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Parthenocarpie naturelle chez la tomate.III.- Etude de la parthenocarpie due au gene pat (parthenocarpic fruit) de la lignee " Montfavet 191 "

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Parthenocarpie naturelle chez la tomate.III.- Etude de la parthenocarpie due au gene pat (parthenocarpic fruit)

de la lignee ” Montfavet 191 ”

J. Philouze, P. Pécaut, M. Milesi

To cite this version:

J. Philouze, P. Pécaut, M. Milesi. Parthenocarpie naturelle chez la tomate.III.- Etude de la partheno-

carpie due au gene pat (parthenocarpic fruit) de la lignee ” Montfavet 191 ”. Agronomie, EDP Sciences,

1986, 6 (3), pp.243-248. �hal-02724332�

(2)

Parthénocarpie naturelle chez la tomate. III.

-

Etude de la parthénocarpie due au gène pat (parthenocarpic fruit) de la lignée « Montfavet

191 »

Jacqueline PHILOUZE Pierre PECAUT

Maguy MILESI

1,N.R.A., Station d’Amélioration des Plantes maraîchères, Centre de Recherches d’Avignon, F 84140 Montfa-

vet

RÉSUMÉ L’étude porte sur un matériel mutant, « Montfavet 191 », apparu spontanément dans une lignée en sélection.

Ce mutant est caractérisé par des étamines courtes, de longueur variable chez une même fleur et d’une fleur à l’autre, plus ou moins libres, à déhiscence parfois extrorse et cependant riches en pollen fertile. Ce mutant

développe des fruits parthénocarpiques plus précoces de 6 à 10 jours que ceux obtenus sur des plantes norma-

les du même type variétal, mais beaucoup plus petits (environ 2/3 du poids des fruits des plantes [pat + ]). Le

rendement en graines des fruits du matériel [pat] est nul en fécondation libre, nul ou très faible après pollinisa-

tion manuelle.

Ces caractéristiques sont des effets pléiotropiques d’une mutation survenue à un seul locus pat (parthenocarpic fruit), mutation préalablement obtenue et décrite en Italie.

Des essais conduits dans différentes conditions de culture ont montré que l’aptitude à la parthénocarpie de

« Montfavet 191 » se manifeste dans tous les environnements essayés, aussi bien en serre qu’au champ, quelle

que soit la période de l’année. Malgré le très faible rendement en graines, il existe une corrélation positive

entre le poids des fruits et le nombre de graines qu’ils contiennent à la suite d’une pollinisation manuelle.

Les auteurs concluent à l’intérêt limité du type de parthénocarpie au gène pat dans un programme de sélec- tion.

Mots clés additionnels : Lycopersicon esculentum, anthères courtes, production de graines.

SUMMARY Natural parthenocarpy in tomato. III. Study of parthenocarpy due to the pat (parthenocarpic fruit) gene in line &dquo;Montfavet 191 &dquo;.

The mutant material studied &dquo;Montfavet 191&dquo;, appeared spontaneously in a breeding line. It was characterized

by short stamens, the length of which was variable in the same flower and between flowers ; the stamens were

more or less free, with extrorse dehiscence, and rich in fertile pollen. The mutant set parthenocarpic fruits 6 to

10 days earlier than the fruits obtained on normal plants of the same varietal type, but much smaller (about 2/3 of the weight of fruits from [pat I plants). The seed yield of the fruit from [pat] material was zero in open pollination, and zero or nearly zero after hand pollination.

These characters were pleiotropic effects of a mutation at a single locus pat (parthenocarpic fruit), a mutation previously obtained and described in Italy.

Experiments carried out in different conditions showed that the parthenocarpic ability of &dquo;Montfavet 191&dquo; was exhibited in all the environments tested, as well in the glasshouse as in the open field, whatever the time of year. In spite of the very low seed yield, there was a positive correlation between fruit weight and seed number after hand pollination. The authors conclude that the type of parthenocarpy due to the pat gene is of little interest in a breeding program.

Additional key words : Lycopersicon esculentum, short anthers, seed production.

(3)

1. INTRODUCTION

Au cours de l’étude d’une collection variétale (PHI- LOUZE

, 1985), la lignée « Montfavet 191 » a montré

une aptitude de haut niveau à la parthénocarpie, apti-

tude qui mérite d’être étudiée plus avant. Une revue bibliographique des travaux conduits en Italie et en

France sur du matériel dont la parthénocarpie est due

au gène pat (parthenocarpic fruit) a été faite par PHI- L

OU ZE (1983).

Nous décrirons ici les caractéristiques de la lignée

« Montfavet 191 » et donnerons les résultats de l’étude génétique dont une note antérieure (PECAUT &

P HILOUZE

, 1978) a présenté les conclusions. Enfin,

nous étudierons le comportement de « Montfavet 191 » dans des essais réalisés dans des conditions différentes (serre ou champ ; printemps, été ou automne), afin de juger de l’effet du milieu sur

l’expression du caractère de parthénocarpie au gène pat.

Il. CARACTÉRISTIQUES DE LA LIGNÉE

MUTANTE « MONTFAVET 191 »

Des plantes mutantes sont apparues spontanément

en culture au champ en 1972, dans une lignée F3 issue

d’un croisement entre une de nos lignées de sélection et la variété brésilienne « Santa Cruz Samano ». Cette

lignée F3 était par ailleurs bien typée sur le plan agro-

nomique : lignée à croissance indéterminée, à grands entre-noeuds, à petits fruits ronds à 2 loges (parfois 3), de couleur uniforme avant maturité. Les plantes

mutantes ont montré une avance remarquable pour la maturité des fruits ; ceux-ci étaient plus petits que

ceux des plantes de précocité normale et ils étaient

totalement dépourvus de graines. L’examen des Meurs

épanouies sur les bouquets supérieurs des plantes pré-

coces a montré que les étamines étaient mal formées : étamines courtes, de taille irrégulière chez la même fleur et d’une fleur à l’autre, plus ou moins libres, à déhiscence parfois extrorse. Ce matériel mutant a été

dénommé « Montfavet 191 ».

La même descendance F3 a été semée en serre verre

(semis du 2 mai). Sur 23 plantes élevées jusqu’à la flo- raison, 16 étaient à fleurs normales et 7 à fleurs anor-

males, à anthères courtes et non soudées ; ces anthères

courtes contenaient du pollen en abondance. Six plan-

tes à fleurs normales et 6 plantes à fleurs anormales

ont été cultivées en pots. Deux traitements ont été

appliqués, sur 3 plantes de chacun des 2 phénotypes : (1) fleurs castrées, non pollinisées et (2) fleurs non castrées, vibrées mécaniquement. Ces traitements ont

été effectués sur 2 bouquets par plante, les bouquets

ont été limités à 3 fleurs (on a donc étudié 18 fleurs par phénotype et par traitement). Les résultats sont

donnés dans le tableau 1.

Après le traitement faisant intervenir une castration des fleurs sans pollinisation, aucun fruit ne s’est déve-

loppé chez les plantes à étamines normales. Par con-

tre, la nouaison a été totale chez les plantes à étamines

courtes.

Chez ces dernières, le grossissement des fruits a été très rapide et a abouti, pour l’un et l’autre traitement, à des fruits sans graines, plus précoces de 6 à 7 j et

nettement plus petits que les fruits obtenus après

vibration des inflorescences sur les plantes de phé-

notype normal, et qui, eux, renfermaient de nombreu-

ses graines (environ une centaine par fruit).

Des pollinisations, soit par autopollen, soit par allo- pollen, ont été réalisées sur les bouquets supérieurs

des plantes dont les fleurs avaient des étamines cour- tes. Dans un cas comme dans l’autre, on a obtenu en

moyenne 0,4 graine par fruit. Parallèlement, le pollen

des plantes à étamines courtes, utilisé en croisement

sur des plantes normales, s’est révélé parfaitement

fécondant.

On constate donc une association entre les caractè-

res : étamines anormales et développement parthéno- carpique de fruits plus petits et plus précoces que ceux obtenus sur des plantes non mutantes. L’aptitude à la parthénocarpie semble par ailleurs en relation avec une déficience dans la production de graines.

III. ETUDE GÉNÉTIQUE

DES CARACTÈRES MUTANTS DE « MONTFAVET 191 »

La 1 r e étape a été l’étude du déterminisme génétique

des caractères mutants que nous venons de décrire chez « Montfavet 191 ». Sur 327 plantes issues de

l’autofécondation de plantes normales hétérozygotes

(4)

pour les caractères étamines courtes et développement parthénocarpique des fruits, 249 plantes avaient des étamines normales et n’étaient pas parthénocarpiques

et 78 plantes avaient des étamines courtes et portaient

des fruits sans graines, qui étaient plus précoces de 8 à

10 jours que les fruits des plantes normales. Le

x

2 = 0,23 (0,90 > P > 0,50) permet de conclure que la longueur des étamines et l’aptitude au développe-

ment parthénocarpique des fruits sont contrôlées par

un seul gène récessif ou par 2 gènes récessifs très étroi-

tement liés. Aucune recombinaison entre ces 2 carac-

tères n’a en effet été observée.

Les caractères mutants décrits chez « Montfavet 191 » sont à rapprocher de ceux obtenus en Italie

chez la variété « Roma » après traitement de graines

au méthane sulfonate d’éthyle et que BI A NCHI &

SO RE SS

I (1969), SORESSI (1970) ont d’abord attribué à

un seul gène récessif, sha (short anthers), puis que SO

R

ESSI & SALAMINI (1975) ont attribué à 2 gènes

récessifs étroitement liés, sha et pat (parthenocarpic fruit) ; la distance entre les 2 loci serait d’environ 0,12 unité de crossing over. Aussi avons-nous réalisé un test d’allélisme entre « Montfavet 191 » et du matériel

[sha pat]. Pour cela nous avons utilisé des plantes à

anthères courtes et à fruits parthénocarpiques issues

de la descendance F2 « Stock 2524 » , reçue de G. P.

SORESSI en 1969, en disjonction pour sha et pat d’une part, sha + et pat + d’autre part.

Deux plantes de « Montfavet 191 », 2 plantes [sha pat] issues de la F2 « Stock 2524 » et 2 plantes hybri-

des réalisées entre ces mutants ont été cultivées en

pots sous serre verre chauffée (semis 9 janvier, rempo- tage 26 février). L’aspect des étamines a été noté.

Quelques fleurs sur chaque plante ont été castrées et non pollinisées, d’autres ont été autopollinisées

manuellement. Les fruits ont été pesés individuelle- ment, les graines extraites en mélange pour plusieurs

fruits et comptées.

Le matériel italien issu du « Stock 2524 » présentait

des étamines très courtes et irrégulières. Les étamines des l’ es fleurs de « Montfavet 191 », épanouies début

mars, étaient beaucoup plus courtes que les étamines d’une plante normale, elles étaient cependant beau-

coup moins courtes que celles du matériel italien. Un

mois plus tard, les étamines de nombreuses fleurs de

« Montfavet 191 » avaient un aspect quasi normal.

Chez l’hybride entre le matériel italien et « Montfavet 191 », les étamines étaient courtes, de longueur inter-

médiaire entre celle de chacun des 2 parents. Les 2 parents et l’hybride ont donc le caractère anthères courtes, que SoltESS1 & SALAMINI (1975) attribuent au

gène sha (short anthers). L’expression de ce caractère

varie selon le génotype (plus court dans le matériel ita- lien, moins court chez « Montfavet 191 ») et selon le milieu (variation de la longueur des étamines de

« Montfavet 191 » selon la période d’observation).

Les résultats du test d’allélisme, concernant l’apti-

tude à la parthénocarpie, sont donnés dans le tableau 2. Les 2 parents et leur hybride présentent les mêmes caractéristiques : le poids des fruits obtenus après cas-

tration sans pollinisation ne diffère pas significative-

ment de celui des fruits obtenus après autoféconda- tion manuelle. D’autre part, le nombre de graines par fruit obtenu après autopollinisation manuelle est très faible chez les 2 parents et leur hybride. L’aptitude à

la parthénocarpie de « Montfavet 191 » peut donc être attribuée au gène pat présent dans le « Stock

2524 ».

IV. COMPORTEMENT DE « MONTFAVET 191 » DANS DES ESSAIS EN CONDITIONS VARIÉES

Nous avons vu précédemment que la longueur des étamines de « Montfavet 191 » variait selon les condi- tions de milieu. Qu’en est-il de son aptitude à la par-

thénocarpie ? Est-il par ailleurs possible de mettre en évidence des conditions favorables à la production de graines chez cette lignée ? Des essais, conduits dans

des conditions de culture et de milieu différents, vont

nous permettre d’apporter quelques éléments de

réponse à ces questions.

Trois essais, dont le tableau 3 donne le détail des

techniques culturales et expérimentales utilisées, ont été conduits dans des conditions de milieu différen-

tes :

essai n° 1 : culture de printemps sous serre verre

chauffée ; les principaux résultats de cet essai sont

(5)

rapportés dans un article précédent (PHtLOUZE, 1985) ;

essai n° 2 : culture de plein champ ;

essai n° 3 : culture d’automne sous serre verre

chauffée.

Plusieurs traitements ont été appliqués :

(1) les fleurs ont été castrées avant la maturité du

pollen ; aucun apport de pollen n’a été effectué sur le

stigmate de ces fleurs ;

(2) les fleurs ont été castrées et pollinisées avec du pollen de « Apédice » (lignée riche en pollen de bonne qualité) ;

(3) les fleurs ont été castrées et pollinisées avec du pollen de « Montfavet 191 » (autopollinisation).

Pour les traitements avec pollinisation, celle-ci est

effectuée à 2 reprises, le jour de la castration et 2 ou

3 j après. Les différents traitements ont été appliqués

sur 1 à 4 plantes, et sur 3 à 4 bouquets par plante ; les

bouquets ont été limités à 8 fleurs au maximum.

Tous les fruits ont été récoltés et pesés individuelle- ment, les graines extraites fruit par fruit et comptées.

Les comparaisons entre le poids des fruits obtenus avec et sans pollinisation ont été effectuées au moyen du test t de Student. Enfin les corrélations entre le

poids des fruits et le nombre de graines qu’ils contien-

nent ont été calculées.

Les résultats sont rassemblés dans le tableau 4.

Après le traitement sans pollinisation, il y a produc-

tion de fruits de poids comparable (essais 2 et 3) ou inférieur (essai 1) à celui des fruits obtenus après cas-

tration et pollinisation. Après pollinisation

-

qu’il s’agisse d’une pollinisation par « Apédice » ou d’une autopollinisation

-

le nombre moyen de graines par fruit est très faible. Cependant dans les essais 1 et 3, il

y a une corrélation positive significative entre le poids

des fruits et le nombre de graines.

Nous avons observé « Montfavet 191 » dans d’autres essais que ceux rapportés ici ; cette lignée a toujours montré la même aptitude à la parthénocarpie

que celle manifestée dans les 3 essais précédents et la

même difficulté à produire des graines. Citons un essai conduit au printemps (plantation le 10 février)

sous serre verre non chauffée, avec des températures

nocturnes minimales comprises le plus souvent entre 5

et 10 °C, de la plantation à la mi-avril, soit pendant la période se sont produites la microsporogenèse et la

floraison des fleurs des 4 bouquets étudiés. Dans ces

conditions, le poids des fruits formés après castration

non suivie de pollinisation (62 g, moyenne de 30

fruits) était très voisin de celui des fruits obtenus à

partir de fleurs non castrées laissées en fécondation libre (60 g, moyenne de 36 fruits) ; aucun de ces der-

niers fruits ne contenait de graines. Notons enfin que, même quand les conditions du milieu sont favorables

au développement d’étamines quasi normales et à une microsporogenèse normale, nous n’avons jamais

obtenu de graines dans des fruits issus de fleurs lais- sées en fécondation libre ; une pollinisation manuelle

est toujours nécessaire.

V. DISCUSSION ET CONCLUSION S

ORESSI

& S ALAMI NI (1975) ont attribué à 2 gènes différents étroitement liés l’aptitude à la parthénocar-

pie (gène pat

=

parthenocarpic fruit) et le caractère anthères courtes (sha

=

short anthers). Pour nous, il

s’agit d’effets pléiotropiques d’un seul gène, pour

lequel nous retiendrons le symbole pat. En effet, la probabilité d’apparition simultanée de 2 mutations dans un même matériel (ici, « Montfavet 191 ») est

extrêmement faible. D’autre part, nous n’avons jamais réussi à dissocier les caractères étamines cour- tes et aptitude à la parthénocarpie. Enfin l’expression

du caractère étamines courtes varie selon le génotype

et le milieu ; BIANCHI & SORESSI (1969) avaient déjà

noté cette variabilité d’expression d’une fleur à l’autre

sur la même plante et entre étamines de la même fleur ; nous avons observé la même variabilité, égale-

ment très marquée d’un génotype à l’autre. Cela peut inciter à croire à l’obtention de recombinants parthé- nocarpiques à étamines normales. Ainsi, lors de

l’étude du déterminisme génétique des caractères

mutants de « Montfavet 191 », des fleurs à étamines

courtes ont été observées sur la bouture élevée en serre

d’une plante notée au champ comme étant parthéno-

carpique et à étamines normales.

(6)

Notons que SORESSI (comm. pers., 1985) revient maintenant à sa 1 re hypothèse (BIANCHI & SORESSI, 1969 ; SO RE SS I , 1970), à savoir que les caractères éta- mines courtes et développement parthénocarpique du

fruit seraient des effets pléiotropiques d’un seul gène récessif.

Sur le plan agronomique, les fruits de « Montfavet 191 », comparés à ceux de plantes soeurs normales, grossissent plus vite et mûrissent 6 à 10 j plus précoce- ment, mais ils n’atteignent que les 2/3 de leur poids.

Ces résultats sont tout à fait en accord avec ceux de FALAVI!Na et al. (1978), obtenus sur des plantes nor-

males et mutantes de descendances F2 en ségrégation,

et ceux de MAPEr.r.t et al. (1978) qui comparaient

« Ventura » et sa version parthénocarpique [sha patJ.

Nous nous sommes toujours heurtés à des difficul-

tés de production de graines chez le matériel [pat].

Ces difficultés semblent plus marquées que celles ren-

contrées par les auteurs italiens sur un matériel végétal

il est vrai différent. Ainsi, dans tous nos essais, les fleurs laissées en fécondation libre ont toujours donné

des fruits sans graines, même quand la conformation des étamines était quasi normale. Par contre,

MAPELLI et al. (1979) ont obtenu sur des plantes F2 [sha pat] cultivées au champ, à 3 dates de récoltes dif-

férentes, 33,5-30,4 et 79,7 p. 100 de fruits avec grai-

nes, renfermant respectivement en moyenne 3,5-8,5 et 14,2 graines par fruits ; les fruits des plantes F2 [sha + pat

+

] correspondantes contenaient 60 à 75 graines

dans les mêmes conditions. Dans nos essais, nous n’obtenons qu’un nombre très faible de graines à la

suite d’une pollinisation manuelle, alors que M,aPEI,Lt et al. (1979) ont obtenu, en culture de serre au prin- temps, après autofécondation manuelle de plantes F2 [sha pat], 83,2 p. 100 de fruits avec graines (2 p. 100 seulement après pollinisation libre) et, parmi ceux-ci,

en moyenne 42,3 graines par fruit, tandis qu’ils récol-

taient 49,9 graines par fruit chez les plantes F2 nor- males correspondantes (différences non significati- ves) ; ceci à condition que la pollinisation manuelle

soit effectuée 2 ou 3 j avant l’anthèse. Dans les essais que nous avons rapportés ici et concernant le matériel italien « Stock 2524 » et « Montfavet 191 » (tabl. 2 &

4), la castration et la I re pollinisation sont effectuées

environ 2 j avant l’anthèse et, malgré cela, le rende-

ment en graines est très faible (le nombre maximum

(7)

de graines obtenues dans un fruit a été de 15, essai

n° 1, tabl. 4). Même dans des tentatives (non rappor- tées ici) de pollinisation encore plus précoce, nous

n’avons pas obtenu d’amélioration sensible du nom-

bre de graines. Ces différences entre nos résultats et ceux des auteurs italiens sont vraisemblablement à mettre en partie sur le compte de l’effet de l’ensemble du génotype sur l’expression du caractère parthéno- carpique au gène pat. Le milieu joue aussi un rôle, puisque CAMPION et al. (1980) ont montré l’influence de la fumure azotée sur le pourcentage de fruits avec et sans graines chez 2 lignées pat.

Pour PO R C ELLI el al. (1979), M A P ELLI et al. (1979),

la difficulté de la production de semences sur le matériel [pat] serait due au déclenchement très pré-

coce du grossissement parthénocarpique de l’ovaire, qui se produirait avant la réceptivité des ovules ; ce phénomène est à mettre en relation avec la concentra-

tion en auxine qui, à l’anthèse, serait environ 3 fois

plus élevée dans les ovaires parthénocarpiques que dans les ovaires non parthénocarpiques (MaPELI.1 et al., 1978). M APELLI et al. (1979) ont par ailleurs mon-

tré qu’un traitement à l’acide gibberellique, en favori-

sant le développement quasi normal des anthères sur

du matériel [sha pat], augmentait la quantité de pollen

viable mais n’induisait pas la formation de fruits avec

graines.

La parthénocarpie due au gène pat s’est exprimée dans tous les essais que nous avons réalisés, quelles

que soient l’époque de l’année et les conditions de milieu. Sa mise en évidence ne nécessite pas une tech-

nique particulière (par exemple une castration non sui- vie de pollinisation) ou des conditions de milieu bien précises (par exemple des températures basses). Enfin

la production de graines sur ce matériel est très diffi- cile. Le type de parthénocarpie au gène pat est donc bien différent de celui dû à pat-2 (variété « Séve-

rianin ») ou à un cumul de plusieurs gènes (lignée

« 75/59 ») (P HILOUZ E, 1983, 1985). Dans ces 2 der- niers cas, la parthénocarpie est facultative, en relation

avec des conditions bien particulières du milieu (par exemple des températures basses) ; la production de graines ne pose pas de problème quand les conditions de milieu sont favorables à la production de pollen et

à la pollinisation. Du fait de l’existence de ces autres sources de parthénocarpie, la parthénocarpie due à

pat perd beaucoup d’intérêt, principalement à cause

de la diminution du poids du fruit entraînée par ce

gène et de la difficulté de production de semences

avec les méthodes classiques de pollinisation.

Reçu le 24 juillet 1985.

Accepté le 24 octobre 1985.

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