[REZUMAT AL TEZEI DE DOCTORAT] - USAMV Cluj · 2016. 3. 19. · Dintre toate speciile de arbori...

Sorin T. Şchiop Rezumat al Tezei de doctorat

UNIVERSITATEA DE ŞTIINŢE

AGRICOLE ŞI MEDICINĂ

VETERINARĂ

CLUJ-NAPOCA

UNIVERSITAT POLITÈCNICA DE

VALÈNCIA

ING. SORIN T. ŞCHIOP

DIVERSITATE GENETICĂ ŞI BIOMARKERI AI STRESULUI

HIDRIC ŞI SALIN ÎN POPULAŢII DE MOLID

(PICEA ABIES [L.] KARST.)

[REZUMAT AL TEZEI DE DOCTORAT]

CONDUCĂTORI ŞTIINŢIFICI:

PROF. DR. H.C. RADU SESTRAŞ

PROF. DR. H.C. JAIME PROHENS

CLUJ-NAPOCA

2015


1

CUPRINS

INTRODUCERE ............................................................................................................................. 3

CAPITOLUL 1. CONSIDERAŢII PRELIMINARE DESPRE STADIUL ACTUAL AL

CUNOŞTINŢELOR PRIVIND SPECIA PICEA ABIES (L.) KARST. ......................................... 5

1.1. ASPECTE GENERALE PRIVIND SPECIA PICEA ABIES (L.) KARST. ............................ 5

1.1.1. Originea, evoluţia şi distribuţia speciei ............................................................................. 5

1.1.2. Sistematică, etimologie şi varietăţi .................................................................................... 6

1.1.3. Particularităţi morfologice ................................................................................................. 6

1.1.4. Arealul natural şi de cultură al molidului în România ....................................................... 7

CAPITOLUL II. PRODUCEREA MOLIDULUI ÎN SOLARIILE ŞI PEPINIERELE DIN

ROMÂNIA ...................................................................................................................................... 8

2.1. PRODUCEREA PUIEŢILOR FORESTIERI ÎN SOLARII .................................................... 8

2.2. PRODUCEREA PUIEŢILOR FORESTIERI ÎN PEPINIERE ................................................ 9

CAPITOLUL III. SCHIMBĂRI CLIMATICE ŞI STRESURI ABIOTICE ÎN PLANTE ........... 10

3.1. SCENARII CLIMATICE ÎN EUROPA ŞI EFECTUL ECOLOGIC AL ACESTORA

ASUPRA MOLIDULUI ................................................................................................................ 10

3.2. RĂSPUNSUL PLANTELOR LA STRESUL SALIN ........................................................... 11

3.3. SCOP ŞI OBIECTIVE ........................................................................................................... 12

CAPITOLUL IV. MATERIAL ŞI METODĂ .............................................................................. 13

4.1. ORIGINEA GEOGRAFICĂ ŞI DESCRIEREA CLIMATICĂ A POPULAŢIILOR DE

MOLID .......................................................................................................................................... 13

4.2. GERMINAŢIA SEMINŢELOR ÎN CONDIŢII DE STRES SALIN ................................... 14

4.3. GERMINAŢIA SEMINŢELOR ÎN CONDIŢII DE STRES OSMOTIC ............................. 15

4.4. RĂSPUNSUL MORFOLOGIC LA STRESUL SALIN ........................................................ 15

4.5. RĂSPUNSUL BIOCHIMIC LA STRESUL SALIN ŞI HIDRIC .......................................... 15

4.5.1. Materialul vegetal ............................................................................................................ 15

4.5.2. Analiza solului ................................................................................................................. 16

4.5.3. Procentul de conţinut în apă ............................................................................................ 16

4.5.4. Determinări privind conţinutul în ioni ............................................................................. 16

4.5.5. Osmoliţi ........................................................................................................................... 16

4.5.6. Antioxidanţi non-enzimatici ............................................................................................ 16

4.6. PRELUCRAREA STATISTICĂ ........................................................................................... 17


2

4.7. DIVERSITATE GENETICĂ ................................................................................................. 17

CAPITOLUL V. REZULTATE .................................................................................................... 18

5.1. GERMINAŢIA SEMINŢELOR ÎN CONDIŢII DE STRES OSMOTIC .............................. 18

5.1.1. Procentul de germinaţie (G%) ca urmare a tratamentelor cu PEG 6000 ......................... 18

5.1.2. Timpul mediu de germinaţie (MGT) şi indexul de vigoare a seminţelor (SVI) sub

tratamente cu PEG 6000 ............................................................................................................ 18

5.1.3. Lungimea radicelei, hipocotilului şi a cotiledoanelor sub tratamente cu PEG 6000 ....... 19

5.2. GERMINAŢIA SEMINŢELOR ÎN CONDIŢII DE STRES SALIN .................................... 20

5.2.1. Procentul de germinaţie (G%) ca urmare a tratamentelor cu NaCl ................................. 20

5.2.2. Timpul mediu de germinaţie (MGT) şi indexul de vigoare a seminţelor (SVI) sub

tratamente cu NaCl .................................................................................................................... 20

5.2.3. Lungimea radicelei, hipocotilului şi a cotiledoanelor sub tratamente cu NaCl .............. 21

5.3. MARKERI MORFOLOGICI AI STRESULUI SALIN ÎN PUIEŢII DE MOLID................ 23

5.4. MARKERI BIOCHIMICI AI STRESULUI SALIN ÎN PUIEŢII DE MOLID ..................... 26

5.4.1. pH-ul solului sub tratamente cu NaCl .............................................................................. 26

5.4.2. Conductivitatea electrică a solului (EC) sub tratamente cu NaCl .................................... 26

5.4.3. Procentul de conţinut în apă a acelor (WC%) sub tratamente cu NaCl ........................... 27

5.4.4. Pigmenţi fotosintetici sub tratamente cu NaCl ................................................................ 27

5.4.5. Nivelul cationilor monovalenţi sub tratamente cu NaCl .................................................. 29

5.4.6. Conţinutul în osmoliţi sub tratamente cu NaCl ................................................................ 31

5.4.7. Antioxidanţi non-enzimatici sub tratamente cu NaCl ...................................................... 32

5.5. MARKERI BIOCHIMICI AI STRESULUI HIDRIC ........................................................... 35

5.5.1. pH sub tratamente cu stres hidric ..................................................................................... 35

5.5.2. Conductivitate electrică (EC) sub tratamente cu stres hidric ........................................... 35

5.5.3. Procentul de conţinut în apă a acelor (WC%) sub tratamente cu stres hidric .................. 36

5.5.4. Pigmenţi fotosintetici sub tratamente cu stres hidric ....................................................... 36

5.5.5. Osmoliţi sub tratamente cu stres hidric ............................................................................ 38

5.5.6. Antioxidanţi non-enzimatici sub tratamente cu stres hidric ............................................ 38

5.5.7. Nivelul cationilor monovalenţi sub tratamente cu stres hidric ........................................ 40

5.6. DIVERSITATEA GENETICĂ A POPULAŢIILOR DE MOLID ........................................ 43

5.6.1. Concentraţii ADN ............................................................................................................ 43

5.6.2. Diversitate alelică, heterozigoţie şi conţinut polimorfic .................................................. 43

5.6.3. Relaţia între populaţiile analizate utilizând analiza multivariată ..................................... 44

CAPITOLUL VI. CONCLUZII .................................................................................................... 46

BIBLIOGRAFIE SELECTIVĂ .................................................................................................... 49


3

“Pentru a creşte şi a înflori, arborele are nevoie nu doar de condiţii prielnice de mediu,

ci mai ales de roua şi căldura inimii omeneşti…iubirea de arbore şi de pădure hotărăsc

în ultimă analiză soarta pădurilor unei ţări într-o anumită epocă. Nu-şi apără pădurea

decât un popor conştient de propriul său destin şi care vrea să trăiască…”(Marin

Drăcea)

INTRODUCERE

Pădurea, relicvă a civilizațiilor dispărute, martor tăcut al evoluției planetelor, a

schimbat faţa continentelor timp de milioane de ani de evoluție şi a transformat solurile

aride antice în pământurile fertile pe care le cunoaştem astăzi. Speciile de arbori au

cunoscut o dezvoltare continuă și durabilă sub influența factorilor de mediu și, recent, sub

forța distructivă a omenirii, care, în încercarea sa de satisfacere a nevoilor permanente, a

ajuns în situaţia de a pune în pericol existența acestor plămâni de oxigen ai Pământului.

Repercusiunile activităților umane asupra pădurii sunt observate în mod regulat în

diferite colțuri ale Pământului. Planeta noastră a ajuns la un grad de saturație în ceea ce

priveşte echilibrul ecologic, conducând la numeroase pierderi materiale şi umane.

Despăduririle reprezintă încă cea mai mare amenințare, la care se adaugă degradarea

continuă a solurilor prin schimbarea proprietăților sale, care conferă seva materială pentru

dezvoltarea optimă a oricărui arbore.

Schimbările climatice care sunt preconizate pentru acest secol vor provoca

modificări în arealele naturale de creştere pentru un număr mare de specii de arbori. Sunt

necesare acțiuni de management forestier, în scopul de a reduce aceaste daune de așteptat

care vor schimba, cel mai probabil, distribuția geografică şi altitudinală a speciilor

forestiere din Europa. Pe baza acestor argumente, cercetarea forestieră trebuie să se

concentreze pe soluții care pot duce la o mai bună cunoaștere a speciilor de arbori, în

scopul de a îmbunătăți situația actuală în ceea ce privește soarta pădurilor. O creștere a

suprafețelor împădurite se poate face prin urmărirea unor direcții convergente, axate pe o

bună cunoaștere a tehnologiei de reîmpădurire și o mai bună înțelegere a problemelor

legate de factorii abiotici.


4

Dintre toate speciile de arbori care pot fi găsite în pădurile din Europa, una dintre

ele pare să aibă o aură specială. Dezvoltându-se maiestuos alături de alte specii lângă care

creşte, molidul sugerează oricărui privitor, chiar neinstruit, un sentiment de măreție și

respect. Fără îndoială, pădurile de molid pot fi considerate comoara verde a continentului

nostru, o bogăţie fără de care silvicultura europeană ar fi mult mai săracă. Începând cu

etapa juvenilă, puieţii de molid îşi dovedesc supremaţia, printr-o dezvoltare superioară,

atât în arealele naturale cât şi de cultură. Cu toate acestea, sensibilitatea speciei la secetă

sau la alţi factori abiotici se manifestă des la nivel morfologic şi fiziologic.

Programele de reîmpădurire de pe continent utilizează puieţi de molid cu origine

în arborete sursă de seminţe certificate din România și Europa. Ca răspuns la schimbările

climatice preconizate, practicile forestiere trebuie să ia în considerare soluții alternative

pentru minimizarea pierderilor din arborete şi celor aduse mediului. O selecție europeană

a populațiilor de molid cu toleranță mai mare la diferitele tipuri de stres abiotic ar permite

o dezvoltare mai bună a plantaţiilor forestiere.

Studiul de faţă este focalizat pe evaluarea diversităţii genetice și a răspunsului la

stresul hidric si salin a puieţilor de molid cu origine în șapte populații de molid din

Munții Carpați, localizate la diferite altitudini și incluse în Catalogul Național al

Resurselor Genetice Forestiere şi Catalogul Național al Materialelor Forestiere de

Reproducere. Scopul prezentei lucrări este de a identifica markeri biochimici optimi care

pot fi utilizaţi pentru conservarea arboretelor de molid afectate de secetă şi stres salin ca

urmare a lucrărilor de deszăpezire, o practică comună pe şoselele de munte din Europa.

Pentru a analiza parametri biochimici şi de creştere în condiţii de stres, s-au utilizat atât

seminţe cât şi puieţi de molid, pentru a verifica dacă răspunsul la stres este similar printre

populaţiile analizate, sau acesta diferă în funcţie de condiţiile climatice ale populaţiilor de

origine. Caracterizarea genetică a populaţiilor studiate s-a realizat utilizând markeri de tip

SSR, după o amplificare prealabilă a AND-ului extras din acele puieţilor de molid.

Rezultatele studiului vor permite, în viitor, o utilizare corespunzătoare a

materialelor de reproducere pe şantierele de împădurire din România și va asigura o mai

bună şansă de supravieţuire şi dezvoltare ulterioară a puieţilor de molid.


5

CAPITOLUL 1. CONSIDERAŢII PRELIMINARE DESPRE STADIUL

ACTUAL AL CUNOŞTINŢELOR PRIVIND SPECIA PICEA ABIES (L.)

KARST.

1.1. ASPECTE GENERALE PRIVIND SPECIA PICEA ABIES (L.) KARST.

1.1.1. Originea, evoluţia şi distribuţia speciei

Molidul (Picea abies [L.] Karst.) reprezintă cea mai importantă specie forestieră a

Europei (Kahle et al., 2005). Amplitutidea speciei ocupă zone vaste din nordul, centrul şi

sudul terenurilor împădurite ale Europei, acoperind peste 30 milioane hectare,

aproximativ 38% din suprafața de conifere de pe continent, în timp ce mai mult de 7

milioane hectare de arborete pure de molid sunt localizate în afara arealului natural

(Jansson et al., 2013; Kazda, 2005).

Molidul european datează din perioada pliocenă sau miocenă a terţiarului (Mazăre,

2010). Unele macrofosile ale speciei localizate în diferite zone din Europa indică origini

plasate la graniţa dintre perioada neogenă şi pleistocenă (Tjoelker et al., 2007). În ceea ce

priveşte specia Picea abies, se presupune că este originară din America de Nord iar

distribuţia sa actuală ar fi rezultatul unei migraţii în doi timpi: din America de Nord în

Asia, prin strâmtoarea Bering, şi apoi din Asia în Europa, în timp ce multitudinea de

specii din nord-estul Asiei şi din Europa care aparţin genului Picea s-ar putea datora unor

evoluţii ulterioare (Ran et al., 2006).

Multe dintre speciile de molid sunt întâlnite în Asia, mai ales în proximitatea

Platoului Tibet, cele din Europa fiind reprezentate de Picea abies în Alpi şi o mare parte

din nordul Europei, Picea obovata în estul Rusiei şi Siberia şi de Picea omorika în unele

regiuni din zona Balcanică (Källman, 2009). Distribuţia naturală a speciei acoperă

aproape 31° de latitudine pornind din Peninsula Balcanică până în Siberia, o amplitudine

longitudinală pornind din Alpii Francezi (5°27’ longitudine estică) şi până în Siberia

Estică (154° longitudine estică) şi o distribuţie verticală a speciei care porneşte de la

nivelul Mării Negre şi ajunge până la 2300 m în Alpii Italieni (Skrøppa, 2003).


6

1.1.2. Sistematică, etimologie şi varietăţi

Denumirea ştiinţifică a molidului a fost stabilită pentru prima dată de Carl Linné

în anul 1775, care a numit specia "Pinus abies L.", în timp ce numele său actual de

"Picea abies" a fost folosit pentru prima dată în 1881 de către G.K.W.H. Karsten. Având

la bază clasificarea taxonomică lineană şi monografii ulterioare, molidul este inclus în

Ordinul Pinales, Familia Pinaceae, Genul Picea.

Etimologia cuvântului molid (engl.”spruce”), denumire luată în ultimele secole, se

pare că îşi are originea în derivările de pronunţare consecutive realizate de-a lungul

timpului ale cuvântului „Prusia”, regatul german fondat la începutul secolului al XVIII-

lea. În ceea ce priveşte numele genului, cel de „Picea”, acesta provine din numele latin al

cuvântului „pin”, asociat cu denumirea britanică de „pix” („picis” în latină), o smoală de

culoare neagră obţinută de romani prin fierberea răşinii de pin (Casselman, 2012).

Denumirea de „abies” îşi are rădăcinile în cuvântul latin „abeo”, care se poate traduce ca

„arbore înalt” sau „vapor” (Lang, 2008).

Multitudinea de varietăţi localizate la nivel naţional şi european sunt o consecinţă

a variabilităţii morfologice a speciei. Raportându-ne la culoarea conurilor, în arboretele

ţării noastre specia prezintă mai multe varietăţi, dintre care două sunt mai reprezentative-

Picea abies var. 'chlorocarpa' cu conuri purpurii şi Picea abies var. 'erytrocarpa', având

conurile de culoare verzuie (Iancu et al., 1982). O clasificare ulterioară a fost realizată de

Şofletea şi Curtu (2007), care identifică conuri cu solzi acuminat-îngustaţi, maţi, de

culoare bruni-gălbui (Picea abies var. 'carpatica') şi conuri cu solzi rotunjiţi, de culoare

bruni-roşcati, lucitori (Picea abies var. 'europaea').

1.1.3. Particularităţi morfologice

Picea abies (L.) Karst. este o specie indigenă care poate atinge înălţimi

considerabile de până la 50 m. Coroana molidului are o formă piramidal-conică, putând fi

astfel uşor de identificat de la distanţă faţă de brad (Fig. 1a). Lujerii speciei sunt adesea

brun-roşcaţi, sporadic gălbui-bruni, în timp ce frunzele aciculare, rigide, de culoare

verde-închis, sunt dispuse spiralat pe faţa superioară a lujerului. Florile sunt unisexuat


7

monoice, cele mascule fiind localizate în toată coroana iar cele femele apar doar în

regiunea superioară a acesteia. Conurile, pendente, prezintă o formă cilindrică, cu solzi

persistenţi şi vârful trunchiat. Seminţele, brun-închise, nu conţin pungi de răşină (Fig.

1b). Prezintă o tulpină cilindrică, dreaptă, care dezvoltă un ritidom brun roşcat-“brad

roşu” (Fig. 1c). Periodicitatea fructificaţiei diferă în funcţie de altitudine, variind de la 3-4

ani până la 7-8 ani (descriere selectivă a speciei după Clinovschi, 2005; Şofletea şi

Curtu, 2007).

Fig. 1. Molid (a) arbore, (b) caracteristici morfologice şi (c) scoarţă

(Sursă: www.wikipedia.org)

1.1.4. Arealul natural şi de cultură al molidului în România

În România, specia acoperă aproximativ 1,4 milioane de hectare, mai mult de

23,4 % din suprafața împădurită și 77 % din coniferele țării (Budeanu şi Șofletea, 2013).

Dezvoltarea speciei în România se identifică cu zona Munţilor Carpaţi şi regiunile

adiacente, molidul fiind prezent destul de des în amestecuri cu foioase, în special

împreună cu Fagus sylvatica, nu doar ca şi etaj de vegetaţie singular.

Parametri altitudinali ai pădurilor de molid sunt, în general, cuprinşi între 600-

1550 m; arboretele de molid din afara arealului natural pot apărea la altitudini mai joase

de 600 m, în special în depresiuni naturale unde microclimatul specific implică

temperaturi mai scăzute în comparație cu alte zone de la aceeași altitudine (Șofletea și

Curtu, 2007).


8

CAPITOLUL II. PRODUCEREA MOLIDULUI ÎN SOLARIILE ŞI

PEPINIERELE DIN ROMÂNIA

2.1. PRODUCEREA PUIEŢILOR FORESTIERI ÎN SOLARII

În ultimele decenii, regenerarea artificială a speciilor forestiere cunoaşte o

dezvoltare continuă, datorită unor considerente de ordin economic şi ecologic.

Reîmpădurirea terenurilor forestiere este impusă de numeroase legi naționale atât în

Europa cât şi în România.

La baza activităţii de regenerare forestieră se află producerea de puieţi forestieri,

în conformitate cu regiunile de provenienţă stabilite de cataloagele naţionale de materiale

forestiere de reproducere. Fiecare specie are o tehnologie specifică de creştere, pornind

de la semănarea în rigole, dezvoltarea în solar şi pepinieră pe parcursul a mai multor

sezoane de vegetaţie şi plantarea pe şantierele de împădurire, unde noii puieţi vor sta la

baza viitoarelor arborete.

Tehnologia de cultură a molidului în spaţii adăpostite (solarii) implică semănarea

seminţelor de molid în rigole după ce în prealabil s-a pregătit un strat nutritiv format din

litieră de molid în curs de descompunere, humus de molid şi humus de fag (Milescu,

2006). Radu et al. (1994) enumeră o serie de tratamente pregerminative aplicabile

seminţelor speciei, constând în ţinerea acestora în apă rece timp de 24-48 ore sau în

zăpadă timp de 15-30 zile, o altă metodă utilizată fiind stratificarea la rece timp de 2-3

săptămâni. Alte recomandări ale aceluiaşi studiu includ o adâncime optimă de semănat de

2-2.5 cm şi utilizarea unui amestec de humus cernut de conifere şi nisip (raport 3:1)

pentru acoperirea rigolelor (Fig. 2a). Germinaţia semințelor, în general, are loc după

aproximativ 2-4 săptămâni, în funcţie de frecvenţa de irigare, temperatura și umiditatea

din interiorul solarului, în timp ce noua plantulă va dezvolta o radicelă, un hipocotil și

mai multe cotiledoane îndoite care rămân ataşate pe semințe în primele zile de dezvoltare

(Fig. 2 b,c).


9

Fig. 2. Producerea puieţilor de molid în solarii; (a) semănarea seminţelor în rigole;

(b) germinarea plantulelor; (c) dezvoltarea puieţilor (Sursă: fotografii originale)

2.2. PRODUCEREA PUIEŢILOR ÎN PEPINIERE

Adaptarea puieţilor la condiţiile climatice joacă un rol important în reuşita

lucrărilor de împădurire, în timp ce creşterea puieţilor în pepiniere asigură o şansă în plus

supravieţuirii acestora pe şantierele de împădurire.

Obţinerea puieţilor de molid în câmp deschis (pepiniere) se poate realiza utilizând

două modalităţi unanim acceptate însă cu o pondere diferită în ceea ce priveşte utilizarea

şi rezultatele obţinute. Prima dintre acestea, semănarea directă a seminţelor pe suprafaţa

pepinierei, presupune o cantitate apreciabilă de seminţe şi o mobilizare prealabilă a

solului, însă adesea cu rezultate modeste (Holonec, 2003). Sistemul solar-pepinieră,

constând în semănarea seminţelor de molid în solar şi repicarea puieţilor în vârstă de un

an în scopul transferului acestora în pepinieră şi cultura speciei timp de doi ani este

utilizat astăzi pe o scară largă, nu numai la specia Picea abies, dar şi la alte răşinoase

(Fig. 3 a,b).

Fig. 3. Pepinieră forestieră de molid în Albac, România; (a) puieţi în vârstă de 2 ani şi

(b) 3 ani (Sursă: fotografii originale)


10

Capitolul III. SCHIMBĂRI CLIMATICE ŞI STRESURI ABIOTICE ÎN

PLANTE

3.1. SCENARII CLIMATICE ÎN EUROPA ŞI EFECTUL ECOLOGIC AL ACESTORA

ASUPRA MOLIDULUI

Schimbările climatice corelate cu tendințele de creştere a temperaturii, scădere a

precipitațiilor şi a cantităţii de zăpadă, implică o gamă largă de efecte negative asupra

mediului, inclusiv asupra pădurilor (EEA, 2012). Principalele cauze ale schimbărilor

climatice pot fi atribuite efectului de seră, radiațiilor solare dar şi activităților umane

(Orazio et al., 2013).

Proiecţile climatice realizate de IPCC indică faptul că temperaturile medii vor

creşte pe continent cu 1.4-4.5°C până în anul 2080, cele mai mari valori înregistrându-se

în ţările sudice (Fig. 4a) (EEA, 2004). Alte scenarii climatice confirmă faptul că până în

anul 2100 schimbările de temperatură şi precipitaţii nu vor fi uniforme; temperaturile

anuale vor creşte cu până la 3°C în regiunile mai joase latitudinal din Europa, în timp ce

cantitatea anuală de precipitaţii va scădea în centrul şi sudul Europei si va creşte în zonele

nordice (Christensen et al., 2007) (Fig. 4b).

Fig. 4. (a) Proiecţii climatice privind creşterea temperaturii (°C) până în anul 2080

(Sursa: EEA, 2004) şi (b) evoluţia temperaturilor şi a precipitaţiilor anuale până în anul

2100 în Europa (Sursă: Christensen et al., 2007)


11

Valoarea terenurilor forestiere europene este de așteptat să scadă până la sfârşitul

secolului cu 14-50%, în funcție de scenariile climatice proiectate de Hanewinkel et al.

(2013). Potrivit acestora, coniferele şi în special molidul sunt considerate a fi speciile

forestiere cele mai amenințate (o scădere mai mare de 20% pentru terenurile ocupate de

molid în 2100), în timp ce mai mult de 34% din terenurile forestiere vor asigura condiții

adecvate de dezvoltare numai pentru specii de stejar cu valoare economică și ecologică

scăzută (Fig. 5).

Fig. 5. Scăderea suprafeţelor ocupate de principale specii forestiere din Europa până în

anul 2100 (Sursă: Hanewinkel et al., 2013)

3.2. RĂSPUNSUL PLANTELOR LA STRESUL SALIN

Global, suprafaţa ocupată de soluri saline sau sodice este estimată la aproximativ

109 ha (Ghassemi et al., 1995). În următoarele decenii, ca urmare a schimbărilor

climatice preconizate, procesul de salinizare a solului se va intensifica (Várallyay, 2010).

Coniferele dezvoltă o sensibilitate ridicată la condițiile saline din mediile naturale

(Larcher, 2001). În habitatele naturale din Europa ale molidului, specia ocupă suprafeţe

întinse în zone aflate în proximitaea şoselelor de munte, în special ca perdele forestiere de

protecţie. La nivelul continentului, activităţile antropogenice de iarnă precum lucrările de

deszăpezire de pe şoselele de munte utilizează agenţi pe bază de clorură de sodiu care pot

cauza efecte negative pentru creşterea puieţilor. Rapoarte anterioare au arătat că utilizarea

sării în activităţile de deszăpezire a cauzat o rată a mortalităţii de peste 700000 de arbori

doar în Europa de Vest (Fluckiger and Braun, 1981). Conform unui studiu european

privind practicile de deszăpezire din timpul iernii, cantitatea anuală de sare utilizată la

nivel global este estimată la 66 milioane tone, în timp ce în România aceasta se cifrează


12

la 108000 tone (European Task Force TG3, 2002). Aboretele de molid localizate la

câteva sute de metri de şosele pot fi afectate de sarea utilizată în activităţile de

deszăpezire, datorită mai multor căi de transport, cum ar fi pulverizarea directă, circulația

apelor subterane, depuneri atmosferice sau vânt (Blomqvist, 2001) (Fig. 6).

Fig. 6. Modalităţi de transport a sării în sol ca urmare a activităţilor de deszăpezire

(Sursă: Blomqvist, 2001)

3.3. SCOP ŞI OBIECTIVE

Schimbările climatice preconizate pentru acest secol vor avea un impact major

asupra arealelor de creştere pentru multe specii forestiere, inclusiv a molidului.

Cuantificarea daunelor cauzate de stresul hidric şi salin ar contribui la conservarea

arboretelor de molid şi ar oferi un suport real pentru lucrările de împădurire.

Scopul cercetării este de a identifica markeri optimi ai stresului hidric şi salin în

puieţii de molid.

Principalele obiective ale studiului de faţă sunt focalizate pe următoarele aspecte:

- evaluarea procesului de germinaţie ca urmare a tratamentelor osmotice şi saline aplicate

pe seminţe originare din şapte populaţii de molid localizate în Munţii Carpaţi;

- cuantificarea caracteristicilor morfologice ca urmare a răspunsului puieţilor la stresul

salin, în primul an de dezvoltare;

- răspunsul fiziologic şi biochimic la stresul hidric şi salin a puieţilor de molid, la nivelul

rădăcinilor şi a acelor;

- diversitatea genetică a populaţiilor de molid analizate utilizând markeri moleculari SSR.


13

CAPITOLUL IV. MATERIAL ŞI METODĂ

4.1. ORIGINEA GEOGRAFICĂ ŞI DESCRIEREA CLIMATICĂ A POPULAŢIILOR

DE MOLID

Populaţiile de molid originare din şapte regiuni ale Munţilor Carpaţi au fost

analizate în ceea ce priveşte germinaţia seminţelor, răspunsul morfologic, fiziologic şi

biochimic la secetă şi stresul salin a puieţilor, diversitate genetică. Seminţele de molid au

fost obţinute din resurse genetice forestiere şi arborete sursă de seminţe certificate;

originea geografică a populaţiilor de origine este indicată în Fig. 7.

Fig. 7. Originea geografică a regiunilor de provenienţă pentru populaţiile de molid

analizate (Sursă: www.grida.no)

Populaţiile de molid studiate sunt incluse în Catalogul Naţional al Resurselor

Genetice Forestiere sau în cel al Materialelor Forestiere de Reproducere, certificate de

Institutul de Cercetări şi Amenajări Silvice Braşov (Tabel 1).

Tabel 1

Descrierea populaţiilor de molid sursă de seminţe

Număr Cod Populaţie Judeţ Latitudine / Longitudine Altitudine (m)

1. MO-A320-3* GIORIȘTEA

CĂLIMĂNUŢ

Harghita 46°45' N / 25°20' E 840-1200

2. MO-E310-1** VALEA

MARE Alba 46°28' N / 23°09' E 1200-1450

3. PS-MO-BH78** SUDRIGIU Bihor 46°36' N / 22°25' E 230

4. MO-B110-2* BÂSCA MICĂ Covasna 45°45' N / 26°20' E 1250-1500

5. MO-207*** ALBAC

Alba 46°45' N / 22°97' E 770


14

6. MO-A220-7* PÂRÂUL

TURCULEŢ

Suceava 47°44' N / 25°24' E 850-930

7. M0-C210-2* JEPI Argeș 45°15' N / 24°45' E 1350-1650

Notă: * Cod şi descriere conform Catalogului Naţional al Resurselor Genetice

Forestiere.

** Cod şi descriere conform Catalogului Naţional al Materialelor Forestiere de

Reproducere.

*** Populaţie neinclusă în cataloguri forestiere naţionale- cod (u.a) conform

unităţii de producţie locale.

Principalele date climatice ale regiunilor de provenienţă au fost obţinute de la

Administraţia Naţională de Meteorologie. Staţiile climatice de referinţă au fost selectate

dupa criteriul distanţei minime şi altitudinii similare raportate la zona de origine a

populaţiilor (Tabel 2).

Tabel 2

Valori climatice pentru temperatura medie multianuală, precipitaţiile medii

multianuale şi evapotranspiraţia potenţială multianuală (interval de referinţă 1994-2013)

Număr Populaţie Temperara medie

anuală (ºC)

Precipitaţiile

medii anuale

(mm)

Evapotranspiraţia

potenţială medie

(mm)

Staţia

climatică de

referinţă

1. GIORIȘTEA

CĂLIMĂNUȚ

6.4

642.0 558.5 Toplița

2. VALEA MARE 5.6 893.0 517.3 Băișoara

3. SUDRIGIU 10.4 751.9 672.6 Ștei

4. BÂSCA MICĂ 1.9 800.7 428.6 Lăcăuți

5. ALBAC 7.8 837.6 594.0 Câmpeni

6. PÂRÂUL

TURCULEŢ 7.2 707.8 607.3 Câmpulung-

Moldovenesc

7. JEPI 0.9 1303.2 360.4 Bâlea Lac

4.2. GERMINAŢIA SEMINŢELOR ÎN CONDIŢII DE STRES SALIN

84 de cutii Petri au fost pregătite cu 30 seminţe/placă şi supuse tratamentelor

saline cu clorură de sodiu PA-ACS-ISO (control- apă distilată, 30 mM, 60 mM, 120 mM

NaCl). Timp de 21 de zile, plăcile au fost verificate în mod regulat, la fiecare trei zile,

pentru numărarea semințelor germinate. La sfârșitul tratamentului, semințele au fost

scanate și importate în software-ul ImageJ pentru măsurarea lungimii radicelei,

hipocotilului și a cotiledoanelor.


15

4.3. GERMINAŢIA SEMINŢELOR ÎN CONDIŢII DE STRES OSMOTIC

O altă experienţă privind stresul osmotic a fost amplasată având la bază aceeaşi

metodă descrisă anterior, utilizând ca şi presiune osmotică concentraţii echivalente de

PEG (Polyethylene glycol 6000), după cum urmează: control- apă distilată, 30 mM NaCl

echivalent -0.13 MPa (17.58 g/L), 60 mM NaCl echivalent -0.26 MPa (30.12 g/L), 120

mM NaCl echivalent -0.52 MPa (49.37 g/L).

4.4. RĂSPUNSUL MORFOLOGIC LA STRESUL SALIN

Pentru a evalua răspunsul morfologic al speciei la stresul salin, puieţi în vârstă de

două luni, provenind de la populaţiile analizate, au fost supuşi unor tratamente saline (0,

30, 60 şi 120 mM NaCl), în ghivece de lemn (L20xW10xH20 cm), pe un substrat format

din turbă, timp de 4 luni, într-un solar situat în Albac, România, în condiţii controlate

(temperatură medie 210C şi umiditate relativă 50%). După această perioadă, puieţii au

fost recoltaţi pentru măsurarea unui set de caracteristici morfologice.

4.5. RĂSPUNSUL BIOCHIMIC LA STRESUL SALIN ŞI HIDRIC

4.5.1. Materialul vegetal

Puieţi de molid originari din cele şapte populaţii, în vârstă de 13 luni, au fost

transferaţi în serele Institutului de Biologie Moleculară şi Celulară a Plantelor din

Valencia, Spania, unde au fost introduşi în ghivece de 0.5 litri (Ø = 11 cm), conţinând

turbă, pentru a fi supuşi tratamentelor saline şi hidrice planificate.

Tratamentele saline au fost începute după 14 zile de aclimatizare, utilizând diferite

concentraţii de sare (0, 75, 150 şi 300 mM NaCl), în timp ce tratamentul cu stres hidric

(WS) a fost realizat prin sistarea completă a irigării.

După 42 de zile, probele (sol, ace şi rădăcini) au fost recoltate pentru analize

biochimice.


16

4.5.2. Analiza solului

Conductivitatea electrică (EC) şi pH-ul solului au fost măsurate utilizând un

conductometru Crison 522, respectiv un pH metru Crison MicropH 2001.

4.5.3. Procentul de conţinut în apă

Procentul de conţinut în apă (WC%) a fost calculat după următoarea formulă:

WC% = [(FW-DW)/FW] x 100, unde FW reprezintă masa proaspătă iar DW masa uscată

a acelor.

4.5.4. Determinări privind conţinutul în ioni

Conţinutul în ioni de sodiu şi potasiu din rădăcini şi ace a fost determinat utilizând

protocolul descris de Weimberg (1987).

4.5.5. Osmoliţi

Conţinutul în prolină a fost cuantificat utilizând metoda descrisă de Bates et al.

(1973), în timp ce nivelul zaharurilor totale a fost determinat utilizând tehnica descrisă de

Dubois et al. (1956).

4.5.6. Antioxidanţi non-enzimatici

Compuşii fenolici totali au fost determinaţi utilizând protocolul descris de Blainski

et al. (2013), în timp ce conţinutul în flavonoide a fost cuantificat utilizând metoda

descrisă de Zhishen et al. (1999).


17

4.6. PRELUCRAREA STATISTICĂ

Datele au fost analizate utilizând softul SPSS v.16 şi SYSTAT v.XVI.

4.7. DIVERSITATE GENETICĂ

ADN-ul genomic a fost izolat din acele şi mugurii de molid utilizând metoda

CTAB (Saghai-Maroof et al., 1984). Amplificarea AND-ului s-a realizat utilizând tehnica

PCR şi 7 perechi de primeri SSR (Simple Sequence Repeat), în timp ce pentru

identificarea alelică şi analiza statistică s-au utilizat softurile Gene Scan Analysis v.3.7,

Genotyper şi PowerMarker v3.25.


18

CAPITOLUL V. REZULTATE

5.1. GERMINAŢIA SEMINŢELOR ÎN CONDIŢII DE STRES OSMOTIC

5.1.1. Procentul de germinaţie (G%) ca urmare a tratamentelor cu PEG 6000

Fig. 8. Procentul de germinaţie după 21 zile de tratament osmotic

5.1.2. Timpul mediu de germinaţie (MGT) şi indexul de vigoare a seminţelor (SVI)

sub tratamente cu PEG 6000

Tabel 3

Variaţia timpului mediu de germinaţie (MGT) sub tratamente cu PEG (zile)

Populaţii Control -0.13 MPa -0.26 MPa -0.52 MPa

GIORIŞTEA

CĂLIMĂNUŢ 14.07 ± 1.69

a 13.93 ± 3.01

a 14.6 ± 0.91

a 13.6 ± 1.75

a

VALEA MARE

11.73 ± 0.52a 12.44 ± 1.18

ab 12.69 ± 0.87

ab 14.37 ± 2.32

b

SUDRIGIU 14.81 ± 0.93a 16.15 ± 0.79

b 16.19 ± 0.39

b 16.24 ± 0.65

b

BÂSCA MICĂ 13.14 ± 0.71ab

12.67 ± 1.5ab

11.55 ± 0.4a 14.08 ± 0.58

b

ALBAC 10.06 ± 0.36a 11.35 ± 0.65

b 12.04 ± 0.24

b 11.88 ± 0.53

b

PÂRÂUL

TURCULEŢ 13.51± 1.83

b 11.88 ± 0.83

a 11.46 ± 2.31

a 13.08 ± 3.6

a

JEPI 11.35 ± 1.67a 11.4 ± 0.79

a 12.47 ± 2.07

a 12.3 ± 2.26

a

Notă: Valori medii cu DS (n=10). Pentru fiecare populaţie, literele diferite indică

diferenţe semnificative între tratamente, conform testului Tukey (α=0.05)


19

Tabel 4

Evoluţia indexului de vigoare a seminţelor (SVI) sub tratamente cu PEG

Populaţii Control -0.13 MPa -0.26 MPa -0.52 MPa

GIORIŞTEA

CĂLIMĂNUŢ

2779.34 1521.15 1572.18 1435.10

VALEA

MARE

4136.78 2458.47 2935.68 513.03

SUDRIGIU 845.08 953.03 799.88 820.31

BÂSCA

MICĂ 2203.96 1793.75 671.37 472.82

ALBAC 4370.08 1832.58 3005.10 3041.63

PÂRÂUL

TURCULEŢ 1762.20 1069.63 837.19 1260.83

JEPI 1942.35 1473.95 1286.97 654.03

5.1.3. Lungimea radicelei, hipocotilului şi a cotiledoanelor sub tratamente cu

PEG 6000

Fig. 9. Lungimea radicelei după 21 zile de tratamente cu PEG. Valori medii cu DS

(n=10). Pentru fiecare populaţie, literele diferite indică diferenţe semnificative între

tratamente, conform testului Tukey (α=0.05)


20

Fig. 10. Lungimea hipocotilului după 21 zile de tratamente cu PEG. Valori medii

cu DS (n=10). Pentru fiecare populaţie, literele diferite indică diferenţe semnificative

între tratamente, conform testului Tukey (α=0.05)

Fig. 11. Lungimea cotiledoanelor după 21 zile de tratamente cu PEG. Valori medii



5.2. GERMINAŢIA SEMINŢELOR ÎN CONDIŢII DE STRES SALIN

5.2.1. Procentul de germinaţie (G%) ca urmare a tratamentelor cu NaCl

Fig. 12. Procentul de germinaţie după 21 zile de tratament cu NaCl

5.2.2. Timpul mediu de germinaţie (MGT) şi indexul de vigoare a seminţelor (SVI)

sub tratamente cu NaCl


21

Tabel 5

Timpul mediu de germinaţie (MGT) sub tratamente cu NaCl

Populaţii

Control 30 mM NaCl 60 mM NaCl 120 mM NaCl

GIORIŞTEA

CĂLIMĂNUŢ

14.07 ± 1.69a 15.19 ± 2.2

a 16.14 ± 2.04

a n.a.

VALEA MARE 11.73 ± 0.52a 12.28 ± 0.55

a 14.66 ± 1.14

b n.a.

SUDRIGIU 14.81 ± 0.93a 15.83 ± 5.25

a n.a. n.a.

BÂSCA MICĂ 13.14 ± 0.71a

14.83 ± 2.75a 14.66 ± 5.13

a n.a.

ALBAC 10.06 ± 0.36a 13.55 ± 1.61

ab 15.74 ± 3.38

b n.a.

PÂRÂUL

TURCULEŢ 13.51 ± 1.83

a 12.1 ± 1.65

a 13.92 ± 0.45

a n.a.

JEPI 11.35 ± 1.67a 11.51 ± 2.19

a 11.5 ± 0.71

a n.a.

Notă: Valori medii cu DS (n=10). Pentru fiecare populaţie, literele diferite indică

diferenţe semnificative între tratamente, conform testului Tukey (α=0.05); n.a.= valori

nedisponibile.

Tabel 6

Evoluţia indexului de vigoare a seminţelor (SVI) sub tratamente cu NaCl

Populaţii

Control 30 mM NaCl

60 mM NaCl 120 mM NaCl

GIORIŞTEA

CĂLIMĂNUŢ 2779.34 947.94 157.11 n.a.

VALEA MARE

4136.78 1969.39 421.26 n.a.

SUDRIGIU 845.08 n.a. n.a. n.a.

BÂSCA MICĂ 2203.96 339.25 n.a. n.a.

ALBAC 4370.08 1884.46

259.03 n.a.

PÂRÂUL

TURCULEŢ 1762.20 463.53 182.76 n.a.

JEPI 1942.35 407.75 n.a. n.a.

Note: n.a.= valori nedisponibile

5.2.3. Lungimea radicelei, hipocotilului şi a cotiledoanelor sub tratamente cu NaCl


22

Fig. 13. Lungimea radicelei după 21 zile de tratamente cu NaCl. Valori medii cu

DS (n=10). Pentru fiecare populaţie, literele diferite indică diferenţe semnificative între

tratamente, conform testului Tukey (α=0.05)

Fig. 14. Lungimea hipocotilului după 21 zile de tratamente cu NaCl. Valori medii



Fig. 15. Lungimea cotiledoanelor după 21 zile de tratamente cu NaCl. Valori

medii cu DS (n=10). Pentru fiecare populaţie, literele diferite indică diferenţe

semnificative între tratamente, conform testului Tukey (α=0.05)

În studiul de faţă, procesul de germinaţie a seminţelor de molid sub stres osmotic

şi salin a fost evaluat utilizând tratamente cu PEG 6000 şi NaCl. Variaţii cuantitative

între populaţiile analizate au fost identificate în toţi parametri analizaţi, pentru ambele

tratamente aplicate. Efectul inhibator al concentraţiilor de NaCl a fost mult mai intens

decât în tratamentul osmotic, datorită faptului că s-a înregistrat o descreştere mai vizibilă

pentru parametri analizaţi în cazul stresului salin.

O inhibare completă a germinaţiei seminţelor s-a observat pentru concentraţia de

120 mM NaCl în cazul majorităţii populaţiilor, ceea ce oferă un indiciu asupra

concentraţiile de sare recomandate a fi utilizate în activităţile de dezăpezire de pe şoselele


23

de munte, în scopul de a reduce efectele negative cauzate germinaţiei seminţelor şi a

permite instalarea regenerării naturale.

Rata de germinaţie, exprimată prin timpul mediu de germinaţie a seminţelor, a

indicat o întârziere mai accentuată a germinaţiei în cazul tratamentelor cu NaCl pentru

majoritatea populaţiilor, în timp ce în cazul tratamentelor echivalente cu PEG nu a putut

fi identificat nici un pattern specific. Parametri de creştere ai plantulelor (lungimea

radicelei, hipocotilului şi a cotiledoanelor), determinaţi în condiţii de stres, au arătat o

inhibare mai accentuată în urma utilizării tratatamentului salin, comparativ cu cel

osmotic, datorită toxicităţii ionice adiţionale efectului osmotic.

5.3. MARKERI MORFOLOGICI AI STRESULUI SALIN ÎN PUIEŢII DE MOLID

Fig. 16. Efectul tratamentelor saline asupra lungimii tulpinii puieţilor de P. abies.

Valori medii cu DS (n=5). Pentru fiecare populaţie, literele diferite poziţionate deasupra

barelor indică diferenţe semnificative conform testului Tukey (α=0.05)

Fig. 17. Efectul tratamentelor saline asupra lungimii rădăcinilor puieţilor de P.

abies. Valori medii cu DS (n=5). Pentru fiecare populaţie, literele diferite poziţionate

deasupra barelor indică diferenţe semnificative conform testului Tukey (α=0.05)


24

Fig. 18. Efectul tratamentelor saline asupra masei proaspete a puieţilor de P. abies.



Fig. 19. Efectul tratamentelor saline asupra numărului de ace a puieţilor de P.

abies. Valori medii cu DS (n=5). Pentru fiecare populaţie, literele diferite poziţionate

deasupra barelor indică diferenţe semnificative conform testului Tukey (α=0.05)

Fig. 20. Efectul tratamentelor saline asupra masei acelor puieţilor de P. abies.




25

Fig. 21. Efectul tratamentelor saline asupra masei rădăcinilor puieţilor de P. abies.



Fig. 22. Efectul tratamentelor saline asupra masei tulpinii puieţilor de P. abies.



Relaţia dintre tratamentele saline utilizate în studiul de faţă şi caracteristicile

morfologice cuantificate anterior a fost evaluată cu ajutorul analizei de regresie. O

descreştere a fost identificată pentru toţi markerii morfologici cuantificaţi, stabilindu-se

corelaţii semnificative atât pentru fiecare populaţie în parte cât şi pentru toate plantele

analizate. Toţi coeficienţii de determinare calculaţi au avut valori peste 0.9, în special

pentru masa proaspătă şi lungimea rădăcinilor, dar şi pentru lungimea şi masa proaspătă a

puieţilor, aceştia putând fi consideraţi cei mai potriviţi markeri ai stresului salin pentru

populaţiile analizate (Tabel 7).


26

Tabel 7

Coeficienţii de determinare (R2) stabiliţi prin regresie liniară între caracteristicile

morfologice ale puieţilor şi tratamentele saline

R2

Markeri

Populaţii Toţi

puieţii

GIORIŞTEA

CĂLIMĂNUŢ

VALEA

MARE

SUDRIGIU BÂSCA

MICĂ

ALBAC PÂRÂUL

TURCULEŢ

JEPI

SL 0.79 0.80 0.97 0.91 0.64 0.92 0.90 0.96

RL 0.98 0.51

0.97 0.98 0.84 0.88 0.92 0.97

SFM

0.91 0.80 0.84 0.83 0.91 0.85 0.93 0.95

NN 0.75 0.98 0.78 0.83 0.83 0.95 0.95 0.90

MN 0.80 0.70 0.80 0.79 0.89 0.84 0.92 0.94

MR 0.71 0.74 0.83 0.99 0.92 0.88 0.98 0.98

MS 0.93 0.96 0.84 0.77 0.94 0.76 0.84 0.90

Notă: SL- lungimea tulpinii; RL- lungimea rădăcinii; SFM- masa proaspătă a

puieţilor; NN- număr de ace; MN- masa acelor; MR- masa rădăcinilor; MS-masa tulpinii.

5.4. MARKERI BIOCHIMICI AI STRESULUI SALIN ÎN PUIEŢII DE MOLID

5.4.1. pH-ul solului sub tratamente cu NaCl

Fig. 23. pH-ul probelor de sol după tratamentele saline

5.4.2. Conductivitatea electrică a solului (EC) sub tratamente cu NaCl


27

Fig. 24. Conductivitatea electrică (EC1:5, dS m-1

) a problelor de sol după 6

săptămâni de tratamente cu concentraţiile NaCl indicate, pentru cele şapte populaţii de P.

abies studiate

5.4.3. Procentul de conţinut în apă a acelor (WC%) sub tratamente cu NaCl

Fig. 25. Conţinutul de apă relativ (WC%) în puieţii populaţiilor de P. abies

studiate, după 6 săptămâni de tratamente cu concentraţiile NaCl indicate. Valori medii cu

DS (n=3). Pentru fiecare populaţie, literele mici diferite deasupra barelor indică diferenţe

semnificative între tratamente şi literele mari indică diferenţe semnificative între

populaţiile supuse aceluiaşi tratament, conform testului Tukey (α=0.05)

5.4.4. Pigmenţi fotosintetici sub tratamente cu NaCl

Fig. 26. Conţinutul în clorofilă a din acele puieţilor populaţiilor de P. abies






28

Fig. 27. Conţinutul în clorofilă b din acele puieţilor populaţiilor de P. abies





Fig. 28. Conţinutul în carotenoide totale din acele puieţilor populaţiilor de P. abies





Fig. 29. Efectul tratamentelor saline asupra puieţilor de P. abies. Tratamente: (a) control,

(b) 75 mM, (c) 150 mM şi (d) 300 mM NaCl


29

5.4.5. Nivelul cationilor monovalenţi sub tratamente cu NaCl

Fig. 30. Nivelul ionilor de sodiu (Na+) din rădăcinile puieţilor populaţiilor de P.

abies studiate, după 6 săptămâni de tratamente cu concentraţiile NaCl indicate. Valori

medii cu DS (n=3). Pentru fiecare populaţie, literele mici diferite deasupra barelor indică

diferenţe semnificative între tratamente şi literele mari indică diferenţe semnificative între


Fig. 31. Nivelul ionilor de sodiu (Na+) din acele puieţilor populaţiilor de P. abies






30

Fig. 32. Nivelul ionilor de potasiu (K+) din rădăcinile puieţilor populaţiilor de P.





Fig. 33. Nivelul ionilor de potasiu (K+) din acele puieţilor populaţilor de P. abies





Tabel 8

Raportul K+/Na

+ în rădăcinile şi acele puieţilor populaţiilor de P. abies studiate, după 6

săptămâni de tratamente cu concentraţiile NaCl indicate

Populaţii

[NaCl] GIORIŞTEA

CĂLIMĂNUŢ

VALEA

MARE SUDRIGIU BÂSCA

MICĂ ALBAC PÂRÂUL

TURCULEŢ JEPI

Rădăcini

Control 0.36 ±

0.06cB

0.23 ±

0.02cA

0.32 ±

0.01cB

0.32 ±

0.04cB

0.32 ±

0.03cB

0.37 ±

0.01cB

0.35 ±

0.06cB

75 mM 0.11 ±

0.01bBC

0.08 ±

0.01bA

0.13 ±

0.01bC

0.1 ±

0.01bBC

0.13 ±

0.02bC

0.16 ±

0.03bD

0.10 ±

0.01bAB

150 mM 0.07 ±

0.01abBC

0.05 ±

0.01abA

0.05 ±

0.00aBC

0.07 ±

0.02abBC

0.08 ±

0.01abC

0.06 ±

0.01aAB

0.06 ±

0.01abA

B 300 mM 0.02 ±

0.00aA

0.02 ±

0.00aA

0.03 ±

0.00aB

0.03 ±

0.01aB

0.03 ±

0.00aB

0.03 ±

0.00aB

0.02 ±

0.00aA

Ace

Control 0.35 ±

0.01cA

0.38 ±

0.02cB

0.36 ±

0.01cAB

0.37 ±

0.01cAB

0.37 ±

0.01cAB

0.35 ±

0.01cA

0.38 ±

0.01bB

75 mM 0.22 ±

0.01bC

0.14 ±

0.01abA

0.18 ±

0.01bB

0.22 ±

0.01bC

0.19 ±

0.03bB

0.19 ±

0.01bB

0.18 ±

0.01aB

150 mM 0.14 ±

0.01aBC

0.12 ±

0.01aA

0.14 ±

0.01aBC

0.16 ±

0.02aC

0.14 ±

0.01aBC

0.13 ±

0.01aAB

0.15 ±

0.01aBC

300 mM 0.14 ±

0.03aA

0.15 ±

0.01bAB

0.19 ±

0.01bC

0.18 ±

0.02aBC

0.17 ±

0.02abBC

0.17 ±

0.01bABC

0.17 ±

0.03aAB


31

Notă: Valori medii cu DS (n=3). Pentru fiecare populaţie, literele mici diferite

deasupra valorilor indică diferenţe semnificative între tratamente şi literele mari indică

diferenţe semnificative între populaţiile supuse aceluiaşi tratament, conform testului

Tukey (α=0.05)

Fig. 34. Mecanismul de transport al ionilor de sodiu (Na+) şi potasiu (K

+) în puieţii de

Picea abies supuşi stresului salin

5.4.6. Conţinutul în osmoliţi sub tratamente cu NaCl

Fig. 35. Variaţia conţinutului in prolină (Pro) din acele puieţilor populaţiilor de P.






32

Fig. 36. Variaţia conţinutului în zaharuri totale solubile (TSS) din acele puieţilor

populaţiilor de P. abies studiate, după 6 săptămâni de tratamente cu concentraţiile NaCl

indicate. Valori medii cu DS (n=3). Pentru fiecare populaţie, literele mici diferite

deasupra barelor indică diferenţe semnificative între tratamente şi literele mari indică

diferenţe semnificative între populaţiile supuse aceluiaşi tratament, conform testului

Tukey (α=0.05)

5.4.7. Antioxidanţi non-enzimatici sub tratamente cu NaCl

Tabel 9

Schimbări induse de stresul salin în antioxidanţii non-enzimatici din acele puieţilor

populaţiilor de P. abies studiate, după 6 săptămâni de tratamente cu concentraţiile NaCl

indicate

Populaţii

[NaCl] GIORIŞTEA

CĂLIMĂNUŢ

VALEA

MARE SUDRIGIU BÂSCA

MICĂ ALBAC PÂRÂUL

TURCULEŢ JEPI

(a) Compuşi fenolici totali

Control 11.61 ±

0.97bBC

10.78 ±

2.16bB

13.86 ±

0.96cD

13.53 ±

0.19cCD

12.23±

1.65bBCD

11.23 ±

0.53cB

6.42±

0.03aA

75 mM 10.42 ±

1.01bAB

10.6±

3.93bAB

10.78 ±

0.57bB

10.79 ±

1.58bB

8.65 ±

1.58aAB

10.05 ±

2.51cAB

8.45±

0.85bA

150 mM 5.9 ±

1.57aA

6.63 ±

0.58abAB

8.18 ±

1.34abB

10.7 ±

1.18bC

7.91 ±

1.49aB

7.66 ±

0.23bAB

7.36±

0.88abAB

b 300 mM 6.18 ±

0.85aAB

4.75 ±

0.97aA

6.11 ±

1.2aAB

7.47 ±

1.61aB

8.11 ±

2.04aB

5.98±

0.68aAB

5.72±

1.63aAB

(b) Flavonoide totale

Control 9.72 ±

1.24bBC

8.42 ±

1.79abB

11.45 ±

1.86cC

10.22 ±

0.67abBC

8.66 ±

0.95aB

9.02 ±

0.26bB

6.05 ±

0.9aA

75 mM 8.51 ±

1.01bAB

10.69 ±

3.88bB

9.91 ±

0.84bcAB

9.88 ±

2.08abAB

6.99 ±

1.24aA

8.74 ±

2.52bAB

8.12 ±

0.66bAB

150 mM 5.64 ±

1.23aA

7.32 ±

0.99abAB

8.09 ±

1.58abcB

15.28 ±

5.22bC

7.59 ±

1.66aAB

8.05 ±

1.31abB

7.81 ±

0.09bAB

300 mM 4.77 ±

0.89aA

5.39 ±

0.91aAB

6.33 ±

1.33aABC

7.35 ±

1.96aBC

8.33 ±

1.58aC

5.94 ±

0.59aAB

5.5 ±

1.38aAB

Notă: (a) compuşi fenolici totali (exprimaţi în mg eq gallic acid g-1

DW) şi (b)

flavonoide totale (exprimate în mg eq catechin g-1

DW). Valori medii cu DS (n=3).

Pentru fiecare populaţie, literele mici diferite deasupra valorilor indică diferenţe



O analiză de tip two-way ANOVA a fost realizată pentru a evalua efectul

populaţiilor de origine şi a tratamentelor aplicate asupra parametrilor biochimici studiaţi.

După cum se poate observa în Tabelul 10, pentru toţi markerii studiaţi s-au identificat

diferenţe semnificative, atât pentru factorul "tratament" cât şi pentru "populaţie", cu


33

excepţia ionilor de Na+ în rădăcini pentru factorul "populaţie". Interacţiunile dintre cei

doi factori sunt de asemenea semnificative, cu excepţia conţinutului în clorofilă b şi a

ionilor de Na+ şi K

+ din rădăcini.

Tabel 10

Efectul populaţiei şi a tratamentului asupra biomarkerilor cuantificaţi (two-way ANOVA)

Biomarker Populaţie Tratament

Interacţiune

Pro 0.0000 0.0000

0.0000

TSS 0.0001 0.0000 0.0474

TP 0.0000 0.0000 0.0053

Fv 0.0001

0.0000 0.0015

Caro 0.0000 0.0000 0.0055

Chl a

0.0000 0.0000 0.0020

Chl b 0.0001 0.0000 0.1425

WC% 0.0000 0.0000 0.0000

Nar 0.0666 0.0000 0.6666

Nan 0.0000 0.0000 0.0033

Kr 0.0206 0.0000 0.4847

Kn 0.0213 0.0000 0.0504

Notă: Valorile din tabel reprezintă P şi semnificaţia acestuia la intervalul de

încredere de 95%. Abrevieri: prolină (Pro), zaharuri solubile totale (TSS), compuşi

fenolici totali (TP), flavonoide (Fv), carotenoide (Caro), clorofilă a şi b (Chl a şi Chl b),

procentul de conţinut în apă (WC%), sodiu în rădăcini şi ace (Nar şi Nan), potasiu în

rădăcini şi ace (Kr şi Kn)

Parametri biochimici măsuraţi în puieţi au fost supuşi unei analize a

componentelor principale (PCA), alături de conductivitatea electrică măsurată la sfârşitul

aplicării tratamentelor (Fig. 37). Vectorii obţinuţi pentru variabilele biochimice au indicat

unghiuri foarte mici faţă de axa X, sugerând o corelaţie semnificativă cu salinitatea,

pozitivă- pentru variabilele care au crescut în paralel cu dozele mai intense de NaCl

(prolină, nivelul de Na+

în ace şi rădăcini, nivelul de K+

din ace) sau negativă (conţinutul

relativ de apă, nivelul de carotenoide, clorofilă a şi b, zaharuri totale, compuşi fenolici

totali şi flavonoide, ioni de K+ în rădăcini). Cu toate acestea, nici o corelație nu fost găsită

între variabilele biochimice din plante și condițiile climatice ale regiunilor de provenienţă

a seminţelor, aspect de aşteptat, datorită faptului că populaţiile de origine nu s-au

dezvoltat pe soluri saline.


34

Fig. 37. Analiza componentelor principale (PCA) pentru markerii de stres salin

cuantificaţi în puieţii de P. abies, în corelaţie cu conductivitatea electrică a solului la

finalul tratamentelor aplicate şi cu parametri climatici şi altitudinali ai populaţiilor de

origine. Abrevieri: prolină (Pro), zaharuri solubile totale (TSS), compuşi fenolici totali

(TP), flavonoide (Fv), carotenoide (Caro), clorofilă a şi b (Chl a şi Chl b), procentul de

conţinut în apă (WC%), sodiu în rădăcini şi ace (Nar şi Nan), potasiu în rădăcini şi ace (Kr

şi Kn), altitudine (ELEV), temperatura medie anuală (TEMP), precipitaţii (RAIN) şi

evapotranspiraţie (EVAPO)

Adiţional, o analiză de regresie a fost efectuată pentru a verifica relaţia dintre

tratamentele saline (conductivitatea electrică) şi markerii biochimici de stres cuantificaţi

în plante (Tabel 11). Cele mai mari valori pentru coeficienţii de determinare (R2 > 0.9) au

fost obţinuţe pentru compuşii fenolici totali, conţinutul de ioni de Na+ în ace şi rădăcini şi

K+ în ace. Când această analiză a fost aplicată în mod independent pentru fiecare

populație, s-au observat diferențe cantitative, probabil reflectând variabilitatea genetică în

rândul populațiilor; cu toate acestea, în cele mai multe cazuri s-au menținut aceleași

relații, indicând faptul că parametri ca şi compușii fenolici și conținutul în carotenoide

totale sau acumularea în ace a ionilor de Na+

sau K+ sunt biomarkerii optimi ai stresului

salin în puieţii de Picea abies.

Tabel 11

Coeficienţii de determinare (R2) stabiliţi prin regresie liniară între markerii cuantificaţi şi

conductivitatea electrică măsurată la sfârşitul aplicării tratamentelor

R2

Biomarker

Populaţii

Toţi

puieţii

GIORIŞTEA

CĂLIMĂNUŢ

VALEA

MARE

SUDRIGIU

BÂSCA

MICĂ

ALBAC

PÂRÂUL

TURCULEŢ

JEPI

Pro 0.54 0.75 0.29

0.95 0.51 0.47 0.23 0.63

TSS 0.24 0.71 0.87 0.33 0.25 0.13 0.08 0.73


35

TPC 0.71 0.85 0.93 0.96 0.59 0.94 0.16 0.93

TFV 0.86 0.52 0.96 0.09 0.13 0.92 0.09 0.86

Caro 0.86 0.93 0.98 0.98 0.96 0.79 0.94 0.99

Chla 0.84 0.52 0.86

0.87 0.66 0.98 0.98 0.88

Chlb 0.79 0.52 0.67

0.81 0.64 0.84 0.95 0.75

Nar 0.99 0.95 0.93 0.98 0.96 0.99 0.94 0.98

Nan 0.99 0.91 0.94 0.98 0.86 0.86 0.87 0.93

Kr 0.78 0.61 0.64 0.35 0.92 0.71 0.75 0.78

Kn 0.84 0.92 0.91 0.63 0.97 0.99 0.93 0.93

WC% 0.81 0.74 0.91 0.63 0.89 0.93 0.97 0.87

Notă: Abrevieri ale biomarkerilor conform Tabelului 10.

5.5. MARKERI BIOCHIMICI AI STRESULUI HIDRIC

5.5.1. pH sub tratamente cu stres hidric

Fig. 38. pH-ul solului după aplicarea tratamentului de stres hidric

5.5.2. Conductivitate electrică (EC) sub tratamente cu stres hidric

Fig. 39. Conductivitatea electrică (EC) ca urmare a tratamentelor aplicate


36

5.5.3. Procentul de conţinut în apă a acelor (WC%) sub tratamente cu stres hidric

Fig. 40. Variaţia conţinutului de apă (WC%) în acele puieţilor de P. abies, după 42

zile de tratamente cu stres hidric. Valori medii cu DS (n=3). Literele alfabetice indică

comparaţia între tratamentele control ale populaţiilor şi simbolurile greceşti indică

diferenţe între tratamentul hidric, în timp ce un asterisc (*) este poziţionat între barele

control şi WS care înregistrează diferenţe semnificative în cadrul unei populaţii, conform

testului Tukey (α=0.05)

5.5.4. Pigmenţi fotosintetici sub tratamente cu stres hidric

Fig. 41. Conţinutul de clorofilă a în acele puieţilor de P. abies, după 42 zile de

tratamente cu stres hidric. Valori medii cu DS (n=3). Literele alfabetice indică comparaţia

între tratamentele control ale populaţiilor şi simbolurile greceşti indică diferenţe între

tratamentul hidric, în timp ce un asterisc (*) este poziţionat între barele control şi WS

care înregistrează diferenţe semnificative în cadrul unei populaţii, conform testului

Tukey (α=0.05)


37

Fig. 42. Conţinutul de clorofilă b în acele puieţilor de P. abies, după 42 zile de




care înregistrează diferenţe semnificative în cadrul unei populaţii, conform testului Tukey

(α=0.05)

Fig. 43. Conţinutul de carotenoide în acele puieţilor de P. abies, după 42 zile de




care înregistrează diferenţe semnificative în cadrul unei populaţii, conform testului Tukey

(α=0.05)

Fig. 44. Efectul stresului hidric asupra culorii puieţilor. Tratamente: (a) control, (b) stres

hidric


38

5.5.5. Osmoliţi sub tratamente cu stres hidric

Fig. 45. Variaţia nivelului de prolină (Pro) din acele puieţilor de P. abies, după 42



diferenţe între tratamentul hidric, în timp ce un asterisc (*) este poziţionat între barele

control şi WS care înregistrează diferenţe semnificative în cadrul unei populaţii, conform

testului Tukey (α=0.05)

Fig. 46. Variaţia nivelului de zaharuri solubile totale (TSS) din acele puieţilor de

P. abies, după 42 zile de tratamente cu stres hidric. Valori medii cu DS (n=3). Literele

alfabetice indică comparaţia între tratamentele control ale populaţiilor şi simbolurile

greceşti indică diferenţe între tratamentul hidric, în timp ce un asterisc (*) este poziţionat

între barele control şi WS care înregistrează diferenţe semnificative în cadrul unei

populaţii, conform testului Tukey (α=0.05)

5.5.6. Antioxidanţi non-enzimatici sub tratamente cu stres hidric

Tabel 12

Conţinutul în compuşi fenolici totali (TP) şi flavonoide totale (Fv)

Antioxidant Tratament

Populaţii

GIORIŞTEA

CĂLIMĂNUŢ

VALEA

MARE SUDRIGIU

BÂSCA

MICĂ ALBAC

PÂRÂUL

TURCULEŢ JEPI

TP

(mg eq. GA.

g-1

DW)

Control 11,61±

0,97a

10,78±

2,16a

13,86±

0,96a

13,53±

0,19a

12,23±

1,65a

11,23±

0,53a

6,95±

0,75a

WS 13,36±

2,49a

14,35±

2,54b

14,74±

0,54a

13,38±

0,88a

16,53±

4,4b

17,66±

2,65b

15,38±

1,19b


39

Fv

(mg eq. C.

g-1

DW)

Control 9,72±

1,24a

8,42±

1,79a

11,45±

1,86a

10,22±

0,67a

8,66±

0,34a

8,92±

0,28a

4,36±

0,31a

WS 10,87±

1,83a

12,39±

2,03b

10,21±

0,58a

10,82±

1,76a

15,04±

4,28b

14,67±

1,81b

15,11±

1b

Notă: Valori medii cu DS (n=3). Literele alfabetice indică comparaţia între

tratamente aplicate aceleiaşi populaţii, conform testului Tukey (α=0.05)

Fig. 47. Variaţia compuşilor fenolici totali (TP) din acele puieţilor de P. abies,

după 42 zile de tratamente cu stres hidric. Valori medii cu DS (n=3). Literele alfabetice

indică comparaţia între tratamentele control ale populaţiilor şi simbolurile greceşti indică

diferenţe între tratamentul hidric, conform testului Tukey (α=0.05)

Fig. 48. Variaţia flavonoidelor totale (Fv) din acele puieţilor de P. abies, după 42





40

5.5.7. Nivelul cationilor monovalenţi sub tratamente cu stres hidric

Tabel 13

Variaţia Na+

în rădăcinile şi acele puieţilor de P. abies

Ioni Populaţii

Tratament GIORIŞTEA

CĂLIMĂNUŢ

VALEA

MARE SUDRIGIU

BÂSCA

MICĂ ALBAC

PÂRÂUL

TURCULEŢ JEPI

Na+

rădăcini

(µmol g-1

DW)

Control 227,59±

16,56a

255,93±

35,75a

286,01±

60,04a

205,86±

40,63a

277,12±

77,08a

245,01±

31,75a

240,15±

11,7a

WS 297,91±

66,53a

281,55±

55,63a

313,91±

28,82a

280,61±

1,46b

270,95±

46,59a

301,76±

37,16a

263,95±

9,82a

Na+

ace

(µmol g-1

DW)

Control 315,1±

27,4a

297,38±

54,72a

357,34±

45,51b

366,05±

51,16b

359,71±

57,04a

264,69±

46,43a

310,42±

30,39a

WS 284,51±

16,79a

239,79±

12,73a

262,01±

14,7a

279,93±

0,5a

313,45±

69,95a

278,26±

52,62a

268,03±

38,19a



Fig. 49. Variaţia nivelului de ioni Na+

din rădăcinile puieţilor de P. abies, după 42




Fig. 50. Variaţia nivelului de ioni Na+

din acele puieţilor de P. abies, după 42 zile

de tratamente cu stres hidric. Valori medii cu DS (n=3). Literele alfabetice indică


41



Tabel 14

Variaţia K+ în rădăcinile şi acele puieţilor de P. abies

Ioni Tratament GIORIŞTEA

CĂLIMĂNUŢ

VALEA

MARE SUDRIGIU

BÂSCA

MICĂ ALBAC

PÂRÂUL

TURCULEŢ JEPI

K+

rădăcini

(µmol g-1

DW)

Control 83,93±

20,34a

68,39±

16,01a

93,76±

15,48a

68,16±

18,27a

89,97±

29,91a

91,84±

11,48a

84,16±

16,44a

WS 136,44±

18,35b

120,46±

17,08b

135,11±

10,02b

121,19±

31,1b

115,53±

19,66b

134,04±

45,26b

132,6±

24,92b

K +

ace

(µmol g-1

DW)

Control 110,65±

3,92b

115,97±

28,9b

131,4±

19,51b

136,41±

20,69b

134,56±

20,9a

93,97±

19,19a

120,97±

11,31b

WS 97,13±

1,81a

78,04±

4,95a

93,83±

9,61a

100,02±

4,12a

105,88±

25,78a

89,36±

25,1a

85,85±

12,44a



Fig. 51. Variaţia nivelului de ioni K+

din rădăcinile puieţilor de P. abies, după 42




Fig. 52. Variaţia nivelului de ioni K+

din acele puieţilor de P. abies, după 42 zile

de tratamente cu stres hidric. Valori medii cu DS (n=3). Literele alfabetice indică


42



Tabel 15

Raportul K+/Na

+ în rădăcinile şi acele puieţilor populaţiilor de P. abies studiate, după 42

zile de tratamente hidrice

Populaţii

Tratament

[NaCl] GIORIŞTEA

CĂLIMĂNUŢ

VALEA

MARE SUDRIGIU

BÂSCA

MICĂ ALBAC

PÂRÂUL

TURCULEŢ

JEPI

Rădăcini

Control 0.36±

0.06aα

0.30±

0.04aα

0.32±

0.01aα

0.32±

0.04aα

0.32±

0.03aα

0.37±

0.01aα

0.35±

0.06aα

WS 0.46±

0.09aβ

0.43±

0.02bαβ

0.43±

0.02bαβ

0.36±

0.02aα

0.42±

0.03bαβ

0.37±

0.03aα

0.50±

0.07bβ

Ace

Control 0.35±

0.01aα

0.38±

0.02bβ

0.36±

0.01aαβ

0.37±

0.01aαβ

0.37±

0.01bαβ

0.35±

0.01aα

0.38±

0.01bβ

WS 0.34±

0.01aαβ

0.32±

0.03aαβ

0.35±

0.01aβ

0.35±

0.01aβ

0.33±

0.01aαβ

0.31±

0.04aα

0.32±

0.01aα


tratamentele control ale populaţiilor şi simbolurile greceşti indică diferenţe între

tratamentul hidric, conform testului Tukey (α=0.05)

Fig. 53. Mecanismul de transport al ionilor de sodiu (Na+) şi potasiu (K

+) în puieţii de

Picea abies supuşi stresului hidric

Datorită patternului de creştere sau descreştere identificat ca urmare a stresului

hidric, utilizarea unor biomarkeri în practică poate furniza date relevante asupra nivelului

de stres la care sunt supuşi puieţii de molid. Procentul de conţinut în apă, nivelul de

prolină şi concentraţia de K+ din acele puieţilor de molid pot fi folosiţi ca o baterie de


43

biomarkeri pentru stabilirea rapidă a nivelului de stres hidric la care sunt supuse plantele,

datorită scăderii sau creşterii liniare a acestor parametri în cadrul experienţelor efectuate.

De asemenea, una dintre populaţiile studiate (Sudrigiu) a dezvoltat un răspuns

diferit la stresul hidric decât celelalte populaţii analizate- cea mai scăzută decreştere în

procentul de conţinut în apă, lipsa degradării clorofilei a şi a carotenoidelor dar şi cea mai

scăzută acumulare de prolină, indicând pagube mai reduse la nivel fiziologic. Ca urmare,

provenienţa poate fi utilizată cu rezultate mai bune în lucrările de împădurire din

România, în scopul de a minimiza efectele negative produse de secetă asupra dezvoltării

puieţilor de pe şantierele de împădurire.

5.6. DIVERSITATEA GENETICĂ A POPULAŢIILOR DE MOLID

5.6.1. Concentraţii ADN

Tabel 16

Concentraţii AND (ng/μl) / Raport 260/230

Indivizi GIORIȘTEA

CĂLIMĂNUȚ

VALEA

MARE SUDRIGIU

BÂSCA

MICĂ ALBAC

PÂRÂUL

TURCULEŢ JEPI

S1 363.72

1.9

174.35

1.9

318.38

1.78

264.4

1.99

274.02

2.01

324.59

1.99

136.85

1.82

S2 547.78

2.01

282.27

1.88

208.44

1.86

269.75

1.95

223.62

2.00

295.48

1.99

156.41

1.77

S3 233.60

1.95

152.93

1.76

315.82

1.88

73.51

1.93

458.01

2.00

262.35

2.04

132.62

1.79

S4 489.56

1.98

303.64

1.88

215.11

1.84

236.63

1.94

459.82

1.98

465.36

1.90

89.3

1.76

S5 438.27

1.97

263.49

1.86

422.18

2.02

349.73

1.97

359.72

2.04

249.27

1.94

109.8

2.01

S6 593.38

1.96

294.31

1.96

155.54

1.89

329.24

2.01

256.91

1.95

164.47

1.68

116.49

1.79

S7 359.08

1.92

192.83

1.81

298.53

1.84

184.12

2.07

314.92

2.03

202.58

1.65

155.28

1.80

5.6.2. Diversitate alelică, heterozigoţie şi conţinut polimorfic

Tabel 17

Parametri ai diversităţii genetice

Marker Frecvenţa

alelei

majore

Numărul

genotipurilor

Numărul

probelor

Număr

de

observaţii

Număr

de

alele

Diversitate

alelică

Heterozigoţie Conţinut

polimorfic

Pa_44 0.85 5 48 40 5 0.27 0.30 0.26

Pa_48 0.96 3 48 46 3 0.08 0.09 0.08


44

Pa_28 0.53 9 48 40 6 0.65 0.63 0.61

Pa_56 0.47 5 48 47 3 0.58 0.66 0.49

Pa_25 0.97 2 48 39 2 0.05 0.05 0.05

Pa_5 0.99 2 48 44 2 0.02 0.02 0.02

Pa_22 0.99 2

48 34 2 0.03 0.03 0.03

Medie 0.82 4 48 41.43 3.29 0.24 0.25 0.22

Tabel 18

Diversitate alelică şi heterozigoţie în populaţiile studiate

Populaţii Diversitate alelică Heterozigoţie

GIORIȘTEA

CĂLIMĂNUȚ 0.19 0.21

VALEA MARE 0.20 0.25

SUDRIGIU 0.29 0.31

BÂSCA MICĂ 0.21 0.25

ALBAC 0.26 0.3

PÂRÂUL

TURCULEŢ 0.22 0.29

JEPI 0.24 0.22

5.6.3. Relaţia între populaţiile analizate utilizând analiza multivariată

5.6.3.1. Distanţa genetică Nei 1973 pe baza frecvenţei alelice

Tabel 19

Distanţa genetică între populaţiile de molid analizate

Populaţii BÂSCA

MICĂ

GIORIŞTEA

CĂLIMĂNUŢ JEPI ALBAC

PÂRÂUL

TURCULEŢ SUDRIGIU

VALEA

MARE

BÂSCA

MICĂ 0.000 0.013 0.008 0.026 0.011 0.039 0.008

GIORIŞTEA

CĂLIMĂNUŢ 0.013 0.0000 0.013 0.029 0.017 0.037 0.009

JEPI 0.008 0.013 0.000 0.019 0.021 0.033 0.013

ALBAC 0.026 0.029 0.019 0.000 0.022 0.028 0.021

PÂRÂUL

TURCULEŢ 0.011 0.017 0.021 0.022 0.000 0.034 0.008

SUDRIGIU 0.039 0.037 0.033 0.028 0.034 0.000 0.026

VALEA

MARE 0.008 0.009 0.013 0.021 0.008 0.026 0.000


45

5.6.3.2. Analiza de tip cluster pe baza dendrogramei Neighbor-Joining

Fig. 54. (a) Distanţele geografice şi (b) dendrogramele cluster ale populaţiilor de molid

Tehnicile moleculare sunt un instrument util în înţelegerea filogeniei şi a

evoluţiei diferitelor specii de plante, deoarece acestea oferă date valoroase cu privire la

distribuţia şi gradul de diversitate genetică (Mondini et al., 2009).

Diversitatea genetică a populaţiilor analizate a fost evaluată cu ajutorul

markerilor SSR. Izolarea ADN-ului a indicat o variaţie ridicată în cazul concentraţiilor

obţinute. Cea mai mare incidenţă alelică s-a înregistrat în cazul alelelor 118 bp şi 175 bp,

în timp ce alelele 211 bp sau 175 bp sunt fixate în şase din populaţiile analizate. Cea mai

ridicată diversitate alelică, heterozigoţie şi distanţă genetică comparativ cu celelalte

populaţii analizate s-a înregistrat în cazul populaţiei Sudrigiu. Analiza de tip cluster a

indicat 3 grupuri mari: primul cluster este format din populaţia Valea Mare, cel de-al

doilea din Jepi, Bâsca Mică şi Gioriştea Călimănuţ iar cel de-al treilea din Sudrigiu,

Albac şi Pârâul Turculeţ.


46

CAPITOLUL VI. CONCLUZII

Schimbările climatice preconizate pentru acest secol vor cauza o translaţie în

arealele naturale de creştere pentru numeroase specii forestiere. Molidul (Picea abies [L.]

Karst.), cea mai importantă specie forestieră din punct de vedere economic a Europei, se

numără printre speciile cele mai afectate, fiind aşteptată o migraţie a acesteia înspre

nordul Europei şi altitudini mai ridicate. Pe de altă parte, utilizarea clorurii de sodiu ca

agent de dezgheţ pe şoselele de munte, în activităţile de deszăpezire din timpul iernii în

proximitatea perdelelor forestiere de molid, poate cauza efecte negative ireversibile în

special la nivelul puieţilor, datorită numeroaselor modalităţi de infiltrare şi transport a

sărurilor în sol.

Pornind de la aceste premise, obiectivele tezei de doctorat au fost evaluarea

procesului de germinaţie a seminţelor de molid provenite din populaţii localizate de-a

lungul Munţilor Carpaţi, sub aspectul răspunsului seminţelor la stres osmotic şi salin,

identificarea de markeri morfologici în puieţii de molid supuşi la stresul salin,

identificarea de markeri biochimici ca răspuns la stresul salin şi hidric, stabilirea

populaţiilor de molid care pot dezvolta o toleranţă mai ridicată la secetă pentru utilizarea

acestora în lucrările de împădurire, evaluarea diversităţii genetice a populaţiilor analizate.

Cuantificarea parametrilor specifici germinaţiei seminţelor în urma utilizării

tratamentelor graduale cu PEG 6000 şi NaCl a indicat diferenţe semnificative între

tratamentele utilizate, efectele negative cele mai vizibile înregistrându-se în cazul

utilizării NaCl, datorită toxicităţii ionice specifice adiţionale componentei osmotice

întâlnite în cazul utilizării PEG 6000. Concentraţia de 120 mM NaCl a inhibat total

germinaţia seminţelor pentru majoritatea populaţiilor, putând fi considerată nivelul limită

de toleranţă la stresul salin. Pe de altă parte, populaţia Sudrigiu nu a înregistrat scăderi

semnificative în cazul procentului de germinaţie, indexului de vigoare a seminţelor,

lungimii radicelei, hipocotilului şi a cotildoanelor, spre deosebire de celelalte populaţii,

indicând o toleranţă mai ridicată la stresul osmotic.

Markerii morfologici analizaţi în prezentul studiu pot fi utilizaţi în cuantificarea

stresului salin la nivelul puieţilor de molid, cea mai ridicată corelaţie cu creşterea

concentraţiilor saline înregistrându-se pentru lungimea şi masa rădăcinilor. Totuşi, acest


47

tip de markeri necesită un timp îndelungat înainte de a putea fi măsuraţi, datorită ratei de

creştere mică a speciei, în timp ce cuantificarea lor implică sacrificarea puieţilor; ca

urmare, markerii morfologici nu reprezintă o soluţie viabilă de cuantificare a răspunsului

puieţilor de molid la stresul salin.

Biomarkerii sunt indicatori fideli ai nivelului de stres salin sau hidric iar

cuantificarea rapidă a acestora, cu ajutorul protocoalelor relativ simple utilizate în

lucrarea de faţă, non-destructive, utilizând o cantitate redusă de material vegetal, poate

reprezenta o soluţie optimă pentru limitarea pierderilor provocate de aceste tipuri de stres.

Scaderea nivelului compuşilor fenolici totali sau a cantităţii de carotenoide totale şi

creşterea nivelului ionilor de Na+ sau K

+, la nivelul acelor puieţilor de molid, au arătat

cea mai mare corelaţie cu intensitatea de stres salin, putând fi consideraţi biomarkeri

optimi ai stresului salin pentru această specie forestieră. Pe de altă parte, utilizarea unei

baterii de biomarkeri- creşterea conţinutului în prolină şi scăderea procentului de conţinut

în apă şi a nivelului ionilor de K+, din ace, oferă o indicaţie asupra nivelului de stres

hidric la care puieţii de molid sunt expuşi. Populaţia Sudrigiu a înregistrat cea mai

scăzută descreştere în procentul de conţinut în apă a acelor, lipsa degradării clorofilei sau

a carotenoidelor, dar şi cea mai scăzută acumulare a prolinei, sugerând faptul că această

populaţie prezintă cea mai ridicată toleranţă la stresul hidric şi poate dezvolta un răspuns

mai bun condiţiilor de secetă la care puieţii pot fi expuşi în condiţii naturale sau de

producţie.

O diversitate genetică mică a fost identificată în cazul populaţiilor de molid

analizate, cu implicaţii importante pentru selecţia, ameliorarea şi conservarea resurselor

genetice.

Studiul de faţă a identificat cei mai utili biomarkeri ai stresului salin şi hidric care

pot fi utilizaţi în practică pentru o cuantificare rapidă a nivelului de stres la care puieţii de

molid sunt supuşi în pepiniere sau în condiţii naturale de dezvoltare. Un număr relativ

mare de puieţi pot fi astfel analizaţi cu uşurinţă în pepiniere, pentru a evalua toleranţa lor

relativă la secetă sau stresul salin şi a-i selecta pe aceia care prezintă şanse mai mari de

supravieţuire în zone afectate de salinitate sau secetă.


48

În concluzie, rezultatele cercetărilor vor facilita o utilizare adecvată a puieţilor de

molid pe şantierele de împădurire din România şi Europa, contribuind la dezvoltarea de

strategii optime pentru a conserva arboretele expuse stresului hidric sau salin.


49

BIBLIOGRAFIE SELECTIVĂ

1. Bates LS, Waldren RP, Teare LD (1973). Rapid determination of free proline for

water-stress studies. Plant Soil 39:205-207.

2. Blainski A, Lopes GC, de Mello JCP (2013). Application and analysis of the Folin

Ciocalteu method for the determination of the total phenolic content from Limonium

brasiliense L. Molecules 18:6852-6865.

3. Blomqvist G (2001). De-icing salt and the roadside environment. PhD Thesis. Royal

Institute of Technology, Stockholm, Sweden.

4. Budeanu M, Şofletea N (2013). Stem and crown characteristics of Norway spruce

[Picea abies (L.) Karst.] populations from Romanian Carpathians. Not Bot Horti Agrobo

41:593-600.

5. Casselman B (2012). Spruce. In: Bill Casselman’s Words of the World and Canadian

Word of the Day. www.billcasselman.com.

6. Christensen JH, Hewitson B, Busuioc A, Chen A, Gao X, Held I et al. (2007).

Regional climate projections. In: Solomon S, Qin D, Manning M, Chen Z, Marquis M,

Averyt KB et al. (Eds.). Climate Change 2007: the physical science basis, contribution of

Working Group I to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on

Climate Change. Cambridge University Press.

7. Clinovschi F (2005). Dendrologie. Ed. Universităţii Suceava, Suceava.

8. Dubois M, Gilles KA, Hamilton JK, Reberd PA, Smith F (1956). Colorimetric method

for determination of sugars and related substances. Anal Chem 28:350-356.

9. EEA (2004). Projected temperature changes in Europe up to 2080. www.eea.europa.eu.

10. EEA (2012). Climate change, impacts and vulnerability in Europe 2012. European

Environment Agency.

11. European Task Force TG3 (2002). Snow and Ice Control on European Roads and

Bridges.

12. Fluckiger W, Braun S (1981). Perspectives of reducing the deleterious effect of de-

icing salt upon vegetation. Plant and Soil 63:527-529.

http://www.billcasselman.com/canadian_garden_words


50

13. Ghassemi F, Jakeman AJ, Nix HA (1995). Salinisation of land and water resources:

human causes, extent, management and case studies. Canberra: The Australian National

University, Wallingford.

14. Hanewinkel M, Cullmann DA, Schelhaas MJ, Nabuurs GJ, Zimmermann NE (2013).

Climate change may cause severe loss in the economic value of European forest land.

Nature Climate Change 3:203-207.

15. Holonec L (2003). Protecţia integrată a arboretelor din judeţul Cluj prin tehnologii

moderne şi acţiuni fitosanitare economice, ecologice. Teză de doctorat. USAMV Cluj-

Napoca.

16. Iancu I, Iancu V, Mehedinţi V, Niţu C, Pătrăşcoiu N (1982). Mică enciclopedie a

pădurii. Ed. Ştiinţifică şi Enciclopedică, Bucureşti.

17. Jansson G, Danusevicius D, Grotehusman H, Kowalczyk J, Krajmerova D, Skroppa

T, Wolf H (2013). Norway Spruce (Picea abies (L.) H. Karst.). In: Pâques LE (Eds.).

Forest Tree Breeding in Europe: Current State-of-the Art and Perspectives. Springer.

18. Kahle HP, Unseld R, Spiecker H (2005). Forest ecosystems in a changing

environment: growth patterns as indicators for stability of Norway Spruce within and

beyond the limits of its natural range. Application and analysis of the map of the natural

vegetation of Europe 399-409.

19. Källman T (2009). Adaptive evolution and demographic history of Norway Spruce

(Picea abies). PhD Thesis. Uppsala University.

20. Kazda M (2005). Results from the SUSTMAN Project (EU Framework 5, QLK5-CT-

2002-00851). www.sustman.de.

21. Lang FA (2008). Noble fir. In: Oregon Encyclopedia-Oregon History and Culture.

www.oregonencyclopedia.org.

22. Larcher W (2001). Physiological plant ecology: ecophysiology and stress physiology

of functional groups. Springer-Verlag Berlin Heidelberg New York.

23. Mazăre GC (2010). Cercetări privind îmbunătăţirea tehnologiilor de producere a

materialului săditor la speciile genului Picea şi diversificarea valorificării acestuia. Teză

de doctorat. USAMV Cluj-Napoca.

24. Milescu I (2006). Cartea Silvicultorului. Ed. Universităţii Suceava, Suceava.

http://www.oregonencyclopedia.org/


51

25. Mondini L, Noorani A, Pagnotta MA (2009). Assessing plant genetic diversity by

molecular tools. Diversity 1:19-35.

26. Orazio C, Stojnic S, Stojanović D, Gartzia N, Hayes S (2013). The influence of

climate change on European forests and the forest sector. http://www.rokfor.eu.

27. Radu S, Contescu L, Herţa I, Burza E, Roşca T (1994). Pepiniere- Metode şi procedee

pentru cultura în pepinieră a principalelor specii forestiere şi ornamentale. Institutul de

Cercetări şi Amenajări Silvice, Bucureşti.

28. Ran JH, Wei XX, Wang XQ (2006). Molecular phylogeny and biogeography of Picea

(Pinaceae): Implications for phylogeographical studies using cytoplasmic haplotypes.

Molecular Phylogenetics and Evolution 41:405-419.

29. Saghai-Maroof MA, Soliman KM, Jorgensen RA, Allard RW (1984). Ribosomal

DNA spacer-length polymorphisms in barley: Mendelian inheritance, chromosomal

location, and population dynamics. PNAS 81:8014-8018.

30. Skrøppa T (2003). EUFORGEN Technical Guidelines for genetic conservation and

use for Norway spruce (Picea abies). International Plant Genetic Resources Institute,

Rome, Italy.

31. Şofletea N, Curtu L (2007). Dendrologie. Ed. Universităţii „Transilvania”, Braşov.

32. Tjoelker MG, Boratynski A, Bugala W (2007). Biology and ecology of Norway

Spruce. Ed. Springer, Dordrecht.

33. Várallyay G (2010). The impact of climate change on soils and on their water

management. Agronomy Research 8(2):385-396.

34. Weimberg R (1987). Solute adjustments in leaves of two species of wheat at two

different stages of growth in response to salinity. Physiol Plant 70:381-388.

35. Zhishen J, Mengcheng T, Jianming W. The determination of flavonoid contents in

mulberry and their scavenging effects on superoxide radicals (1999). Food Chem 64:555-

559.

36. www.cia.gov.

37. www.grida.no.

38. www.wikipedia.org.

Investeşte în oameni!

Proiect cofinanţat din Fondul Social European prin Programul Operaţional Sectorial Dezvoltarea Resurselor Umane 2007 – 2013

Axa prioritară: 1. „Educaţia şi formarea profesională în sprijinul creşterii economice şi dezvoltării societăţii bazate pe cunoaştere”

Domeniul major de intervenţie: 1.5 „Programe doctorale și post-doctorale în sprijinul cercetării”

Titlul proiectului: „Programe doctorale şi postdoctorale pentru promovarea excelenţei în cercetare, dezvoltare şi inovare în domeniile prioritare – agronomic şi medical veterinar, ale

societăţii bazate pe cunoaştere”

Beneficiar: UNIVERSITATEA DE ȘTIINȚE AGRICOLE ȘI MEDICINĂ VETERINARĂ CLUJ-NAPOCA

ID Proiect: 132765

Cod contract: POSDRU/159/1.5/S/132765

Pentru realizarea cercetărilor științifice care au dus la finalizarea acestei teze de doctorat am beneficiat de sprijin financiar prin

intermediul proiectului POSDRU 159/1.5/S/132765 „Programe doctorale și postdoctorale pentru promovarea excelenței în cercetare,

dezvoltare și inovare în domeniile prioritare – agronomic și medical veterinar, ale societății bazate pe cunoaștere”, finanțat din Fondul Social

European prin Programul Operaţional Sectorial pentru Dezvoltarea Resurselor Umane 2007 – 2013.

Date post:	31-Oct-2020
Category:	Documents
Upload:	others
View:	3 times
Download:	0 times

[REZUMAT AL TEZEI DE DOCTORAT] - USAMV Cluj · 2016. 3. 19. · Dintre toate speciile de arbori...

Documents