Projekti / Programi
Časovna analiza lokalnih in sistemskih sprememb v obrambni kemiji in anatomiji navadne smreke pri napadu podlubnikov
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 1.03.04 |
Naravoslovje |
Biologija |
Rastlinska fiziologija |
| Koda |
Veda |
Področje |
| B310 |
Biomedicinske vede |
Fiziologija žilnih rastlin |
| B430 |
Biomedicinske vede |
Gozdarstvo, gozdovi, gozdarska tehnologija |
| B270 |
Biomedicinske vede |
Rastlinska ekologija |
| B390 |
Biomedicinske vede |
Fitotehnika, hortikultura, zaščita pridelka, fitopatologija |
| B210 |
Biomedicinske vede |
Histologija, citokemija, histokemija, tkivna kultura |
antioksidanti, askorbinska kislina, fotosintetski pigmenti, glutation, gospodarjenje z gozdovi, indukcija odpornosti, jasmonska kislina, navadna smreka, Picea abies, podlubniki, salicilna kislina, sistemsko pridobljena odpornost, sklerenhimatski hipoderm, smolni kanali, zdravje gozdov;
Raziskovalci (1)
| št. |
Evidenčna št. |
Ime in priimek |
Razisk. področje |
Vloga |
Obdobje |
Štev. publikacijŠtev. publikacij |
| 1. |
28251 |
dr. Andreja Urbanek Krajnc |
Biologija |
Vodja |
2007 - 2009 |
224 |
Organizacije (1)
Povzetek
Navadna smreka [Picea abies (L.) Karst.] je najpogostejša in gospodarsko najpomembnejša drevesna vrsta v Sloveniji. V nižjih legah in rastiščih, ki jim smreka ni prilagojena, jo podnebne razmere in napad podlubnikov še posebej ogrožajo. Ekstremno visoke temperature in dolgotrajna suša zadnjih poletij ter semenenje smreke so privedli do dramatičnega porasta populacij podlubnikov v Centralni Evropi. Izguba rekordnega števila dreves je povzročila precejšnjo gospodarsko škodo in terjala veliko denarnih sredstev za obnovo gozdov. Namen predlaganega projekta je proučiti časovni potek lokalnih in sistemskih sprememb v obrambnem odzivu navadne smreke od initialnega napada do optimalne naselitve podlubnikov. Tretiranje odsekov debel z metil salicilatom (MS) pred načrtnim vnosom lubadarja bo omogočilo proučevanje indukcije sistemsko pridobljene odpornosti (SAR), interakcij med obrambnimi molekulami in vloge MS pri vzpostavitvi stresne tolerance. Ker bodo eksperimenti izvajani in vivo, bodo upoštevani vplivi multiplih dejavnikov na izbrana drevesa, kot so vpletenost različnih organizmov v napad (mutualizem ali komenzalizem podlubnikov in gliv), učinek podnebnih razmer (suša, visoke temperature) in gospodarjenje z gozdom. Indukcija lokalne in sistemske odpornosti temelji na salicilni kislini (SA) in jasmonski kislini (JA). Vloga teh signalnih molekul je v obrambnem odzivu iglavcev še precej neraziskana. Osnovni namen študije bo izdelati časovno analizo sprememb v vsebnosti SA in JA v lubju debla in iglicah. Tretiranje z MS bo omogočilo proučevanje prenosa signalnih molekul v vertikalni smeri drevesa. Časovna analiza sprememb v vsebnosti antioksidantov in fotosintetskih pigmentov bo pojasnila prehod začetnega obrambnega odziva teh molekul v aklimatizacijo/degradacijo ter dinamiko tega odgovora. Raziskan bo tudi učinek MS na anatomske spremembe v drevesu med napadom podlubnikov. Posebno pozornost bomo namenili površini sklerenhimatskega hipoderma v prečnem prerezu iglic ter površini in številu smolnih kanalov v prečnem prerezu lubja in lesa, saj so te strukture pomembne v konstitutivni obrambi smreke pred podlubniki. Vzpodbuditev SAR in uporaba te obrambne strategije v gozdno-varstvenih ukrepih je deležna malo znanstvene pozornosti, čeprav nudi potencialno rešitev kontrole drevesnih patogenov. V ta namen bo v okviru projekta proučevan vpliv tretiranja z MS na privabljanje, naselitev in razmnoževanje osmerozobega smrekovega lubadarja (Ips typographus L.). Glavna prioriteta projekta bo pojasniti: (1) ali tretiranje z MS vzpodbudi lokalno oz. sistemsko odpornost na napad lubadarja ter (2) kakšna je učinkovitost tretiranja pri dolgoročnem varstvu dreves pred podlubniki. Če se bo izkazalo, da tretiranje dreves z MS poveča odpornost in zmanjša umrljivost pri napadu podlubnikov, bo uporaba MS zagotovila trajnejšo in ekološko sprejemljivejšo rešitev varstva gozdov pred škodljivci.
Pomen za razvoj znanosti
Časovni potek sprememb v vsebnosti salicilne kisline (SA) in antioksidativnih obrambnih molekul v smreki med napadom lubadarja je izvirni znanstveni prispevek k razumevanju metabolizma, uporabe in razgradnje obrambnih molekul ter njihovih interakcij. Z uporabo transgenih iglavcev je v sedanjem času možno lažje in zanesljivejše preveriti pomen obrambnih molekul. Brez transformacije je možno obrambne molekule okrog poškodovanega mesta spremljati z vključevanjem določenih metabolitov v obrambni odziv. Uporaba le-teh je možna tudi v terenskih poskusih in omogoča vrednotenje obrambnega odziva dreves v naravnih razmerah, vendar je bila deležna malo znanstvene pozornosti. V projektu smo prišli do naslednjih izvirnih spoznanj:
(1) Antioksidativni odgovor navadne smreke pri napadu podlubnikov je dinamičen.
(2) Odvisen je od stopnje napadenosti podlubnikov, saj lahko vodi v aklimatizacijo v primeru uspešnega obrambnega odziva. Neuspešni obrambni odziv vodi v degradacijo antioksidantov in propad dreves.
(3) Časovna analiza antioksidativnega odziva sledi splošnemu ekofiziološkemu konceptu odziva rastlin na stres.
(4) Tretiranje s SA je imelo dolgoročni sistemični učinek na povišanje skupne SA in antioksidantov v floemu smreke.
(5) Eksogena SA je vzbudila lokalno oz. sistemsko odpornost smreke na napad podlubnikov.
(6) Pri tretiranih drevesih smo določili anatomske spremembe (večje število smolnih kanalov in polifenolnih parenhimatskih celic) ter povišano izločanje smole.
(7) Hkrati je eksogena aplikacija SA zmanjšala naselitev podlubnikov.
Eksogena aplikacija SA tako predstavlja ekološko sprejemljivejši način varstva dreves pred podlubniki. Projekt je bistvenega pomena za razvoj sodobnih raziskav na področju fiziologije gozdnega drevja, gozdne fitopatologije, gozdne ekologije, varstva gozdov in upravljanja. Rezultati prispevajo k vzpostavitvi razširjenih podatkovnih baz fizioloških pokazateljev stresa v terenskih raziskavah. S projektom smo tudi prispevati k sedanjim prioritetnim raziskovalnim področjem v skladu z usmeritvami Slovenskega nacionalnega gozdnega programa (NGP) s ciljem trajnostnega gospodarjenja z gozdovi.
Pomen za razvoj Slovenije
Gospodarske škode v slovenskih gozdovih zagotovo ne povzročajo le podlubniki, vendar so po njenem obsegu daleč na prvem mestu. Varovanje gozdov je deležno stalne pozornosti tako v Sloveniji kot EU.
Raziskave projekta so obravnavale potek obrambnih odzivov navadne smreke na napad podlubnikov. Stimuliranje obrambnih molekul z aplikacijo salicilne kisline (SA) je omogočilo vrednotenje njihovih interakcij in obrambnega odziva nasploh. Z raziskavami smo ugotovili, da tretiranje navadne smreke s SA stimulira sintezo antioksidantov lokalno in sistemsko in poveča učinkovitost obrambnega odziva na napad podlubnikov, saj bistveno zmanjša naselitev in razmnoževanje podlubnikov ter zmanjša umrljivost pri napadu podlubnikov. Raziskave so ključnega pomena za razvoj novih ukrepov varovanja dreves pred podlubniki brez spreminjanja genetskih informacij drevesnih vrst. Tretiranje z abiotskimi agensi v kombinaciji z drugimi ukrepi se je izkazalo kot dolgoročno učinkovit ukrep k varovanju slovenske gozdarske industrije pred večjo škodo zaradi podlubnikov. Indukcija sistemsko pridobljene odpornosti dreves s tovrstnimi ukrepi zmanjšuje stroške sečnje in spravila lesa, preprečuje predčasni posek drevja in zmanjšuje stroške varstva, obnove ter nege napadenih gozdov.
Tako bi uporaba stimulatorjev sistemsko pridobljene odpornosti kot je SA bistveno prispevala k ohranjanju dragocenih gozdnih površin v Sloveniji. Vsebina projekta sovpada z nizom osemnajstih ključnih ukrepov Akcijskega načrta EU za gozdove 2007–2011 (COM(2006) 302 konč.) s katerimi želi komisija okrepiti dolgoročno konkurenčnost evropskega gozdarskega sektorja ob hkratnem upoštevanju ciljev trajnostnega upravljanja z gozdovi. Deveti ključni ukrep tega akcijskega načrta predvideva okrepitev varovanja gozdov v EU pred biotskimi in abiotskimi dejavniki kot ene od osrednjih prednostnih nalog gozdarske politike. Komisija podpira raziskave o varovanju gozdov in fitosanitarnih vprašanjih znotraj 7. okvirnega raziskovalnega programa. Slovenija kot članica EU je spodbujena k temu, da pregleda in posodobi strategije varovanja gozdov pred biotskimi in abiotskimi dejavniki, vključno s študijami o škodljivih organizmih in invazivnih vrstah. Poleg tega akcijski načrt spodbuja države članice k oblikovanju združenj, ki bodo preučila posebne regionalne probleme stanja gozdov. Iz teh vidikov vsebina projekta sovpada z devetim ključnim ukrepom Akcijskega načrta EU za gozdove in podpira skupna prizadevanja k trajnosti gozdov v Sloveniji in širši EU.
Hkrati projekt vključuje eno izmed raziskovalnih področij znotraj prvega prioritetnega sklopa (tj. gozd, inovativna in trajnostna raba lesa) Ministrstva za visoko šolstvo, znanost in tehnologijo Republike Slovenije. Projekt ustreza tudi prioritetam Slovenskega nacionalnega gozdnega programa (NGP) in glavnih razvojnih ciljev Republike Slovenije, saj so raziskave prispevale k izobraževanju, ohranjanju in trajnostnemu gospodarjenju z gozdovi.
Namen projekta ni bilo le zagotavljanje gospodarske funkcije gozdov kot lesne surovine za pohištvo, papir, lepenko ali energijo (biomasa), temveč tudi zagotavljanje pomembnih ekoloških funkcij (biološka raznolikost, varovanje vode in prsti, blažitev klimatskih sprememb), družbenih funkcij (rekreacijske storitve, turizem) in kulturnih funkcij, ki jih napad podlubnikov lahko ogrozi. Ekološka in družbena funkcija sta še posebej pomembni predvsem za slovenske gozdne rezervate parke in botanične vrtove, kjer je zdravje dreves družbenega pomena. Projekt podpira skupna prizadevanja k ohranjanju različnih družbenih namembnosti slovenskih gozdov, ki zagotavljajo obnovljive in okolju prijazne surovine ter imajo pomembno vlogo pri gospodarskem razvoju, zaposlovanju in blaginji v Evropi, zlasti na podeželju.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si
