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 IV: Studii fundamentale de taxonomie, fitosociologie şi genetică la Quercus pedunculiflora

OBIECTIVELE FAZEI DE EXECUTIE
In cadrul actualei etape de executie a proiectului au fost stabilite urmatoarele obiective, care reprezinta si principalele activitati ale etapei:
1 Descrierea taxonomica a specie Quercus pedunculiflora
2 Descrierea biocenozelor caracteristice in care apare Q. pedunculiflora
3 Descrierea ecosistemelor caracteristice in care apare Q. pedunculiflora
4 Evidentierea diversitatii genetice la Q. pedunculiflora
5 Evolutia postglaciara a speciilor de cvercinee
6 Actualizarea paginii web a proiectului

In cadrul etapei a IV-a proiectului au fost identificate ecosistemele forestiere naturale de Quercus pedunculiflora din intreaga tara, fiind descrise cele mai importante si reprezentative ecosisteme. S-a constatat adeseori neconcordanta dintre tipurile de padure inscrise in amenajamentele silvice si tipurile de statiune, in viitor fiind necesara introducerea tipologiei ecosistemice pentru incadrarea arboretelor intr-o sistematica mai clara si mult mai concisa.
De asemenea, au fost realizate cercetari amanuntite de taxonomie si genetica moleculara privind diferentierea stejarului brumariu Quercus pedunculiflora de stejarul pedunculat Q. robur.
Pentru una din populatiile caracteristice de stejar brumariu, considerata a fi cea mai relevanta pentru zona de sud a tarii, au fost realizate cercetari fitosociologice.
Analizele genetice efectuate cu ajutorul unor markeri nucleari, reprezentativi pentru genomul cvercineelor, au indicat un nivel ridicat de diversitate pentru stejarul brumariu, comparabil cu cel al stejarului pedunculat din Romania. Totusi, gradul de diferentiere genetica intre stejarul brumariu si stejarul pedunculat, estimat cu ajutorul acestor markeri, a fost foarte redus. Clasificarea arborilor pe baza genotipurilor multilocus nu a relevat existenta unui grup genetic distinct pentru exemplarele cu caractere morfologice de stejar brumariu. Aceste date nu sustin ipoteza insa unei entitati genetice distincte pentru stejarul brumariu din Romania.
Stejarul brumariu (Quercus pedunculiflora K. Koch) este o specie cu areal sud-est european si asiatic, fiind intalnit in intreaga Peninsula Balcanica, in nordul Asiei Mici, in Caucaz si Peninsula Crimeea. In Romania, specia este distribuita preponderent in zona de sud a tarii, in silvostepa Olteniei, Munteniei si Dobrogei, insa apare si in zona de sud si sud-est a Moldovei si insular chiar si in vestul Transilvaniei.
Specia a fost mult timp confundata cu stejarul pedunculat (Quercus robur L.), in 1937 fiind descris de Al. Borza cu ocazia studierii padurilor din Basarabia. Aceste fitocenoze au fost grupate de Borza in asociatia Quercetum pedunculiflorae Borza 1937, pe care o considera specifica luncilor uscative cu climat continental, care vin in contact cu vegetatia ierboasa stepica.
Stejarul brumariu reprezinta cea mai valoroasa specie forestiera pentru regiunea silvostepica din sudul si sud-estul tarii. Aceasta specie va trebui folosita in compozitiile de impadurire, cu precadere in refacere arboretelor degradate din aceasta regiune, dar si in compozitia perdelelor de protectie, cu atat mai mult cu cat ne confruntam cu o schimbare climatica drastica, orientata in directia desertificarii zonelor stepice si substepice.
Caracterizarea ecologica si cenologica a ecosistemelor cu Quercus pedunculiflora
Primele fitocenoze edificate de stejarul brumariu (Quercus pedunculiflora), specie cu areal sud-est european (Bulgaria, Grecia, Iugoslavia, Romania, Turcia), au fost publicate de Al. Borza (1937) cu ocazia studiului padurilor din Barasabia. In acea perioada mai existau in Basarabia in raza localitatilor Cotugeni, Dobrusa si Manzar paduri cvasinaturale de Quercus pedunculiflora cu diametre de 50-60 cm. Aceste arborete populau luncile si versantii invecinati slab inclinati cu soluri brune eumezobazice sau cernoziomuri argiloiluviale, profunde, bogate in humus. Aceste fitocenoze au fost grupate de Borza in asociatia Quercetum pedunculiflorae Borza 1937, pe care o considera specifica luncilor uscative cu climat continental, care vin in contact cu vegetatia ierboasa stepica. Padurile de stejar brumariu se remarcau prin vigurozitatea arborilor, prin luciul deosebit al frunzelor lor groase, verzi-intunecate, hirsut pubescente pe dos, cu peri mari, stelati si bifurcati. Structura floristica acestor arborete era mai saraca in specii termofile comparativ cu arboretele xeroterme grupate de Borza in asociatiile Querceto-Lithospermetum cotinetosum si Quercetum pubescentis bessarabicum (Borza 1937).
Cercetarile floristice si geobotanice intreprinse dupa cel de-al doilea razboi mondial asupra vegetatiei Romaniei au pus in evidenta noi date corologice referitoare la prezenta speciei Quercus pedunculiflora in sudul si estul tarii, date care au fost valorificate magistral de Borza (1960) in raionarea geobotanica floristica a Romaniei. Pe baza raspandirii fitocenozelor de stejar brumariu el delimiteaza provincia balcano-moesiaca, care incepe in sudul Olteniei, trece peste Muntenia in sudul Moldovei alcatuind silvo-stepele Covurluiului si ale Barladului, trecand spre nord intr-o fasie ingusta pana in regiunea Iasului si Sucevei, iar spre sud-est, in Dobrogea de nord si in Delta Dunarii. Stejarul brumariu se intalneste ca specie insotitoare in structura fitocenozelor xerofile de Quercus virgiliana cu Q. pubescens (Dihoru et al. 1965) si cele de Fraxinus pallisae (Krausch 1965). Ulterior, geobotanistii au evidentiat diversitatea structurii padurilor de stejar brumariu descriind mai multi sintaxoni ca de exemplu: Querco pedunculiflorae-Tilietum tomentosae Donita 1970, Quercetu pedunculiflorae-cerris Doltu, Popescu, Sanda 1980, Centaureo stenolepi-Quercetum pedunculiflorae Donita 1970, Irido pseudocyperi-Quercetum pedunculiflorae Chifu et al. 2001 si Aro orientalis-Querceto pedunculiflorae Chifu et al. 2004, care releva mai pregnant caracterul ponto-balcanic al acestor arborete. Din Bulgaria astfel de arborete au fost descrise sub denumirile de Quercetum frainetto-pedunculiflorae Stoianov 1955 si Quercetum frainetto-cerris-subas. Quercetosum pedunculiflorae Goncev 1965, ele avand o structura floristica asemanatoare cu a celor descrise din Romania.
Subsumarea acestor asociatii intr-o alianta aparte Quercion pedunculiflorae Sanda et al. 1980 se justifica numai partial sub aspect floristic, deoarece mare parte din speciile desemnate caracteristice pentru aceasta alianta (Chifu et al. 2006) se regasesc mentionate si pentru alianta Aceri tatarici-Quercion Zólyomi et Jakucs 1957. Precizam ca in monografia elaborata de Horvat et al. (1974) „Vegetation Südosteuropas” fitocenozele cu Quercus pedunculiflora din Romania si Bulgaria sunt incadrate in alianta Aceri tatarici-Quercion Zólyomi et Jakucs 1957 si in ordinul Quercetalia pubescentis Br.-Bl. 1932. Acesta clasificare sintaxonomica o acceptam ca valida.
Pentru intregirea datelor sinecologice referitoare la fitocenozele edificate de Quercus pedunculiflora in sudul tarii, in acest an am efectuat cercetari geobotanice in bazinul mijlociu al vaii Dambovita, in raza comunei Nana (jud. Calarasi). Rezultatele referitoare la structura floristica si cenotica a acestor arborete le prezentam in continuare.
In zona cercetata padurea de stejar brumariu populeaza zonele de lunca, plane sau slab inclinate, cu soluri brune eumezobazice, profunde, bogate in humus si cu umiditate medie.
Stratul arborescent este edificat de Quercus pedunculiflora care are o inaltime medie de 18 m si realizeaza o acoperire de 75%. Sporadic in acest strat mai este prezenta si specia Acer tataricum care are o inaltime de pana la 6 m si o acoperire sub 1%.
In stratul arbustiv, care are o acoperire de 25-30%, sunt prezente speciile Crataegus monogyna, C. laevigata, Prunus spinosa, Cornus sanguinea, Rosa corymbifera, R. gallica, Cerasus mahaleb si Rhamnus cathartica. Rol dominant in aceasta sinuzie il are specia Crataegus monogyna, care realizeaza o acoperire pana la 15%.
Stratul ierbos este de regula bine dezvoltat (40-50%) si are in alcatuirea sa atat specii mezo-xerofile cum sunt Melica altissima, Lithospermum purpurocoeruleum, Phlomis tuberosa, Asparagus officinalis, Festuca valesiaca, Adonis vernalis, Thalictrum minus, cat si unele specii higro-mezofile de lunci ca Stachys officinalis, Carex melanostachya si Leonurus cardiaca.
Precizam ca aidoma altor regiuni din tara si aici in zonele marginale ale padurii sunt prezente speciile mezofile de liziera caracteristice pentru clasa Trifolio-Geranietea cum sunt Dictamus albus, Trifolium alpestre, Bromus inermis, Tanacetum corymbosum, Agrimonia eupatoria si Vincetoxicum hirundinaria. Aceste specii se mentin in zona si dupa defrisarea padurii, ele fiind un indicator fidel pentru arboretele mezo-xerofile colinare si cele de campie.
Areal stejarului brumariu
Pentru determinarea arealului stejarului brumariu in Romania s-a folosit atat baza cartografica digitizata a ocoalelor silvice cat si baza de date amenajistica, alegandu-se arboretele in a caror compozitie apare stejarul brumariu.
Prin transpunerea tuturor unitatilor amenajistice, in coordonate stereografice, care au in compozitia arboretului stejarul brumariu s-a obtinut harta distributiei stejarului brumariu in Romania.
Cele mai mari suprafete ocupate de stejarul brumariu se gasesc in zona Dobrogei (Podisul Babadag, zona Macin si sudul Dobrogei) si silvostepa Baraganului (Ialomita, Calarasi, Giugiu).
De asemenea, suprafete importante, insa cu un areal mai fragmentat, se gasesc atat in zona de sud a Moldovei (Galati), cat si in sudul si sud-estul Olteniei (Dolj, Mehedinti).
Datele existente pana in prezent in literatura de specialitate nu consemneaza prezenta stejarului in zona de vest a Romaniei. Din baza de date amenajistica au fost identificate arborete cu stejar brumariu si in Bazinul Carpatic, la contactul cu Campia Panonica, in vest nord-vestul Romaniei. Verificare taxomica a acestora nu a fost realizata in prezent, fiind necesara in cazul confirmarii prezentei acestei specii si verificarea originii naturale sau artificiale a arboretelor. In distributiei stejarului brumariu au fost incluse si aceste arborete, cu mentiunea ca vor fi realizate verificari privind identificare corecta a speciei si originii acestor arborete.
De asemenea, in baza de date nu sunt prezente arborete de stejar brumariu in zona Deltei Dunarii, cu toate ca pe harta distributiei stejarului brumariu (Stanescu, s.a., 1993) apare si aceasta zona.

Diversitatea genetica la nivel cloroplastic a stejarului brumariu
Pentru evaluarea diversitatii genetice la nivel populational cu ajutorul markerilor cloroplastici au fost selectate si studiate 21 de populatii si 122 de exemplare, din zona de sud si sud est a tarii.
Au fost identificate 6 haplotipuri, toate acestea fiind identificate anterior si in cadrul altor populatii de cvercinee.
Haplotipul care predomina este H4, care se regaseste atat in zona de nord a Dobrogei, Campia Baraganului, stepa Buzaului, cat si in zona de sud si sud vest a tarii, in Teleorman si Dolj. Haplotipul H4 a fost detectat in 12 din cele 21 de populatii analizate (57% din populatii). In toate populatiile analizate acest haplotip este determinant, in 8 dintre acestea fiind haplotip unic, iar in 4 populatii haplotipul dominant (peste 50% din numarul exemplarelor analizate)
Cel de-al doilea haplotip ca pondere este H30, a carui frecventa este insa mai redusa (19% din numarul total de exemplare analizate), prezenta fiind semnalata in 5 populatii (24%). Trebuie remarcata proportia acestui haplotip, care este cea mai ridicata la stejarul brumariu comparativ cu celelalte specii de cvercinee. Avand in vedere ca si in cadrul populatiilor de stejar pufos acest haplotip are o pondere de 13%, frecventa cumulata a exemplarelor de stejar brumariu si pufos avand acest haplotip depasind 60% din totalul exemplarelor de cvercinee analizate, se poate aprecia ca acest haplotip este specific populatiilor de stejari xerofiti. Haplotipul H5 este al treilea haplotip ca frecventa raportat la numarul exemplarelor analizate (13,5%), si al doilea raportat la populatiile in care este prezent (33%). In doua populatii este prezent ca haplotip unic (Simian-Mehedinti si Buzau), in celelalte 5 populatii nefiind haplotip majoritar.
Celelalte trei haplotipuri au pondere redusa, insa sunt importante in determinarea diversitatii genetice a populatiilor, in special haplotipurile H13 si H30, care releva o anumita specificitate zonala.
Astfel haplotipul H13 a fost identificat doar in populatia Punghina – Mehedinti una din cele mai importante si relevante ecosisteme de stejar brumariu in Romania. Aceasta populatie este caracterizata prin exemplare seculare de stejar brumariu, are o suprafata compacta de peste 4000ha de cvercinee din care peste 1200ha de stejar brumariu. Avand in vedere suprafata detinuta de aceasta populatie vor fi efectuate mai multe esantionari in vederea identificarii a tuturor haplotipurilor si proportiei acestora in populatie, numarul exemplarelor analizate in cadrul etapei fiind de doar 8.
De asemenea haplotipul H16 a fost identificat in doua populatii relativ mici, izolate de alte populatii, acestea putand fi efectul evolutiei postglaciare in conditiile izolarii lor sau transferului de material seminologic.

EVOLUTIA POSTGLACIARA A SPECIILOR DE STEJARI SI TENDINTELE ACTUALE DE MIGRARE
Cercetarile de genetica moleculara realizate asupra genomului cloroplastic, in populatiile de cvercinee din zona de sud a Romaniei, a scos in evidenta existenta unui haplotip majoritar, care caracterizeaza 61% din exemplarele analizate, dar si a uni haplotip mai rar intalnit la alte specii de cvercinee, care se pare ca este caracteristic stejarilor xerofili (stejarul brumariu si stejarul pufos).
Studierea evolutiei postglaciare a stejarilor si modalitatile de migrare a acestora a evidentiat originea diferita a populatiilor din Bazinul Carpatic fata de cea a populatiilor din zona extracarpatica. In zona de sud a tarii au putut fi identificate trei subzone in raport cu compozitia haplotipurilor genetice ce definesc populatiile. Toate aceste cercetari vor fundamenta in viitor regulile privind raionarea transferului de material genetic la cvercinee.
In urma analizelor moleculare realizate la cele peste 1.100 de exemplare, din 250 de populatii de cvercinee, au fost identificate 10 haplotipuri cloroplastice, descrise anterior in cercetarile realizate la nivel european in cadrul proiectului FAIROAK (Petit et al., 2001).
Cartografierea haplotipurilor identificate in noile populatii analizate s-a realizat peste baza de date deja existenta, obtinandu-se harta distributiei acestora la nivel national.
Analiza distributiei haplotipurilor la nivel national releva o structurare geografica bine definita, atat in ceea ce priveste diversitatea genetica intrapopulationala cat si specificitatea haplotipurilor din zonele geografice analizate.
Se observa ca valorile coeficientului de diferentiere GST sunt mai mici decat valorile coeficientului NST, diferentele cele mai mari inregistrandu-se in zona de sud a tarii, ceea ce inseamna ca exista o structurare geografica in cadrul zonei. Ca urmare, in cadrul acestei zone au fost definite alte trei subzone (S I, S II si S III).
Pe langa existenta unei structurari relativ bine definite a haplotipurilor, in zone si subzone avand haplotipuri caracteristice, se intalnesc si anumite regiuni caracterizate de mai multe haplotipuri. Acestea pot fi rezultatul intersectarii a doua sau mai multe cai de migrare a stejarilor, in cazul in care populatiile sunt de origine naturala, sau a transferului de puieti din zone caracterizate de alte haplotipuri decat cele locale.
Studiile realizate in cadrul proiectelor de cercetare nationale si europene, privind diversitatea genetica a cvercineelor, evidentiaza faptul ca regiunile sau populatiile caracterizate prin mai mult de trei haplotipuri cloroplastice sunt de regula rezultatul influentei antropice. Cercetarile privind structura genetica a populatiilor de cvercinee, realizate in cadrul plantatiilor si culturilor comparative de proveniente, au evidentiat transferul necontrolat de material saditor.
De asemenea, s-a constat ca speciile de stejari, apartinand subgenului Lepidobalanus (stejarii albi), nu prezinta haplotipuri caracteristice unei singure specii, toate haplotipurile fiind comune tuturor speciilor de cvercinee, chiar daca anumite haplotipuri au o pondere mai ridicata sau mai redusa in cadrul unei anumite specii de stejar.
Unicul haplotip care nu a fost identificat decat intr-o populatie, la doua exemplare de gorun din zona Satu Mare, este haplotipul H7 specific Europei Centrale si de Vest, al carui refugiu glaciar a fost Peninsula Iberica, cu o directie principala de recolonizare indreptata spre nord-estul Europei, si care atinge zona Marii Baltice.
Haplotipul H31 are o frecventa mai redusa comparativ cu celelalte haplotipuri, nefiind pana in prezent identificat la stejarul brumariu, stejarul pufos si garnita.
Studiile filogeografice, realizate prin metodele biologiei moleculare constituie o metoda moderna, complementara de evidentiere a evolutiei vegetatiei postglaciare. Nu putem estima efectele schimbarilor climatice viitoare fara o buna cunoastere a istoriei evolutive a vegetatiei, cu atat mai mult cu cat in ultimii 15000 de ani au avut loc numeroase alternante climatice a caror amprenta se regaseste in distributia actuala a vegetatiei.
Cercetarile au relevat o variabilitate ridicata a populatiilor de stejari din Romania, rezultat al evolutiei postglaciare a vegetatiei. Aceasta variabilitate se datoreaza originii postglaciare diferite a populatiilor:
- populatiile de stejari din regiunea intracarpatica isi au originea in refugiu glaciar situat in Peninsula Italica si vestul Peninsulei Balcanice;
- populatiile de stejari din regiunea extracarpatica isi au originea in refugiul glaciar situat in centrul si estul Peninsulei Balcanice.