Developmental and genetic analysis of pre-anthesis phases in barley (HordeumvulgareL.) - [kumulative Dissertation]

Abstract

Die Vorblüteentwicklung bei Getreide umfasst drei größere Entwicklungsphasen (vegetative, früh- und spät-reproduktive Entwicklungsphase), in der wichtige entwicklungsbiologische Prozesse ablaufen. Von den o.g. Phasen ist die spät-reproduktive Entwicklungsphase als besonders wichtig einzustufen hinsichtlich Entwicklung und Untergang von Ährchen- und Blütchenanlagen. Unter Zuhilfenahme des verwendeten Phänotypisierungsansatzes konnten wir in der vorliegenden Arbeit die entscheidende Entwicklungsphase für den Untergang bereits angelegter Ährchen bzw. Blütchen bestimmen: nämlich vom AwnPrimordium (AP) bis zum Tipping (TIP) Stadium; eine Phase in der Ährchen/Blütchen insbesondere mit anderen Pflanzenorganen um knappe Nährstoffressourcen in Konkurrenz treten. Wir konnten zeigen, dass Gerstenpflanzen zum AP Stadium das maximale Ertragspotential zeigen, und dass sechszeilige Gersten einen signifikant höheren Ährchenabort zeigten als zweizeilige Gersten. Des Weiteren konnte gezeigt werden, dass die relativ hohen Erblichkeiten der meisten Zielmerkmale (d.h. Ährchenanzahl sowie –untergang, Wachstumsstadien und Blattmerkmale) einen messbaren Effekt auf den Einzelpflanzenertrag hatten.

The pre-anthesis phase of temperate cereals consists of three major phases (vegetative, early- and late-reproductive) during which distinct biological and developmental processes take place. Among these phases, late-reproductive phase is the most crucial phase for spikelet/floret development and survival. With the help of the proposed phenotyping approach in this study, we identified the most decisive phase for spikelet/floret survival, i.e. awn primordium (AP) to tipping (TIP) stage, where spikelets/florets compete with other organs for limited resources. We demonstrated that the maximum yield potential in barley is at AP stage and six-rowed barley had significantly higher rate of spikelet abortion than two-rowed barley. Moreover, most of the targeted traits (spikelet number and survival, growth stages and leaf traits) were predominantly heritable traits and had an impact on single-plant yield. These findings were documented in different growing conditions and we found that GH conditions are appropriate for studying phenotypic/genetic variation of traits.