean Society for Horticultural Science, 45:60-65.
11. Jaskani, M.J., Khan, S.W., Dae, H.K. 2005. Flow Cytometry of DNA Contents of Colchicine Treated Watermelon as a Ploidy Screening Method at M1 Stage. Pakistan Journal of Botany, 37(3):685-696
12. Kihara, H. 1951. Triploid Watermelons. Proc. Amer. Soc. Hort. Sci., 58, 217-230.
13. Koh, G. 2002. Tetraploid Production of Moodeungsan Watermelon. Korean Society for Horticultural Science, 43 (6), 671-676.
14. Li, Y., Whitesides J. F., Rhodes B. 1999. In vitro Generation of Tetraploid Watermelon with Two Different Dinitroanilines and Colchicines, Cucurbit Genetics Cooperative Rpt 22:38-40.
15. Li L., He, Y., Lu, K. 2002. Chemical Induction Mutation In Yellow Peel Watermelon (Citrullus lanatus) and Its Application to Tetraploid Watermelon Breeding. Chine Vegetables (No.3), 8-11
16. Lower, R.L., Johnson, K.W. 1969. Observation on Sterility of Induce Autotetraploid Watermelon. Journal of the American Society for Horticultural Science, 94(4):367-369.
17. Marr, C.W., Gast, K.L.B. 1991. Reactions by Consumers in a "Farmers" Market to Prices for Seedlees Watermelon and Ratings of Eating Quality. HortTechnology, 105-106.
18. Omran, A., Mohammad, B. 2008. Polyploidization Effect in Two Diploid Cotton (Gossypium herbaceum L. and G. arboreum L.) Species by Colchicine Treatments. African Journal of Biotechnology, 7(2):102-108.
19. Petersen, K., K., Hagberg P., Kristiansen. K. 2003. Colchicine and Oryzalin Mediated Chromosome Doubling in Different Genotypes of Miscanthus sinensis. Journal of Plant Sciences, 73(2):137-146.
20. Rousselle, F. 1992. Techniques d’Estimation Nombre des Chloroplastes (J.Jahier). Techniques de Cytogénétique Végétale, INRA, Paris, 149-165.
21. Sarı, N. 1994. Karpuzda Işınlanmış Polen Uyartımıyla Haploid Bitki Eldesi Üzerine Genotipin ve Mevsimin Etkisi ile Işınlama Yerine Geçebilecek Uygulamalar Üzerinde Araştırmalar. Doktora Tezi, Ç. Ü. Fen Bil. Ens., Adana, 242 s.
22. Sarı, N., Abak, K., Pıtrat, M. 1999. Comparison of Ploidy Level Screening Methods in Watermelon: Citrullus lanatus (Thunb.) Matsum. and Nakai. Scientia Horticulturae, 82:265-277.
23. Şimşek, İ., Sarı, N. 2010. Çekirdeksiz Karpuz (Citrullus lanatusThunb.) Matsum ve Nakai) Çeşitleri Geliştirmeye Yönelik Tetraploid Hatların Elde Edilmesi. Çukurova Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Bahçe Bitkileri Anabilim Dalı, Yüksek Lisans Tezi, Adana, 91 s.
24. Vainola, A. 2000. Polyploidization and Early Screening of Rhododendron Hybrids. Euphytica,112(3):239-244.
25. Thao, N.T.P., K. Ureshino, I. Miyajima, Y. Ozaki Y., Okubo, H. 2003. Induction of Tetraploids in Ornamental Alocasia Through Colchicine and Oryzalin Treatments. Plant Cell Tissue Organ Culture, 72(1):19-25.