Szczegóły

Kategoria: Doktoraty w ID PAN

Struktura zbiorowisk grzybów mikoryzowych i mikoryz sosny zwyczajnej (Pinus sylvestris L.) w różnych warunkach siedliskowych

Czytaj więcej: Tomasz Leski

Szczegóły

Kategoria: Doktoraty w ID PAN

Ekologiczne konsekwencje występowania szrotówka kasztanowcowiaczka (Cameraria ohridella) i czekoladowej plamistości liści na kasztanowcu zwyczajnym (Aesculus hippocastanum)

Czytaj więcej: Radosław Jagiełło

Szczegóły

Kategoria: Doktoraty w ID PAN

Konsekwencje warunków przechowywania nasion wybranych gatunków leśnych drzew i krzewów dla rozwoju siewek

     Nasiona wszystkich gatunków tracą żywotność podczas długoterminowego
przechowywania w kontrolowanych warunkach. Celem tej pracy doktorskiej było rozpoznanie
mechanizmów wpływających na zdolność kiełkowania i wschodzenia przechowywanych
nasion oraz na wzrost uzyskanych z nich siewek. Do badań wykorzystałem nasiona siedmiu
biocenotycznie cennych gatunków drzew leśnych: Malus sylvestris (L.), Pyrus communis (L.),
Sorbus aucuparia (L.), Prunus avium (L.), Prunus padus (L.), Cornus sanguinea (L.) oraz
Pterocarya fraxinifolia Poir. (Spach.). Po zbiorze nasiona w okrywach owocni podsuszono na
stołach laboratoryjnych do wilgotności kontrolnej (ok. 11%), a dalej nad żelem
krzemionkowym do wilgotności ok. 8 oraz 5%. W przypadku P. fraxinifolia nasiona
doprowadzono do wilgotności w przedziale 2,8 – 29,6%. Szczelnie zamknięte nasiona
umieszczono w temperaturze -3°, -18° lub -196°C (ciekły azot; LN), na okres do 3 lat. Po
przechowaniu nasiona poddano właściwej dla gatunku stratyfikacji, po czym określono ich
zdolność kiełkowania oraz wschodzenia. W kiełkujących nasionach oraz 3-miesięcznych
siewkach analizowano poziom stresu oksydacyjnego. W tym celu wykonano pomiar poziomu
nadtlenku wodoru (H2O2), produktów peroksydacji lipidów oraz kwasu askorbinowego.
Dodatkowo u jednorocznych siewek mierzono, wysokość, średnicę szyi korzeniowej,
zawartość azotu w korzeniach oraz powierzchnię całkowitą korzeni drobnych.

     W wyniku przeprowadzonych badań stwierdzono, że nasiona M. sylvestris podsuszone
do wilgotności 4,9%, charakteryzowały się obniżoną zdolnością kiełkowania i wschodzenia.
Nasiona P. avium przechowywane w temperaturze -18°C lub -196°C wschodziły na istotnie
niższym poziomie w stosunku do nasion przechowywanych w temperaturze -3°C, niezależnie
od wilgotności nasion oraz czasu przechowywania. Wykazano że korzystnymi warunkami dla
przechowywania nasion S. aucuparia do 3 lat, jest wilgotność poniżej 11,1% oraz temperatura
-3°C. Nasiona P. padus oraz C. sanguinea wyróżniały się zbliżoną zdolnością kiełkowania
i wschodzenia niezależnie od zastosowanych warunków przechowywania do 3 lat. Po raz
pierwszy wykazano w pracy możliwość kriogenicznego przechowywania nasion C. sanguinea,
S. aucuparia (w bezpiecznym przedziale wilgotności 5,5-11,1%) oraz P. fraxinifolia
(w przedziale 2,9-18,6%). Warunki przechowywania nasion nie wpłynęły istotnie na wysokość
i średnicę szyi korzeniowej jednorocznych siewek badanych gatunków. Analizy biochemiczne
wykonane na kiełkujących nasionach oraz 3-miesięcznych siewekach wykazały, iż spadek
poziomu kwasu askorbinowego w nasionach M. sylvestris o wilgotności 4,9%
przechowywanych w LN wpłynął negatywnie na poziom wschodów. Z kolei niższe
kiełkowanie i wschody nasion P. avium, bez względu na warunki przechowywania, były
skorelowane z wyższym poziomem H2O2 oraz utlenioną formą kwasu askorbinowego. Nasiona
P. padus charakteryzował wyrównany poziom utlenionych oraz zredukowanych form kwasu
askorbinowego, niezależnie od warunków przechowywania. Prawdopodobnie dlatego
uzyskane z nich siewki P. padus tolerowały stosunkowo wysoki poziom H2O2 oraz produktów
peroksydacji lipidów. Zaobserwowano niewielki, lecz statystycznie istotny wpływ, wilgotności
nasion na zawartość azotu w korzeniach oraz powierzchnię całkowitą korzeni drobnych
otrzymanych z nich jednorocznych siewek. Siewki uzyskane z nasion P. avium o wilgotności
11,2%, odznaczały się większą powierzchnią korzeni drobnych, a niższą zawartością azotu.
Odwrotną zależność zaobserwowano dla siewek uzyskanych z nasion P. padus.

     Mimo przynależności wszystkich badanych gatunków do tej samej kategorii nasion
(orthodox), w pracy wykazano dyskretne różnice w odpowiedzi na warunki przechowywania
nasion i siewek zarówno na poziomie biologicznym jak i biochemicznym. Silne podsuszenie
nasion, szczególnie w połączeniu z bardzo niską temperaturą LN, nie zawsze były korzystne
dla żywotności przechowywanych nasion (M. sylvestris, P. communis, P. avium). Mimo to,
zastosowane warunki przechowywania nasion badanych gatunków do 3 lat, w szerokim
zakresie temperatur, nie wpłynęły znacząco na jakość uzyskanych z nich siewek.

Szczegóły

Kategoria: Doktoraty w ID PAN

Wzorce genetyczne i ekologiczne w naturalnych populacjach kasztanowca zwyczajnego (Aesculus hippocastanum L.).

     Badania przeprowadzone w ramach prezentowanej pracy doktorskiej miały na celu dokładniejsze poznanie potencjału demograficznego greckich populacji kasztanowca zwyczajnego, a także określenie ich zasobów genowych oraz potencjalnego wpływu zmian klimatu na zasięg gatunku. Ponieważ dokładne poznanie naturalnych populacji jest kluczowe dla planowania strategii ochrony gatunku, postawiono w pracy następujące cele: 1) analiza struktury demograficznej naturalnych populacji kasztanowca zwyczajnego i stopnia ich porażenia przez szrotówka kasztanowcowiaczka; 2) określenie wpływu zmian klimatu na zasięg gatunku; 3) określenie zmienności genetycznej i zróżnicowania genetycznego w naturalnych populacjach kasztanowca zwyczajnego oraz czynników wpływających na przepływ genów pomiędzy nimi.

     Badane populacje charakteryzowały się zróżnicowaną strukturą demograficzną i dużą liczbą siewek. Kasztanowiec zwyczajny wyróżnia się na tle wielu innych gatunków reliktowych, które zwykle cechują się słabą regeneracją. Oznacza to, iż należy odrzucić hipotezę, że niewystarczające naturalne odnowienie jest czynnikiem ograniczającym rozprzestrzenianie się i zastępowalność pokoleń kasztanowca. Prawdopodobnie ważniejszymi czynnikami utrudniającymi kolonizację jest biologia A. hippocastanum, konkurencja z innymi gatunkami oraz specjalizacja siedliskowa.

     Poziom porażenia przez szrotówka kasztanowcowiaczka był bardzo zróżnicowany i zależał od wysokości stanowiska nad poziomem morza. Na dwóch naturalnych stanowiskach nie znaleziono min szrotówka. Czynnikiem wpływającym na niski stopień porażenia niektórych naturalnych populacji jest prawdopodobnie ich izolacja geograficzna i oddalenie od sieci dróg. Uzyskane wyniki pozwalają negatywnie zweryfikować hipotezę, że naturalne populacje kasztanowca zwyczajnego są porażone przez szrotówka kasztanowcowiaczka w podobnym stopniu jak sztuczne.

     Wyniki modelowania zasięgu wykazały, iż kasztanowiec był prawdopodobnie znacznie bardziej rozprzestrzeniony w przeszłości i od maksimum ostatniego zlodowacenia jego zasięg wyraźnie się skurczył. Jest to wynik potwierdzający postawioną hipotezę o redukcji zasięgu gatunku. Współczesny zasięg jest kształtowany w dużym stopniu przez warunki wilgotnościowe w okresie zimowym, co nawiązuje do ogólnego wzorca adaptacji gatunków śródziemnomorskich. Spodziewane zmiany klimatu mogą spowodować dalsze ograniczenie zasięgu, ale w niewielkim stopniu. Jedynie najbardziej pesymistyczny scenariusz przewiduje zagrożenie naturalnych populacji znajdujących się w centrum zasięgu w górach Pindos. Należy więc odrzucić hipotezę, iż przewidywane zmiany klimatu wpłyną w istotny sposób na dalszą redukcję naturalnego zasięgu kasztanowca zwyczajnego. Znacznie większym zagrożeniem dla kasztanowca może być rosnąca antropopresja, związana między innymi ze zwiększeniem zużycia zasobów wodnych w regionie śródziemnomorskim, oraz w konsekwencji utrata siedlisk. Innymi zagrożeniami są choroby i szkodniki, takie jak szrotówek kasztanowcowiaczek.

     Gatunki reliktowe i endemiczne często cechują się ograniczoną zmiennością genetyczną ze względu na obserwowaną niewielką liczebność populacji i fragmentację zasięgu. Są to
czynniki sprzyjające utracie zmienności genetycznej. Mając na względzie charakter występowania kasztanowca w naturalnych warunkach, postawiono hipotezę, że naturalne populacje kasztanowca charakteryzują się niską zmiennością i wysokim zróżnicowaniem genetycznym. Hipoteza ta została jednak zweryfikowana negatywnie. Analizowane populacje wykazały umiarkowane zróżnicowanie oraz stosunkowo wysoką zmienność genetyczną. W przypadku endemicznych gatunków drzewiastych zachowanie dużej zmienności może być związane z takimi cechami, jak długowieczność oraz zachodzące na siebie pokolenia. Duże znaczenie może mieć również fakt, iż w centrum obecnego zasięgu gatunek ten mógł występować od co najmniej ostatniego zlodowacenia.

     Czynniki historyczne ukształtowały współczesną pulę genową wielu gatunków endemicznych z regionu śródziemnomorskiego. Uzyskane wyniki pozwoliły pozytywnie zweryfikować hipotezę, iż właśnie czynniki biogeograficzne odegrały decydującą rolę w kształtowaniu wzorca zróżnicowania genetycznego kasztanowca w naturalnym zasięgu. Charakterystyka siedliska nie miała istotnego statystycznie wpływu na różnicowanie populacji, natomiast istotny okazał się dystans pomiędzy populacjami i topografia obszaru.

     Na poziom zmienności genetycznej oraz zróżnicowania między populacjami duży wpływ ma przepływ genów. Uzyskane wyniki wskazują, że kontakt pomiędzy izolowanymi populacjami kasztanowca jest znacznie utrudniony, co jest związane przede wszystkim z topografią Półwyspu Bałkańskiego. Wspiera to hipotezę, iż przepływ genów pomiędzy populacjami kasztanowca zwyczajnego jest niski.

     Zaprojektowane w ramach pracy doktorskiej specyficzne gatunkowo markery mikrosatelitarne wykazały zbliżone parametry do wykorzystanych wcześniej cross-amplifikowanych markerów. Hipoteza, iż markery specyficzne dla kasztanowca zwyczajnego wykazują większy polimorfizm niż markery cross-amplifikowane, powinna zostać odrzucona. Zaprojektowane markery będą mogły w przyszłości zostać zastosowane do określania zasobów genowych różnych taksonów z rodzaju Aesculus.

     Zaprezentowane wyniki stanowią ważny wkład w lepsze poznanie naturalnych populacji kasztanowca. Dobre odnowienie naturalne wraz z raczej optymistycznym wynikiem przewidywania teoretycznego zasięgu w przyszłości sugeruje, że ważną rolę w przetrwaniu tego endemitu będzie odgrywać ochrona in situ. Ochrona kasztanowca mogłaby też zostać wzbogacona o wspomaganą migrację, wykorzystującą zasoby genowe z populacji o największej zmienności. Publikacje wchodzące w skład pracy doktorskiej mogą stanowić podbudowę teoretyczną, na podstawie której powstanie skuteczna strategia ochrony tego gatunku, ważnego dla środowiska naturalnego gór Pindos, a także istotnego dla farmacji oraz architektury krajobrazu.