Evaluarea si cartarea diversitatii genetice a speciilor de stejari autohtoni din Romania in scopul gestionarii durabile a ecosistemelor forestiere si conservarea dinamica a resurselor genetice



Etapa III: Studii fundamentale de taxonomie, fitosociologie si genetica la Quercus virgiliana;
Evaluarea impactului antropic asupra structurii genetice a populatiilor de stejari din sudul tarii

OBIECTIVELE FAZEI DE EXECUTIE
In cadrul celei de a treia etape de executie a proiectului au fost stabilite urmatoarele obiective, care reprezinta si principalele activitati ale etapei:
1 Descrierea taxonomica; a specie Quercus virgiliana
2 Descrierea biocenozelor caracteristice in care apare Q. virgiliana
3 Evidentierea diversitatii genetice la Q. virgiliana
4 Estimarea diversitatii genetice in populatiile naturale de cvercinee
5 Estimarea diversitatii genetice in populatiile artificiale si influentate antropic de cvercinee
6 Studiul comparative al structurilor din ecosistemelor naturale si influentate antropic
7 Actualizarea paginii web a proiectului

In cadrul etapei a III a proiectului au fost identificate si descrise ecosistemele forestiere naturale de Quercus virgiliana din zona Dobrogei, Clisura Dunarii si Sibiu (Petis). De asemenea au fost realizate cercetari amanuntite privind diferentierea speciilor de stejari pufosi: Quercus pubescens si Q. virgiliana.
Pentru cea mai caracteristica populatie de stejar pufos, considerata a fi cea mai relevanta pentru specia Q. virgiliana, au fost realizate cercetari fitosociologice.

Din analizele efectuate dupa criterii clasice fenotipice, marea majoritate a arborilor din cele 4 zone studiate, mentionate ca arie de raspandire pentru Q. virgiliana, se incadreaza la Q. pubescens, deoarece lungimea laminei si a petiolului se incadreaza intre limitele acestui taxon, respectiv fructele sunt sesile sau foarte scurt pedicelate. O mica parte dintre arbori au manifestat caractere intermediare intre cei doi taxoni, dupa dimensiunile frunzelor, petiolului si ale pedunculilor florali. Nu au fost identificate exemplare tipice de Q. virgiliana.

Morfologia stejarului italian (Quercus virgiliana Ten.)
Un obiectiv important al cercetarilor intreprinse a urmarit identificarea dupa criterii morfologice a stejarului italian (Quercus virgiliana), taxon semnalat de diversi autori in Romania, dar care este greu de diferentiat de stejarul pufos – specia tipica din seria Lanuginosae (Q. pubescens). Asfel, din analiza descrierilor morfologice ale celor doi taxoni prezentate in literatura de specialitate(sursa bibliografica: Donita, 2008; Beldie,1952; Georgescu si Moraru 1948; Bartha,2009), pe fondul unor trasaturi morfologice comune sau de mare interferenta (parozitatea lujerilor anuali, parozitatea si culoarea mugurilor, parozitatea fetei dorsale a frunzelor etc.) apar si unele caractere de diferentiere (din nefericire nu suficient de transante): frunze mai mari si mai lung petiolate la Q. virgiliana, cu numar mai mare de lobi, taxon la care si cupele sunt mai mari, mai groase, cu solzi mai frecvent bombati la baza, dar, mai ales, cu pedunculi lungi de cel putin 20 mm, pana la chiar 80 mm.
Stejarul italian atinge inaltimi de 20 m avand un trunchi drept. Ritidomul este gros, begricios, neregulat crapat in patrate, subtire, cenusiu, brazdat longitudinal.
Coroana este deasa si acopera bine solul, prezentand lujeri grosi, cenusii, pubescenti pana la glabrescenti, cu peri fasciculati, izolati, intretasuti cu peri lungi.
Mugurii sunt tomentosi, de 5 - 8 mm., cu stipele tomentoase care cad timpuriu. Frunzele au 8 - 16 cm lungime, pubescente, spre toamna glabrescente, petiol de 8 - 30 mm, 4 - 7 perechi de lobi. Ghind are 20 - 40 mm lungime, iar cupa are inaltimi de 13 - 30 mm, cu solzii bazali bombati, peduncul de 20 - 80 mm lungime
Caracterizarea ecologica si cenologica a specie Quercus virgiliana
Specia Quercus virgiliana Ten. in decursul timpului a fost interpretata diferit sub aspect taxonomic de botanisti. Astfel, in Flora Romaniei (Al. BELDIE 1952, 1977, CIOCARLAN 2000, SANDA et al. 2003), in Flora Ungariei (SOÓ 1980) si Flora Austriei (ALDER et al. 1994), acest taxon este considerat specie buna si tratat ca atare, pe cand in Flora Europea vol. I (Ed. II) monograful genului Quercus (O. SCHWARZ 1993) considera taxonul sinonim cu Quercus pubescens, fara a-l mentiona nici ca infrataxon in cadrul speciei. Avand in vedere caracterele morfologice distincte si anume structura frunzei si a achenei, indeosebi solzii de la baza cupei, consideram justificata mentinerea taxonului Quercus virgiliana ca specie buna. Ea are si un areal distinct sud-est european.
In ceea ce priveste ecologia speciei precizam ca aceasta specie se dezvolta cu precadere pe soluri nisipoase, slab acide, evoluate pe substrate marno-nisipoase, cum sunt cele de la Petis, dar se intalneste si pe substrate calcaroase, cu soluri rendzine sau pseudorendzine, in partea sud –estica a tarii (PASCOVSCHI 1942, DIHORU et al. 1965).
Sub aspect fitocenologic aceasta specie este putin cercetata. Prima descriere a unui arboret edificat in proportie de 60% de Quercus virgiliana la noi a fost facuta de PASCOVSCHI (1942) din judetul Buzau (Padurea Runceni), unde specia creste impreuna cu Quercus pubescens, Q. petraea, Carpinus betulus, Ulmus campestris, Acer campestre, A. tataricum si alte cateva specii arbustive comune. Mai tarziu, DIHORU, TUCRA si BAVARU (1965) descriu din Dobrogea (rezervatia Fantinita) o noua asociatie lemnoasa Quercus virgiliana-Carpinus orientalis pe care o caracterizeaza mai detaliat sub aspect floristic, evidentiind si speciile ierboase care vegeteaza in aceste arborete. Caracterul xerofil al arboretului este relevat de elementele sudmediteran balcanice Cotinus cogygrya, Carpinus orientalis si Dictamus albus. Structura floristica a acestui arboret este prezentata intr-un tabel sintetic de catre HORVAT si colab. in lucrarea monografica „Vegetation Südosteuropa” (1974). Specia Quercus virgiliana, desi este semnalata din mai multe judete din Moldova (Bacau, Galati, Vaslui) nu a constituit obiectivul descrierii unui nou tip de padure, deoarece ea este prezenta numai sporadic in urmatoarele asociatii: Tilio tomentosae-Quercetum daleschampii Sarbu 1979, Lathyro collini-Quercetum pubescentis Klika 1932, Paeonio peregrinae-Quercetum pubescentis Sarbu 1982, Cotino-Quercetum pubescentis Soó 1932, Quercetum frainetti-daleschampii Barca 1984 si Quercetum pedunculiflorae Borza 1937 (CHIFU si colab. 2006).
In Transilvania specia Quercus virgiliana este semnalata numai din cateva localitati (Bejan, Minis, Dealul Lempes si Petis) fara a fi mentionata in structura unor tipuri de arborete (CSÜRÖS-KAPTALAN 1970).
Cercetarile fitocenologice pe care le-am efectuat in situl Natura 2000 de la Petis, ne-au facilitat identificarea unui nou sintaxon forestier, moderat termofil si moderat acidofil, pe care l-am denumit Carici montanae-Quercetum virgilianae nova ass. (Tabel 5). Fitocenozele acestei asociatii vegeteaza pe versantul sudic al dealului de la Petis, intre coordonatele 46o2’6,5’’ N-24o13’18’’ E si 46o2’7’’ N-24o13’28’’ E, pe un sol nisipos (luvisol), cu un continut redus in humus si cu o reactie slab acida.
Prin utilizarea metodei statistice de analiza multicriteriala PCA, in 3 din cele 4 zone de areal studiate s-a constituit cate un singur grup morfologic corespunzator criteriilor de determinare specifice taxonului Q. pubescens: Ciucurova, Petis si Clisura Dunarii. In schimb, la arborii din Muntii Macinului, atat dupa descriptorii frunzelor cat si cei ai fructelor (lungimea pedunculilor), se manifesta tendinta de distributie bimodala, dar totusi relativ discreta. Grupul morfologic majoritar apartine exemplarelor tipice de Q. pubescens, in timp ce al doilea grup cuprinde exemplare incadrate pe teren ca manifestand caractere de tranzitie intre Q. pubescens si Q. virgiliana. Dupa adnotarile morfologice comunicate de Donita (2008) acest al doilea grup morfologic, caracterizat in primul rand prin prezenta pedunculilor fructiferi de circa 10 -15 mm lungime, s-ar raporta la Q. virgiliana. Daca insa luam in considerare criteriul morfologic de lungime a pedunculilor fructiferi de (2) 3 – 6 cm precizat de Beldie (1952) sau de 3 – 8 cm comunicat de Bartha (2008), arborii analizati in Muntii Macinului se incadreaza in totalitate la Q.pubescens.
Cercetarile genetice efectuate cu ajutorul a trei markeri nucleari de tipul microsatelitilor nu au relevat existenta unui grup genetic distinct pentru exemplarele cu caractere morfologice de tranzitie intre Q. pubescens si Q. virgiliana identificate in Muntii Macinului. Aceste exemplare se incadreaza in grupul arborilor de Q. pubescens esantionate in mai multe locatii din Romania. Totodata, diferentele intre stejarii pufosi, pe de o parte, si stejarul pedunculat, pe de alta parte, reliefate de cei trei markeri genetici analizati au fost evidente. In acest context apreciem ca se impun noi cercetari asupra fluxului genic intre exemplarele de stejari pufosi identificate in Muntii Macinului prin recoltarea de ghinde si analize de paternitate.

ESTIMAREA DIVERSITATII GENETICE SI STRUCTURAREA ACESTEIA IN ECOSISTEMELOR DE CVERCINEE NATURALE SI ANTROPIZATE DIN SUDUL TARII
In zona de sud a tarii au fost identificate si studiate din punct de vedere al diversitatii genetice 115 populatii de cvercinee si 680 de exemplare, fiind identificate un numar de noua haplotipuri.
Haplotipurile cele mai frecvente care apar in zona sudica a tarii sunt haplotipul H4 – 29,4%, haplotipul H15 – 22,4% si haplotipul H16 – 19,6%, in total reprezentand 71,4% din totalul exemplarelor analizate.
Distributia haplotipurilor este insa diferita, constatandu-se o raionare a distributiei acestora si o specificitate a anumitor haplotipuri relativ la unele subregiuni din zona de sud a tarii.
Cercetarile de genetica moleculara realizate in populatiile de cvercinee din zona de sud a Romaniei a scos in evidenta cu ajutorul parametrilor genetici estimati o structurare in trei subregiuni, care sunt caracterizate prin haplotipuri distincte, atat ca variabilitate genetica cat si ca provenienta postglaciara. De asemenea au fost evidentiate zonele de contact dintre cele trei subregiuni precum si haplotipurile necaracteristice.

STUDIUL COMPARATIV AL ECOSISTEMELOR FORESTIERE IN RAPORT CU INTENSITATEA IMPACTULUI ANTROPIC
Pentru evaluarea impactului antropic, realizat prin transferul materialului semincier, in special prin plantatii de puieti apartinand altor proveniente diferite de cele locale, au fost studiate populatiile de cvercinee care prezinta o structura genetica formata din doua sau mai multe haplotipuri, diferite de cele identificate ca fiind caracteristice zonei. Structura genetica a populatiilor afectate antropic a fost comparata cu cele a populatiilor naturale, in care nu sunt evidente efectele interventiei antropice, cel putin la nivelul structurii genetice a acestora.
Descrierea ecosistemelor forestiere naturale si artificiale de cvercinee studiate s-a realizat concomitent cu colectarea datelor fiind utilizate informatiile inscrise in amenajamentele silvice. Aceste date caracterizeaza deopotriva biocenoza (arboretul si patura erbacee caracteristica), cat si biotopul.
Pentru evaluarea impactului antropic asupra populatiilor de stejar din anumite zone, pe langa descrierea principalelor caracteristici ale ecosistemului din care au fost realizate esantionarile si analizele moleculare, au fost identificate la nivel de ocoale silvice si directii silvice suprafetele regenerate artificial care au provenienta necunoscuta si suprafetele constituite ca arborete surse de seminte.
Din numarul total de populatii analizate din zona de sud a tarii (115) numai 18 populatii au in compozitia ecosistemelor doua sau mai multe specii de cvercinee, restul populatiilor fiind caracterizate de o singura specie de stejar.
Cea mai mare pondere dintre populatiile de cvercinee analizate o are stejarul pedunculat si gorunul, din fiecare fiind esantionate si analizate cate 30 de populatii. Au fost de asemenea analizate 15 populatii de stejar brumariu, 14 populatii de garnita si 8 populatii de stejar pufos. Restul de 18 sunt populatii de amestec de cvercinee, 17 avand doua specii de cvercinee in compozitie, iar una trei specii.
Pentru studierea efectului impactului antropic asupra diversitatii genetice a arboretelor de cvercinee au fost alese spre studiu populatii situate in doua zone distincte in care structura genetica a arboretelor este diferita de cea tipica.
Spre deosebire de arboretele regenerate artificial, arboretele naturale prezinta o structura genetica uniforma, formata de regula din unul sau maxim doua haplotipuri. Aparitia a doua haplotipuri este rezultatul migratiei postglaciare a stejarilor in drumul de recolonizare, acestea intalnindu-se de regula in zonele de contact dintre doua regiuni / subregiuni.
Aglomerarea de haplotipuri, chiar locale, poate fi corelat cu o importanta influenta antropica. In multe cazuri, nu se poate afirma ca existenta transferului de material genetic este direct corelata cu o instabilitate ecologica clara si ca exemplarele care prezinta haplotipurile straine prezinta o vitalitate redusa. Cu toate acestea, in procesul de regenerare artificiala a padurilor de cvercinee, este de dorit ca in cea mai mare parte acestea sa fie regenerate cu material de provenienta cunoscuta si apartinand aceleasi zone de provenienta.
Studiile asupra populatiilor de cvercinee in vederea cuantificarii influentei antropice au vizat atat aspecte de genetica moleculara cat si aspecte privind modul de regenerare a arboretelor.
Prin analiza comparativa a structurii si diversitatii genetice a populatiilor naturale si a celor influentate antropic, prin transferul de material semincer, a fost evidentiate caracteristicile ecosistemelor influentate antropic, dezvoltarea acestei metode putand contribui la cuantificarea influentei antropice.

Crearea bancii de ADN si a bazei de date informatice in sistem GIS
Toate probele biologice, constand in muguri sau frunze, au fost codificate utilizand sistemul informatic privind ecosistemele forestiere din Romania. Dupa extragerea ADN acestea au fost introduse pentru conservarea pe termen lung intr-un congelator la -80OC, realizandu-se astfel baza bancii de ADN. Tot materialul ce va fi colectat in cadrul proiectului va fi astfel conservat si va contribui la marirea bancii de ADN, in prezent aceasta ajungand la peste 350 de populatii de cvercinee si peste 2500 de exemplare.
Baza de date privind caracteristicile ecologice a populatiilor de cvercinee studiate a fost indexata cu noi date privind diversitatea si structura genetica rezultand un sistem informatic complex. Acest sistem este creat in sistem GIS, utilizandu-se programul ARCGIS 9.2 .