Prof. dr hab. Władysław Chałupka Instytut Dendrologii PAN ul. Parkowa 5 62-035 Kórnik Recenzja rozprawy doktorskiej mgr. inż. Marcina Klisza pt. Genetyczne uwarunkowania właściwości drewna modrzewia europejskiego (Larix decidua Mill.) 1. Wstęp Wybrany przez mgr. inż. Marcina Klisza temat oznacza w jakimś sensie powrót do zapomnianych nieco u nas badań z zakresu anatomii, a także zmienności genetycznej cech drewna. W przeglądzie literatury autor cytuje opinie Mejnartowicza i Kosińskiego z 1986 r. o niewystarczającym stanie poznania zmienności genetycznej i odziedziczalności cech drewna modrzewia. Po upływie 25 lat niewiele się pod tym względem zmieniło i dlatego podjęcie tej problematyki przez pana mgr. inż. Marcina Klisza jest znaczącą jego zasługą. Fakt ten cieszy, bowiem w dobie dominacji biologii molekularnej, zaczyna brakować specjalistów właśnie w klasycznych (co nie znaczy przestarzałych!) kierunkach badawczych, do jakich należą m.in. anatomia, cytologia czy biogeneza drewna. Zmienia się oczywiście aparatura i metodyka, ale podmiot, czyli drewno, wciąż pozostaje ważnym i interesującym obiektem badań. 2. Omówienie rozprawy Recenzowana rozprawa obejmuje 8 rozdziałów i liczy 159 stron tekstu, w którym mieści się 61 poglądowych i starannie wykonanych rycin oraz 21 tabel. Rozprawą uzupełnia 57 załączników. W tym miejscu chcę od razu wyrazić swoje zastrzeżenie co do formuły załączników, uważam bowiem że to co Autor nazwał załącznikami, stanowi w istocie zobrazowanie wyników i powinno stać się integralną częścią rozdziału 5. Po wstępie wyjaśniającym powody podjęcia tematu, w następnym rozdziale doktorant klarownie sformułował dwa podstawowe cele swych badań: analizę zmienności cech słoja rocznego, cech biometrycznych cewek i cech gęstości drewna oraz określenie genetycznych uwarunkowań tych cech. Rozdział 3 to wyczerpujący przegląd literatury, obejmujący 459 publikacji, w znacznej liczbie współczesnych. Ta ogromna literatura zebrana przez doktoranta sugeruje, jak ważna jest współcześnie dziedzina badań, w którą włączył się pan mgr. inż. Marcin Klisz. Równocześnie przegląd literatury wskazuje, jak wiele zmieniło się w obszarze nauki, który ogólnie można nazwać anatomią rozwojową drewna: pojawiły się nowe metody, nowa aparatura, nowe odkrycia, pogłębione o podstawy molekularne i postępującą znajomość genomów różnych gatunków drzew. Na stronach 13-15 przeglądu literatury doktorant poświęcił wiele uwagi hormonalnym aspektom biogenezy drewna. Warto powiedzieć dla przypomnienia, że w latach 70. i 80. ubiegłego wieku, dzięki badaniom panów profesorów Tomasza Wodzickiego i Stefana Zajączkowskiego, problematyka ta stała się niejako polską specjalnością. Szkoda jednak, że w tak obszernym przeglądzie literatury doktorant nie zauważył znaczącego wkładu jaki wniosła w dziedzinę badań anatomicznych drewna śp. pani doc. dr hab. Alina Hejnowicz z Instytutu Dendrologii PAN, która uzyskała doktorat w 1964 r. na podstawie rozprawy pt. Badania anatomiczne nad drewnem modrzewia polskiego. Doc. Alina Hejnowicz zajmowała się również anatomią drewna świerka, daglezji, sosny, limby, metasekwoi, topoli i robinii. Ponadto w Instytucie Dendrologii PAN powstało kilka prac dotyczących biogenezy drewna sosny oraz wpływu różnych czynników na przyrost grubości drzew. Listę tych publikacji przekazałem doktorantowi do ewentualnego wykorzystania w przyszłych publikacjach. Rozdział 4 poświęcony jest sprawom metodycznym. Doktorant prowadził swoje badania na dwu plantacyjnych uprawach nasiennych Młynary i Zaporowo, w północnej Polsce przy granicy z Rosją, w rejonie Zalewu Wiślanego. Materiał pobierany był z drzew w wieku nie niższym niż 25 lat 1
z 8 drzew matecznych, pochodzących z pięciu nadleśnictw: Kwidzyn, Młynary, Dobrocin, Stare Jabłonki i Nowe Ramuki. Wywierty drewna pobierał autor świdrem Presslera od strony południowej i wschodniej na wysokości pierśnicy. Może warto byłoby w tym miejscu uzasadnić wybór takich właśnie, a nie innych stron świata do nawierceń. Po uprzednim wykonaniu badań pilotażowych autor zebrał zasadniczą część swego materiału badawczego w postaci podwójnych wywiertów ze 188 drzew na plantacyjnej uprawie nasiennej w Młynarach i z 201 drzew na uprawie w Zaporowie. Analizę cech słojów rocznych wykonano na podstawie rentgenograficznych profili gęstości. Badania zostały wykonane w Szwecji, na Uniwersytecie w Umeå, gdzie autor miał możliwość wykorzystania zarówno najnowocześniejszej aparatury, jaką jest skaner rentgenograficzny, jak i specjalistycznych programów do analizy zdjęć rentgenowskich próbek drewna. Dzięki takiemu oprzyrządowaniu i po szeregu zabiegów przygotowujących próbki drewna do wykonania zdjęć rentgenowskich, można było scharakteryzować każdy słój pod względem następujących 10 cech: szerokość przyrostu rocznego, szerokość warstwy drewna wczesnego i późnego, udział drewna wczesnego i późnego, gęstość drewna całego słoja, gęstość drewna wczesnego i późnego, oraz gęstość maksymalna i minimalna. Kolejnym zadaniem była analiza wymiarów cewek. Także i tutaj najnowocześniejsza aparatura, wykorzystująca spolaryzowane światło laserowe do obrazowania cewek, umożliwiła autorowi wykonanie pomiarów długości cewek po linii prostej, długości rzeczywistej mierzonej po krzywiźnie, oraz oszacowanie szerokości i grubości ścian komórkowych. Dla opracowania wyniki pomiarów mgr inż. Marcin Klisz zastosował właściwe dla tego materiału metody statystyczne: analizę wariancji wieloczynnikowej, analizę kontrastów, analizę korelacji i test Tukey a. Wśród parametrów genetycznych obliczonych dla różnych cech drewna znalazły się: odziedziczalność rodowa i indywidualna, oraz korelacja fenotypowa i genotypowa. Wyniki swych badań przedstawił doktorant na 53 stronach tekstu i ta część stanowi najobszerniejszą część rozprawy. W analizie zmienności 10 cech drewna, najbardziej zmienne okazały się szerokość drewna wczesnego i późnego, dla których wartości współczynników zmienności były wyraźnie wyższe niż dla pozostałych cech. Najmniej zmienne okazały się cechy związane z gęstością drewna, dla których współczynniki zmienności osiągały najniższe wartości. Znaczące różnice odnotował doktorant między powierzchniami. Na powierzchni w Zaporowie wartości współczynników zmienności poszczególnych cech były niższe, a w przypadku cech gęstości drewna nawet dwukrotnie niższe niż na powierzchni w Młynarach. Statystycznie istotne różnice w szerokości słoja rocznego odnotowano zarówno między obu powierzchniami badawczymi, jaki i różnymi latami. Istotne były także interakcje lat z powierzchniami oraz lat z powierzchniami i rodami. Nieistotne dla tej cechy okazały się natomiast różnice między rodami oraz interakcja rodów z powierzchniami. Podobny obraz statystycznej istotności różnic z drobnymi tylko różnicami odnotował autor dla wszystkich pozostałych cech drewna, w których analizie ujawniły się istotne wpływy wszystkich źródeł zmienności. Kolejną grupę cech - wymiary cewek, analizowano w kontekście zróżnicowania rodowego. W przypadku wszystkich analizowanych cech długości po linii prostej, długości rzeczywistej, szerokości i grubości ściany komórkowej cewek, autor odnotował statystycznie wysoce istotne zróżnicowanie między rodami, które tworzyły najczęściej dwie grupy jednorodne. Obie cechy związane z długością cewek były bardziej zmienne i charakteryzowały się wyższymi wartościami współczynnika zmienności niż szerokość i grubość ściany komórkowej. Druga, ważna cześć wyników dotyczy odziedziczalności i wzajemnych korelacji cech słoja rocznego, gęstości drewna oraz cewek. Doktorant zaobserwował malejącą z wiekiem, a wręcz zmierzającą do zera wartość odziedziczalności indywidualnej dla cechy szerokości słoja rocznego. W opozycji do tego stwierdzenia stoi odziedziczalność dla cech udziału drewna wczesnego i późnego, sięgająca wartości 2
0,40. Wartość ta zgodna jest z podawaną w literaturze odziedziczalnością dla udziału drewna późnego u modrzewia europejskiego mieszcząca się w granicach 0,43-0,48. Znacznie wyższe wartości, sięgające 0,98, osiągnęły natomiast wskaźniki odziedziczalności indywidualnej dla cech gęstości drewna z wyjątkiem gęstości minimalnej. Wysokie były także wskaźniki odziedziczalności rodowej dla cech gęstości drewna. Wskazuje to wyraźnie na możliwość efektywnej selekcji indywidualnej, jak i rodowej modrzewia europejskiego pod względem tej cechy. Cechy cewek dziedziczyły się także w wysokim stopniu, przy czym współczynniki odziedziczalności rodowej przybierały wartości w zakresie 0,77-0,87, a indywidualnej w zakresie 0,51-0,90. Najwyższe wartości współczynników odnotował autor dla długości cewek, co może mieć znaczenie dla selekcji modrzewia pod kątem fizycznych właściwości drewna. Badane przez doktoranta korelacje genotypowe między cechami słoja rocznego drewna układały się na stałym poziomie, a szczególnie wysokie wartości dodatnie bliskie 1,0 osiągnęły współczynniki wzajemnych korelacji między szerokością słoja a szerokością drewna wczesnego i udziałem tego drewna w słoju, oraz między szerokością drewna późnego i udziałem tego drewna. Wiele korelacji w tej grupie cech miało jednak zdecydowanie negatywny charakter, np. korelacja udziału drewna wczesnego z udziałem drewna późnego. Wysokie wartości osiągały współczynniki korelacji genotypowych między cechami gęstości drewna, stabilizując się w ostatnich latach badań na wysokim poziomie w zakresie 0,9 1,0. Charakterystyczny układ przedstawiały natomiast korelacje genotypowe cech słoja rocznego z cechami gęstości drewna. O ile w latach 1996-2000 były to korelacje ujemne, o tyle w latach 2001-2005 zmieniły one swój charakter, a współczynniki korelacji przybrały wartości dodatnie. Obraz wzajemnych korelacji fenotypowych między cechami słoja rocznego drewna układał się na ogół podobnie. Inaczej wyglądał natomiast obraz korelacji fenotypowych cech słoja rocznego z cechami gęstości drewna tutaj zdecydowana większość cech nie była ze sobą powiązana, a wartości współczynników korelacji w większości pozostawały ujemne praktycznie w ciągu całego okresu badań. Wyłącznie pozytywny charakter miały korelacje fenotypowe i genotypowe między cechami cewek, przy czym korelacje genotypowe były z jednym wyjątkiem - wyraźnie mocniejsze niż fenotypowe. Zróżnicowany i niejednoznaczny charakter miały natomiast korelacje genotypowe i fenotypowe pomiędzy cechami słoja rocznego i gęstości drewna a wymiarami cewek. W podrozdziale 5.7. doktorant analizował korelacje cech słoja rocznego i gęstości drewna z czynnikami meteorologicznymi. Trochę zaskakujące są przeciwstawne wartości współczynników korelacji dla obu powierzchni. O ile w Młynarach korelacje między cechami słoja rocznego i gęstości drewna a badanymi czynnikami meteorologicznymi były ujemne niemal we wszystkich przypadkach, o tyle dla powierzchni w Zaporowie zdecydowana większość korelacji miała charakter dodatni. Być może korelacje z czynnikami meteorologicznymi mogłyby wyglądać inaczej, gdyby autor, zamiast przyjęcia standardowo używanej długość okresu wegetacyjnego i innych okresów w pełnych miesiącach, dysponował obserwacjami fenologicznymi z powierzchni badawczych, które określiłyby rzeczywiste okresy trwania poszczególnych faz wegetacji. Przedstawiona w podrozdziale 5.8. analiza wpływu cięć rozluźniających na cechy słoja rocznego siłą rzeczy ma dosyć ogólnikowy charakter, a reakcje na kolejne zabiegi nie były jednoznaczne dla poszczególnych cech. Tutaj można nadmienić, że u wielu gatunków drzew stwierdzono także istotny wpływ obradzania szyszek i nasion na cechy słoja rocznego. W rozdziale 6 rozprawy autor prowadzi rozległą dyskusję, konfrontując swoje wyniki z bardzo bogatą literaturą. Niełatwo jednak wyciągnąć z tej obfitości jakieś uogólnienia wobec ogromnej różnorodności wyników, powodowanej zróżnicowaniem gatunkowym oraz bardzo szeroką gamą warunków środowiskowych, w których inni autorzy prowadzili swoje badania. Warto pamiętać, że przy porównywaniu formowania słoja rocznego u modrzewia z innymi gatunkami drzew iglastych trzeba wziąć pod uwagę fakt braku ulistnienia u modrzewia na wiosnę. Wskutek tego mechanizm formowanie słoja ma u tego gatunku nieco inny charakter, bowiem pierwsze podziały komórek miazgi u podstawy pąków długopędów obserwuje się u modrzewia dopiero po pełnym rozwoju igieł na krótkopędach, tj. 3-5 tygodni po fazie pękania pąków, podczas 3
gdy u innych iglastych proces ten rozpoczyna się kilkanaście dni przed rozpoczęciem wydłużania pędów. Dyskusję zamykają wnioski podzielone na ogólne i szczegółowe. Podział ten nie jest jednak precyzyjny, a niektóre wnioski ogólne powtarzają się w grupie wniosków szczegółowych. Poza tym, to co autor nazywa wnioskami, przynajmniej w kilku przypadkach sprawia wrażenie skróconego zestawu wyników badań. Kilka wniosków z uzyskanych badań można natomiast znaleźć w rozdziale Dyskusja, gdzie np. na stronie 107, omawiając wartości współczynników zmienności, autor wnioskuje, że zaobserwowana tendencja może wskazywać na genetyczne podłoże niejednorodności struktury drewna. Oto kilka innych przykładów wniosków ukrytych w teście dyskusji: strona 108 - zmienność słoja rocznego uwarunkowana jest nie tylko czynnikami genetycznymi, ale również zmiennymi w czasie czynnikami środowiskowymi. strona 109 - występowanie maksymalnej zmienności cech związanych z gęstością drewna wczesnego oraz drewna późnego u odmiennych rodów na obu powierzchniach, może świadczyć o interakcji między czynnikiem rodu i czynnikami środowiska ; strona 110 W przypadkach wymienionych cech chodzi o cechy gęstości drewna można wyciągnąć wniosek o przypuszczalnym wpływie zabiegów rozluźniających więźbę na kształtowanie się ich wartości ; strona 111 Analizując zależności cech słoja rocznego i cech gęstości drewna od cięć wykonywanych na powierzchniach należy brać pod uwagę jednoczesny wpływ na wymienione cechy zmiennych w czasie innych czynników środowiskowych ; strona 113 Trend wzrostowy dla odziedziczalności indywidualnej analizowanych cech pozwala sformułować wniosek, iż ocena wartości rodów oparta na osobnikach starszych (25 lat) powinna pozwolić uzyskać większy sukces w trakcie prowadzenia selekcji pod kątem poprawy wymienionych cech. 3. Ocena rozprawy Uzyskane przez mgr. inż. Marcina Klisza wyniki wnoszą bardzo wiele do zasobu wiedzy na temat drewna modrzewia europejskiego. Przede wszystkim dotyczy to szczegółowej statystycznej analizy zmienności i odziedziczalności badanych cech słoja rocznego oraz cewek. Chcę w tym miejscu podkreślić oryginalność tych wyników, bowiem w przygotowywanej obecnie do druku zbiorowej europejskiej monografii genetycznej modrzewia, wśród zestawionych danych na temat dotychczasowych badań nad odziedziczalnością cech ilościowych i jakościowych figurują tylko dwie spośród badanych przez mgr. inż. Klisza: gęstość drewna i udział drewna późnego. Myślę więc, że nawet jeśli uzyskane wyniki pozostają na razie w formie manuskryptu, warto je przesłać do koordynatora wspomnianej monografii, co wzbogaci jej treść o nowe dane. Jak w każdej rozprawie, także i w tej można znaleźć pewne uchybienia czy usterki. Kilka zauważonych przeze mnie niedociągnięć redakcyjnych bądź stylistycznych dotyczy przeglądu literatury. Na stronie 10 został niewłaściwie użyty czasownik utożsamiać w zdaniu: Utożsamiając właściwości drewna jako cechy tkanki drzewnej powstającej w trakcie sezonu wegetacyjnego, należy rozpatrywać je w odniesieniu do budowy strukturalnej słoja rocznego drzewa. Na stronie 13 doktorant pisze, że Tempo wzrostu wywiera negatywny wpływ na udział drewna późnego.... Myślę, że brakuje tutaj bliższego określenia owego tempa : szybkie, spowolnione, czy jeszcze inne. Na tej samej stronie, a także w wielu innych miejscach, doktorant cytuje wynik Kozłowskiego (1964). To błędna pisownia, bowiem ten amerykański uczony polskiego pochodzenia używał nazwiska w brzmieniu Kozlowski. Na stronie 14: chodzi chyba o obniżenie intensywności syntezy auksyny, a nie o obniżenie intensywności syntetyzowanej auksyny. 4
Na str. 15 nieprecyzyjne zdanie: U podstawy pnie zaobserwowano mniej cewek niż w części wierzchołkowej. Czy chodzi o liczbę cewek w pojedynczych słojach? w drewnie wczesnym lub późnym? na całym przekroju poprzecznym pnia? Na tej samej stronie znajduje się zdanie: Dla strony wewnętrznej merystemu, odpowiedzialnej za tworzenie komórek floemu.... Powinno tutaj być strony zewnętrznej. Na stronie 23, w zdaniu: Badania nad wieloma gatunkami wskazują na genetyczne uwarunkowania długości okresu drewna młodocianego. Czy chodzi o tworzenie lub formowanie drewna? Cytowana na tej samej stronie praca McAlister i Clarka (1991), o wpływie pochodzenia nasion na właściwości drewna powinna znaleźć się w następnym podrozdziale przeglądu literatury, omawiającym tę problematykę. Pewną niezręcznością stylistyczną na stronie 32 jest zaczynanie następujących po sobie zdań od słowa natomiast. W części metodycznej rozprawy zabrakło mi pewnych objaśnień, np. dotyczących parametrów gęstości drewna. Co oznacza pojęcie gęstość drewna na stronie 40: czy jest to średnia gęstość dla poszczególnych słojów (a więc dla drewna wczesnego i późnego łącznie), czy też jest to średnia gęstość drewna dla całych poszczególnych wywiertów, czyli dla słojów z lat 1994-2005? Nie wiem także co należy rozumieć pod pojęciami: gęstość maksymalna i minimalna drewna oraz jak się mają wartości tych cech do wartości maksymalnych podawanych w podrozdziałach 5.2.1 do 5.2.3. przy omawianiu gęstości drewna, drewna wczesnego i późnego. Na str. 51 w podrozdziale 4.7 zabrakło opisu podanych we wzorze symboli odnoszących się do cechy y. Na stronach tego samego podrozdziału podawana jest kilkakrotnie błędna pisownia nazwiska cytowanego statystyka: nie Vright, lecz Wright; powtarza się to także w spisie literatury. Na stronie 55 autor błędnie odniósł się do ryc. 8 zamiast ryc. 12. Te drobne uchybienia stylistyczne i edytorskie, odnotowane z recenzenckiego obowiązku, nie obniżają jednak w niczym mojej wysokiej pozytywnej oceny merytorycznej zawartości rozprawy, która dostarcza wielu nowych i bardzo ciekawych wyników na temat zagadnień zmienności i uwarunkowań genetycznych różnorodnych właściwości drewna modrzewia europejskiego. 4. Wniosek Na podstawie omówienia treści oraz dokonanej oceny przedstawionej mi do recenzji rozprawy stwierdzam, że spełnia ona warunki stawiane rozprawom doktorskim przez odnośną ustawę. Kierując się tym stwierdzeniem zwracam się do Wysokiej Rady Naukowej Instytutu Badawczego Leśnictwa z wnioskiem o dopuszczenie pana mgr. inż. Marcina Klisza do kolejnych etapów przewodu doktorskiego. Z uwagi na uzyskane przez doktoranta nowe dla modrzewia wyniki, rozprawa pana mgr. inż. Marcina Klisza zasługuje moim zdaniem na wyróżnienie. Władysław Chałupka Kórnik, 20 września 2011 r. 5