Wpływ stresu osmotycznego i temperatury powietrza na kiełkowanie nasion sosny zwyczajnej i wybranych obcych gatunków z rodzaju Pinus

Opis projektu

Działanie naukowe jest finansowane w ramach konkursu MINIATURA 8 ogłoszonego przez Narodowe Centrum Nauki.

Dynamicznie zmieniający się klimat manifestuje się między innymi w częstszym i coraz bardziej intensywnym występowaniu gwałtownych zjawisk o charakterze katastrof naturalnych. Do jednych z najważniejszych tego typu zjawisk należy susza. W ostatnich dekadach wiele obszarów na całym świecie zostało dotkniętych deficytem wody, w tym także region północnej i centralnej Europy. Obecne modele klimatyczne przewidują ryzyko występowanie zjawiska suszy jako rosnące. Konsekwencje niedoboru wody widoczne są w rozwoju roślin poprzez ograniczenie fotosyntezy oraz uszkodzenia oksydacyjne powstałe w wyniku stresu osmotycznego. W związku z tym scenariusze nadchodzących zmian zakładają wzrost śmiertelności drzew i zmiany w ich geograficznym rozmieszczeniu. Niestety aktualnie tworzone modele skupiają się głównie na wymaganiach nie uwzględniają jednego z najważniejszych etapów rozwoju rośliny jakim jest kiełkowanie nasion.

Nasiona gatunków z rodzaju Pinus należą do kategorii „orthodox”. Oznacza to, że w trakcie dojrzewania zawartość wody systematycznie spada, osiągając ostatecznie poziom ok. 15% (koniec stycznia lub lutego). Także w trakcie ich zbioru oraz przechowywania są mało wrażliwe na przesuszenie nawet do poziomu 2 – 3%. Jednakże rosnący trend do zwiększenia udziału odnowienia naturalnego w naszych lasach, stawia duże wyzwanie przed leśnikami w kontekście uzyskania i utrzymania nowego pokolenia drzew. Szczególnie dotyczy to sosny zwyczajnej, która zarówno obecnie, jak i według różnych modeli klimatycznych również w przyszłości, będzie stanowić główny składnik polskich lasów.

Dla rozpoczęcia procesu kiełkowania (co do zasady nieodwracalnego), konieczna jest możliwość napęcznienia nasion (imbibicji), w trakcie którego dochodzi do uruchomienia wielu procesów fizjologicznych. Nie bez znaczenia jest także kwestia temperatury powietrza w jakiej możliwe jest kiełkowania.

Cele projektu

Głównym celem badań jakie zostaną przeprowadzone w ramach proponowanego projektu jest ustalenie wpływu stresu osmotycznego (suszy) oraz określenie progów temperatury minimalnej(Tb), optymalnej (To) i maksymalnej (Tc), na kiełkowanie nasion rodzimej sosny zwyczajnej oraz trzech gatunków obcych z rodzaju Pinus, introdukowanych z obszaru południowej Europy (sosna czarna) lub z Ameryki Północnej (sosna Banksa, sosna smołowa). Ponadto zostanie określony θT niezbędny do osiągniecia progu kiełkowania dla poszczególnych nasion w populacji. W celu określenia  odporności nasion na stres osmotyczny kiełkowanie nasion zastosowany zostanie model hydro-czasowy (hydrotime model). Falsyfikacji zostanie zatem poddana hipoteza badawcza zakładająca, że nasiona gatunków pochodzących z obszarów o wyższej średniej temperaturze powietrza charakteryzują się wyższą odpornością na stres osmotyczny oraz mają szerszą niszę kiełkowania od nasion rodzimej sosny zwyczajnej. Tym samym gatunki te mogą w przyszłości z jednej strony stać się bardziej inwazyjne niż obecnie, a z drugiej mogą być rozpatrywane jako dodatkowy składnik polskich lasów, zwłaszcza na obszarach, z których sosna zwyczajna będzie się wycofywać.

Charakterystyka projektu

W celu weryfikacji postawionej hipotezy zaproponowana zostanie następująca metodyka badań. Nasiona zostaną pozyskane z drzew rosnących w lesie doświadczalnym IBL. Do badań zostanie wykorzystana zsypka nasion z przynajmniej 5 drzew. Wpływ temperatury na kiełkowanie nasion analizowanych gatunków sosen zostanie określony poprzez ich inkubację w sześciu stałych temperaturach z zakresu od 10 do 35°C, w interwale co 5°C (tj. 10, 15, 20, 25, 30 i 35°C). Nasiona będą wystawione na oddziaływanie fotoperiodu 12/12 h w komorach fitotronowych (świetlówki: 60 μmol m−2 s−1, 400–700 nm. W każdym wariancie wykorzystanych zostanie 50 nasion w trzech powtórzeniach. Kiełkowanie zostanie przeprowadzone na szalkach Petriego. Określenie wpływu stresu osmotycznego na kiełkowanie nasion analizowanych gatunków nasion zostanie przeprowadzone w stałej temperaturze powietrza 20°C (fotoperiod 12/12 h) w komorach fitotronowych, w różnym potencjale wodnym podłoża (0.0, −0.2, −0.4, −0.6 i −0.8 MPa). Potencjały wodne otrzymane zostaną roztworami glikolu polietylenowego 6000 (PEG-6000) przygotowanymi według Michela i Kaufmanna (1973). Dla każdej partii nasion i zabiegu wykonane zostaną trzy powtórzenia po 50 nasion. Nasiona zostaną wysiane na szalki Petriego o wymiarach 120 mm × 120 mm na wierzchu dwóch warstw bibuły filtracyjnej zwilżonej 13 ml roztworów PEG-6000 lub wody destylowanej; szalki Petriego następnie zostaną zamknięte parafilmem w celu zmniejszenia szybkości parowania wody. Nasiona będą przenoszono na nową bibułę filtracyjną ze świeżym roztworem co 48 h, aby zapewnić względnie stały potencjał wody. Kiełkowanie (pojawienie się korzeni <2 mm) monitorowane będzie od rozpoczęcia codziennie przez 21 dni. Kiełkujące nasiona będą usuwane przy każdym liczeniu.

Zakres uczestnictwa IBL

Instytut Badawczy Leśnictwa jest jedynym Wykonawcą działania naukowego.

Wykonawcy projektu

Zakład Hodowli Lasu Genetyki Drzew Leśnych

Partnerzy