ODDĚLENÍ BIOTECHNOLOGIÍ LESNÍCH DŘEVIN A IZOENZYMOVÁ LABORATOŘ VÚLHM
Problematika biotechnologií v lesním hospodářství se začala řešit v oddělení biotechnologií lesních dřevin VÚLHM začátkem 70. let, jen o málo později než na ostatních renomovaných světových pracovištích. Díky dlouholetému výzkumu je v současné době rozpracována a ověřena metodika pěstování explantátových kultur pro většinu druhů listnatých lesních dřevin přirozeně se vyskytujících nebo lesnicky pěstovaných v ČR. Součástí oddělení je od r. 1997 izoenzymová laboratoř, která monitoruje genetickou proměnlivost lesních dřevin a metodicky ověřuje různé faktory této proměnlivosti.
Biotechnologické postupy mikropropagace se celosvětově využívají při zachovávání genetické variability lesních ekosystémů v návaznosti na výstupy lesnických šlechtitelských programů. Urychlují a ekonomicky zvýhodňují množení elitních populací lesních dřevin, získaných selekcí. Umožňují aplikovat postupy genetického inženýrství a získat geneticky transformované druhy lesních dřevin, pro něž je požadována zvýšená produkce dřevní hmoty nebo rezistence k negativním biotickým i abiotickým vlivům a uplatňovat je ve vhodném lesním prostředí. Analýza izoenzymů poskytuje informace o genetické struktuře dřevin a její proměnlivosti. Představuje tak velmi efektivní způsob genetického monitoringu. V obecnějším metodickém rámci populační genetiky umožňuje zjišťování geografického původu lesních dřevin, jejich biodiverzity, rezistence vůči různým stresovým faktorům životního prostředí a monitorování vlivu jimi způsobené selekce.
PERSPEKTIVY ROZVOJE A VYUŽITÍ BIOTECHNOLOGIÍ V LH
Hlavní záměry využití biotechnologických metod v lesnickém šlechtitelství vycházejí ze současně platných dispozic zákona 289/1995, o lesích, a státní lesnické politiky, které se řídí mezinárodně přijatými cíli dlouhodobého strategického výzkumu v koncepci pěstování lesa. Tyto cíle jsou v souladu s úmluvami, které byly v 90. letech formulovány na mezinárodních setkáních o životním prostředí a obnově lesů, konaných např. v Rio de Janeiro 1992, Helsinkách 1993, a zejména v Lisabonu 1998 (Lisabonská deklarace III. Ministerské konference o ochraně evropských lesů). K těmto úmluvám přistoupila i vláda ČR a deklarovala své závazky v programech spolupráce na celoevropské úrovni. V popředí zájmu lesního šlechtitelství stojí v současné době řešení komplexní celoevropské problematiky zachování genofondu lesních dřevin - s cílem obnovit, stabilizovat a udržovat původní druhovou biodiverzitu v rozsáhlých biocenologických regionech, zvláště v oblastech poškozených industrializací nebo nadměrnou exploatací (program EUFORGEN).
Řešení dlouhodobých záměrů biotechnologické problematiky v oddělení biotechnologií lesních dřevin spočívá v těchto základních úrovních:
- inventarizace a uchování genetických zdrojů ohrožených populací lesních dřevin v explantátové bance,
- získání syntetických, geneticky definovaných klonových populací pro zakládání matečnic, klonových archivů, semenných sadů i pro uspokojení poptávky po výsadbovém materiálu využitelném ke zpětné introdukci do původního biotopu a obnovu vyvážené skladby lesa splňující hospodářské, ekologické i krajinotvorné cíle,
- využití biotechnologických postupů in vitro pro genetické inženýrství a pro množení materiálu získaného metodami klasického lesního šlechtitelství,
- využití moderních metod molekulární genetiky (izoenzymová analýza a analýza DNA) při inventarizaci genových zdrojů, monitorování geografické variability a ověřování původu osiva a vyhodnocení výsledků metodami populační genetiky,
- využití izoenzymových analýz při genetickém mapování rezistence populací lesních dřevin vůči různým stresovým faktorům a ověřování stability syntetických klonových populací.
APLIKAČNÍ VÝSTUPY BIOTECHNOLOGICKÉHO VÝZKUMU
Na základě dosažených výsledků a publikovaných výzkumných prací v naší i světové odborné literatuře byly oddělení biotechnologií lesních dřevin poskytnuty Světovou bankou účelové investiční prostředky na zřízení explantátové banky pro dlouhodobé uchování kultur lesních dřevin. Explantátová banka je v provozu od roku 1996 a v současnosti je v ní inventarizováno 30 druhů lesních dřevin a 5 ohrožených druhů rostlin významných z hlediska zachování biodiverzity. Pro každý z evidovaných druhů dřevin jsou připravovány multiklonální směsi, které slouží jako základ pro záchranu genových zdrojů lesních dřevin. Tento postup je požadován strategickými programy ve smyslu dohod o obnově a udržitelnosti lesů v celoevropském měřítku. Protože zakládání syntetických populací vyžaduje průběžné sledování ontogenetického vývoje mikropropagovaných sazenic a jejich adaptability v přirozených podmínkách, byly zřízeny výzkumné plochy v rozdílných pěstebních přírodních oblastech.
Do současné doby byly aplikovány biotechnologické metody (organogeneze a somatická embryogeneze) při efektivní mikropropagaci zejména listnatých dřevin pěstovaných nebo přirozeně zastoupených ve všech typech lesních oblastí ČR. Za unikátní lze považovat zdařilé mikropropagace jilmů (Ulmus spp.), vzácně se vyskytujících endemitních druhů jeřábů (Sorbus spp.) a tisu červeného (Taxus baccata). Prioritní je získání explantátů kriticky ohrožených druhů rostlin, které tvoří nedílnou součást biodiverzity lesních rostlinných společenství, např. zvonovce liliolistého (Adenophora liliifolia) a lýkovce vonného (Daphne cneorum).
Izoenzymová laboratoř, založená z prostředků Světové banky v roce 1997 zahájila svoji činnost genetickým monitoringem 10 populací smrku ztepilého (Picea abies) z Krkonoš a Krušných hor. Byly vybrány populace, lišící se původem porostů (Krkonoše) nebo zdravotním stavem, podmíněným různou rezistencí vůči imisím a mrazovému poškození z období let 1995-6 (Krušné hory). Statistickým vyhodnocením izoenzymových analýz byly zjištěny významné genetické rozdíly mezi těmito populacemi jak z hlediska různého geografického původu, tak i z hlediska rezistence vůči uvedeným stresovým faktorům životního prostředí. Přímou aplikaci těchto výsledků v praxi lze považovat za důležitý krok k získání klonového materiálu z rezistentních zdrojů a jeho reintrodukci do imisních oblastí. Metodika vypracovaná při sledování těchto populací je dále používána při probíhajícím genetickém monitoringu dalších populací smrku z oblasti Krkonoš, Beskyd a Jizerských hor a populací jedle bělokoré (Abies alba), borovice kleče (Pinus mugo) a jilmu (Ulmus spp.). Souběžně probíhá ověřování genetické stability dlouhodobě kultivovaných explantátových kultur.
SPOLUPRÁCE A KOORDINACE VÝZKUMU S JINÝMI PRACOVIŠTI
Množitelské populace vybraných dřevin získané biotechnologickými postupy garantované oddělením biotechnologií lesních dřevin VÚLHM byly v letech 1997-8 předány spolu s metodickými postupy biotechnologické laboratoři Olešná, Jihočeské Lesy, a. s., která byla určena ministerstvem zemědělství k provoznímu ověření efektivity biotechnologických postupů.
Činnost oddělení biotechnologií lesních dřevin a izoenzymové laboratoře má v současné době přímou návaznost na šlechtitelské záměry vypracované Útvarem biologie a šlechtění lesních dřevin VÚLHM a schválené v rámci příslušných pověření. Souvisí s ním práce návazných pracovišť pověřených trvalými činnostmi. Při řešení problematiky explantátových kultur i izoenzymů byla navázána spolupráce oddělení biotechnologií s KRNAP a s. p. LČR, jejíž výsledky jsou již uplatňovány v praxi. Při řešení výzkumných tématicky provázaných projektů spolupracuje dále s Botanickým ústavem AV ČR, Ústavem molekulární biologie rostlin AV ČR, Ústavem experimentální botaniky AV ČR, Lesnickou fakultou ČZU a Agenturou ochrany přírody a krajiny ČR. Několik let již také trvá spolupráce a výměna zkušeností s významnými pracovišti ve Velké Británii a Německu (Biological Sciences Division of University of Abertay Dundee, Scotland, Abteilung für Forstpflanzensuchtung Niedersachsische Forstliche Versuchsanstalt, Escherode).