Význam dedičných predispozíciív náchylnosti a odolnosti smreka

R. Longauer1, D. Gömöry2, M. Pacalaj1, S. Strmeň1,

1) Národné lesnícke centrum - LVÚ, T.G. Masaryka 22, 960 92 Zvolen2) Technická univerzita vo Zvolene. T.G. Masaryka 24, 960 53 Zvolen

Viac ako 50% ročne obnovovanej plochy sa obnovuje umelo.

Lákavý genetický zisk pokiaľ sa kvalitný genofond použije na správnom mieste: +5 % pri reprodukčnom materiáli zo semenných porastov, +10% a viac zo semenných sadov.

Neúmerné straty z dôvodu oslabenia stability a zníženia produkcie lesných porastov po nevhodnom prenose reprodukčného materiálu.

Prečo sú dedičné faktory, pôvod a vhodné použitie reprodukčného materiálu dôležité?

Stručné zhrnutie prakticky dôležitých poznatkov o genetickej variabilite a dedične podmienených

vlastnostiach smreka.

Informácie o genetickej diferenciácii (vo frekvenciách alel a genotypov) získané genetickými markérmi a analýzami DNA:1) Malá diferenciácia populácií, rozdiely rastú s geografickou

vzdialenosťou. 2) V pohoriach ako Alpy a Západné Karpaty rozdiely v genofonde

medzi prirodzenými porastami z rôznych nadmorských výšokuž na malých územiach!

• Preukázané zmeny v genetickej diverzite vplyvom dlhodobej selekcie znečistením ovzdušia na smrek a buk.

• Prežívajúca zložka imisiami dlhodobo poškodzovaných porastov sa geneticky líši od odumierajúcej: heterozygotnejšia ale geneticky chudobnejšia.

Riegel, R., Schubert, R., Muller-Starck, G., Karnosky, D.F., Paule, L., 2001: Genetic variation in two heavily polluted stands of Norway spruce (Picea abies [L] Karst.) as indicated by nuclear and organelle DNA markers. In: Genetic Response of Forest Ecosystems to Changing Environmental Conditions. Forestry Sciences Vol. 70., Kluwer Academic Publishers Dordrecht/Boston/London, s. 21-34.

Longauer, R., Gömöry, D., Paule, , L., Blada, I., Popescu, F, Mankovska, B., Müller-Starck, G., Schubert, R., Percy, K., Szaro, R., Karnosky, D., 2004: Genetic Effects of Air Pollution on Forest Tree Species of the Carpathian Mountains. Environmental Pollution 130: 85-92.

Dopady dlhodobého stresu na genofond smreka

• Nenáhodné genetické rozdiely medzi vitálnymi a chradnúcimi jedincami smreka na Spiši aj Kysuciach

• Selekcia výberových stromov: vitálne fenotypovo kvalitné jedince v žltnúcich porastoch na Kysuciach v r. 2001-2

• Semenný sad založený 2007.

Dopady dlhodobého stresu na genofond smreka

Dedične podmienené rozdiely v reakciina zmenu stanovištných podmienok

Zdrojom informácií sú provenienčné pokusy

• Medzinárodný pokus založený v r. 1964 s 1 100 provenienciami z celého areálu smreka. Vysadené sú na 14 plochách v Európe a Severnej Amerike.

Na Slovensku:

• 5 plôch medzinár.pokusu IUFRO 1972 s 30 provenienciami, v nadmorských výškach od 335 po 950 m n.m.

• 5 plôch medzinárodného pokusu z r. 1964 so 49 provenienciami v nadmorských výškach od 480 po 1310 m n.m.

VÝSLEDKY• Smrek zo Západných Beskýd, Slovenského rudohoria, a

rumunských Východných Karpát prežíva a rastie vynikajúco najmä v západnej Európe a Škandinávii.

Na Slovensku:• Smrek z vyšších nadmorských výšok je spravidla špecialistom

na podmienky, ktoré prevládajú v mieste jeho pôvodu.• Adaptabilné proveniencie smreka, schopné využiť priaznivejšie

teplotné aj pôdne pomery a zniesť vlahový deficit v nižších polo- hách sú najmä z dolného okraja a južnej časti jeho areálu.Aj proveniencie rastúce veľmi dobre bez ohľadu na kvalitu stano- višťa zo Západných Beskýd (Novoť) a Rudohoria (Stará Voda).

s

x

x

Zwierzyniec Lubelski, 260 m Stronie Slaskie 820 m

Miedzigorze 580 m

Svinošice, 350 m

Tarnawa, 750 m

Červ. Skala 1,100 m Stará Voda, 700 m

Michalová, 680 m

Michalová 930 m

Čierny Balog 850 m

Blizyn 310 m

Beňuš 925 m

Tatr. Matliare 1,150 mx

Orawa, 1,000 m

Wytow, 1,420 m

Predajná, 900 m

Rycerka 900 mx

Rycerka, 620 m

xRycerka 700 m

x

Novoť, 870 m x

Istebna-Buk, 630

x

Wisla, 710 m

xIstebna-Zap., 630 m

x

POLAND

SLOVAKIA

CZECH REPUBLIC

Miestne proveniencie smreka nezaostávajú za medzinárodne mimoriadne cenenými a vyhľadávanými poľskými provenienciami. Mnohé ich predčia.

MEDZINÁRODNÝ POKUS IUFRO 1972Výškový rast smreka rôzneho pôvodu vyjadrený v % priem. výšky každej z 5 pokusných plôch, zoradené zľava doprava od najvyššie po najnižšie položenú plochu: 1.Biely Váh 950 m >> 2. Zákamenné, 790 m >> 3.Kráľova hoľa, 700 m >> 4. Slovenská Ľupča, 510 m >> 5. Stráže, 335 m. n.m

Pilsko, 1310 m

Veľký Lom, 480 m

Biely Váh, 1050 mBujakovo, 800 m

Beňuš, 670 m

MEDZINÁRODNÝ POKUS 196449 proveniancií smreka vysadených súčasne na 5 plochách

vo výškovom gradiente od 480 po 1310 m. nad morom

Vplyv a) výškového prenosu, b) zmeny priemernej ročnej teploty, c) zmeny počtu dní s priem. teplotou nad 0°C a d) priem. teplotou nad 5°C

na rast 15 autochtónnych proveniencií zo Slovenska vo veku 40 rokov.

500

1000

1500

2000

2500

3000

-1000 -500 0 500 1000

Rozdiel nadmorskej výšky miesta pôvodu a miest výsadby proveniencií [m]

Prie

mer

ná v

ýška

a h

rúbk

a

(cm

a m

mx1

0)

výškahrúbkaPolynomický (hrúbka)Polynomický (výška)

y = 2061,6 - 0,496x - 0,001x2

r2 = 0,632 r = 0.795

a)

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

-75 -50 -25 0 25 50 75Rozdiel počtu dní s priem. teplotou nad 5°C v mieste

pôvodu a mieste výsadby proveniencií

Prie

m. v

ýška

a h

rúbk

a pr

oven

výškahrúbkaPolynomický (hrúbka)Polynomický (výška)

y = 2105,4+ 3,578x -0,153x2

r2 = 0,672 r = 0.820

d)

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

-70 -45 -20 5 30 55

Rozdiel v počte dní s priem. teplotou nad 0°C v mieste pôvodu a mieste výsadby proveniencií

Priem

. výš

ka a h

rúbk

a pr

oven

výškahrúbkaPolynomický (hrúbka)Polynomický (výška)

y = 2125,6 + 4,353x - 0,21x2

r2 = 0,730 r = 0.854

c)

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

-5 -2,5 0 2,5 5

Rozdiel priemernej ročnej teploty medzi miestom pôvodu a miestom výsadby proveniencií

Priem

. výš

ka a h

rúbk

a pr

ove

výška

hrúbka

Polynomický (hrúbka)

Polynomický (výška)

y = 2101,3+ 71,185x-35,299x2

r2 = 0,695 (r = 0.834)

b)

Odozva na zmenu Odozva na zmenu stanovistanovišštnýchtných podmienokpodmienokProveniencie smreka dosiahli najvyššiu priemernú výšku

• v nadm. výške nižšej (o 211 m) oproti miestu pôvodu;• pri priemernej teplote vyššej:

o 1.4 °C v júli, o 0.9 °C počas vegetačného obdobia, o 1.3 °C za celý rok;

• pri vyššom počte teplejších dní:o 9.6 dní s priemernou teplotou nad 0 °C, o 10.7 dní s priemernou teplotou nad 5 °C, o 19.9 dní s primernou teplotou nad 10 °C;

• napriek nižšiemu úhrnu zrážok:o 24.5 mm v júli, 120.5 mm za vegetačné obdobie, 106.3 mm za rok.

ZZÁÁVERVER• Väčšina proveniencií smreka dokáže profitovať z vyšších teplôt a

dlhšieho vegetačného obdobia (v nižších polohách).Proveniencie pochádzajúce z vysokých polôh reagujú menej pozitívne. Sú naviazané na chladnejšie a vlhkejšie stanovištia.

• Nárast priemernej teploty a nižší priemerný úhrn zrážok nie sú pre smrek priamou hrozbou.Pri opakovaných klimatických extrémoch /v podmienkach klim. zmeny sú limitom hmyzí škodcovia a hubové choroby

• V horských lesoch popri extrémnych klimatických javoch:- Zmeny v pôdach dlhodobou depozíciou znečisťujúcich látok, - Zmena imisných režimov (nové kombinácie), - Noví škodcovia, zmena od parazitácie k patogenicite ...

BUK LESNÝ1) Západokarpatský buk sa vyznačuje bohatým genofondom.2) V areáli buka klinálna variabilita v genetickej štruktúre aj

adaptívnych znakoch (napr. dobe rašenia) od oceanických ku kontinentálnym oblastiam.

3) Analýzy genofondu založené na genetických markéroch umožnili vylíšiť oblasti s podobnou genetickou štruktúrou na Slo-vensku aj v ČR.

4) Genetická podobnosť buka v Bielych Karpatoch, Západných a Stredných Beskydách. Genofond buka na strednom Slovensku sa od nich vo viacerých aspektoch líši.

Gömöry, D., Longauer, R., 2006: Odborné stanovisko k prenosu reprodukčného materiálu buka lesného (Fagus sylvatica L.) medzi podtatranskou a východosloven- skou semenárskou oblasťou. Expertíza pre Ministerstvo pôdohospodárstva SR.

Hranice geneticky homogénnych provenienčných oblastí buka lesného na Slovensku (Gömöry 2000) na základe analýzy genetickej variability dreviny pomocou izoenzýmových genetických markérov.

Výškový rast proveniencií jedle združených podľa prov. oblastí, vyjadrený v % priemernej výšky. Údaje z prov. plôch Dubová, 600 m n.m., vek 33 r., Sihla, Č, Balog, 1000 m n.m., vek 33 r, a Hrabičov, Žarnovica, 880 m n.m., vek 27 r.

JEDĽA BIELAAdaptabilita proveniencií zo Západných Karpát sa zvyšuje

od juhozápadu na severovýchod – vysvetlenie vo fylologenéze.

Zdroje lesného reprodukčného materiálu vhodnéhopre Kysuce a Oravu

SMREK • Väčšina uznaných porastov neznámeho pôvodu. • 2007 založený pre Kysuce semenný sad smreka z výberových stromov

s vyššou mierou tolerancie k stresu (selekcia v chradnúcich porastoch).BUK• Deficit zdrojov vhodných na uznanie, len fragmenty kvalitnejších porastov.• Umožnenie prenosu z flyša stredných Beskýd (Spiš, Zamagurie, Šariš)• Najlepšie: nové syntetické zdroje - semenné sady – z miestneho materiálu.JEDĽA • Deficit miestnych zdrojov. Prenos je možný z iných častí Podtatranskej

semenárskej oblasti.• Potrebný regionálny semenný sad pre Kysuce a Oravu. SMREKOVEC• Oblastný semenný sad založený zo 120 VS z Kysúc a Oravy.DUGLASKA TISOLISTÁ (?!)

Vplyv spôsobu založenia porastov na genofond

1) Umelou obnovou sa často mení genofond lesných drevín výraznejšie ako vplyvom poľadovej fylogenézy a adaptácie.

2) Prekvapujúco veľké rozdiely v genetickej štruktúre umelo a prirodzene obnovených lesných porastov zdokumentované na smreku, jedli bielej a borovici lesnej.

3) Mnoho umelo založených lesných porastov je vysoko adaptabilných a hospodársky cenných. Opakované okliešťovanie genofondu umelou obnovou materiálom, získaným z malého počtu materských stromov alebo semenných sadov s malým počtom klonov, je hrozbou pre udržanie tohto stavu.

Genetická diferenciácia dospelých porastov jedle bielej pochádzajúcich z prirodzenej a umelej obnovy na severnej Morave a strednom Slovensku. Genetické vzdialenosti v 15 izoenzýmových lokusoch vyhodnotené PCOA.

Vplyv počtu stromov, z ktorých sa zbiera semeno (N), na zmenu alelických frekvencií (C) a pravdepodobnosť strát zriedkavých genetických variánt (Ral ), čiže zmenu genetickej štruktúry a ochudobnenie genofondu zozbieraného semena.

Vplyv počtu materských stromov na odchýlku alelickej štruktúry zozbieraného semena v porovnaní s materským porastom (M). Gömöry a kol. 1998.

Overenie možností využitia smreka vegetatívneho pôvodu

1) 5 výskumných plôch starších ako 20 rokov: 2 na Kysuciach a po jednej v Slovenskom rudohorí, na Spiši a v Nízkych Beskydách

2) Rast je porovnateľný s kontrolami vegetívneho pôvodu, vo veku 20 rokov nadpriemerné bonity.

3) Štatisticky významné rozdiely v raste medzi genotypmi

4) Pozitívny efekt selekcie na vitalitu: bez symptómov žltnutia

5) Nižšia intenzita poškodenia zverou – vedľajší efekt.