Морфофізіологічні та генетико-популяційні засади формування наближеної до природи системи ведення лісового господарства України

Керівник НДР: д-р біолог. наук, проф. Криницький Григорій Томкович

Терміни виконання: початок - 01.01.2012, закінчення - 31.12.2014

Наукова новизна та значимість отриманих наукових результатів: Виконаний науковий проект є першою узагальнюючою працею про вибіркову, наближену до природи систему ведення лісового господарства на основі природного поновлення деревних порід і вирощування високопродуктивних різновікових мішаних деревостанів з горизонтально і вертикально зімкнутою структурою і безперервного існування лісового покриву на кожній лісовій ділянці. На основі комплексних і системних досліджень вперше отримано такі нові наукові результати:

- опрацьовано теоретичні концептуальні засади вибіркового, наближеного до природи ведення лісового господарства в умовах України. Висвітлено основні принципи наближеного до природи лісівництва та їх характерні ознаки;

- описано механізми запровадження наближеного до природи лісівництва з врахуванням біологічних і екологічних особливостей деревних порід і типів лісу та створення і розвитку багатоярусної, різновікової, різнопородної структури деревостанів;

- висвітлено теоретико-методологічні основи переформування одновікових деревостанів у різновікові, переважно мішані, які є передумовою запровадження вибіркової системи господарювання. Переформування деревостанів розглядається як багатоетапний поступовий і тривалий (до 70 років) процес, який включає проведення різних, зміщених у часі і просторі лісогосподарських заходів;

- розроблено концепцію використання плантаційних лісових насаджень як проміжної ланки в загальному циклі лісовирощування: похідний низькопродуктивний деревостан → плантаційні лісові насадження → корінний високопродуктивний деревостан;

- обґрунтовано доцільність застосування принципу породозміни для забезпечення родючості лісових ґрунтів.

За реалізації запропонованих засад запровадження вибіркового, наближеного до природи лісівництва можна забезпечити стале ведення лісового господарства та лісокористування в усіх регіонах держави, значно поліпшити якісний склад лісів, оптимізувати вікову структуру насаджень, домогтися відтворення лісів природним шляхом, підвищити продуктивність і біологічну стійкість лісостанів та забезпечити реальне виконання ними корисних екологічних функцій.

Практична цінність результатів НДР: Вперше системно опрацьовано концепцію переходу лісового господарства від нераціональної, руйнівної в екологічному і соціальному відношенні суцільнолісосічної системи господарювання до високоефективної вибіркової, наближеної до природи. Визначено механізми переходу та перелік найголовніших завдань його реалізації; розроблено способи і технології переформування одновікових деревостанів у різновікові мішані на основі природного поновлення. Запровадження наближеного до природи лісівництва матиме велике екологічне, економічне і соціальне значення для України та значний позитивний вплив на гідрологічний і кліматичний режими країн Європи.

Запровадження плантаційних лісових насаджень на принципах породозміни дозволить суттєво збільшити обсяги вирощування деревини і водночас зменшити обсяги рубання цінних корінних деревостанів, покращити вікову структуру лісових насаджень України та родючість ґрунтів.

Використання отриманих результатів уже започатковано в державних підприємствах Львівського і Закарпатського управлінь лісового і мисливського господарства.

2. Біоценотичні засади та молекулярно-генетичні механізми вирощування біологічно стійких високопродуктивних лісів

Керівник НДР: д-р біолог. наук, проф. Криницький Григорій Томкович

Терміни виконання: початок - 01.01.2015, закінчення - 31.12.2017

Наукова новизна та значимість отриманих наукових результатів: Наш пошук шляхів запровадження наближеного до природи лісівництва в рівнинній і низькогірній частині заходу України є першим. Він охоплює усі основні типи лісу і деревні породи цієї території. Одержані результати є успішними, а тому використовувані способи переходу до наближеного до природи лісівництва можуть бути апробованими і в інших регіонах країни.

У 2015 році нами вперше встановлено, що у вологій сосново-грабовій судіброві у штучних середньовікових грабово-дубово-соснових деревостанах сосна звичайна порівняно з природними деревостанами виявляє вищу продуктивність на 1 клас бонітету, а дуб звичайний – на 1,5-2 класи бонітету; середньорічний приріст деревини у штучних деревостанах на 14-22% вищий, ніж у природних; штучні деревостани дають більшу кількість опаду, ніж природні. Однак штучні середньовікові деревостани мають істотно нижчу повноту, ніж природні; у них в 1,5-2 рази менша кількість дерев основних лісотвірних порід на одиницю площі, ніж у природних, а отже, і менша стійкість до несприятливих природних чинників та нагромадження фітомаси у старшому віці.

Встановлено також, що мінералізація підстилки й інтенсивність колообігу речовин у деревостанах не залежить від їх походження, а визначається складом компонентів опаду, тобто складом деревостанів: чим вища частка хвої сосни в опаді, порівняно з часткою листя дуба й інших супутніх порід, тим повільнішим є колообіг речовин у системі “лісостан-ґрунт”.

Встановлено, що у разі запровадження вибіркової системи господарювання за молодим поколінням деревних рослин уже з перших років слід проводити догляд.

Нами вперше отримано дані щодо профілів експресії генів дефензинів і ліпідтрансферного протеїну в інфікованих Heterobasidion annosum s.s. рослин сосни звичайної різних вікових груп, що висвітлило роль цих пептидів у формуванні системної стійкості сосни до цього небезпечного патогена і вказало на перспективність генотипування сосни за цими генами для виявлення генотипів, стійких до ураження кореневою губкою.

Вперше виявлено скоординований у часі характер експресії генів PsDef1, PsDef2 і PsDef4 у відповідь на контакт зі збудниками інфекційного вилягання сіянців Fusarium solani, Alternaria alternata, Phytophthora cinnamomi для забезпечення ефективної відповіді на стресовий чинник. Ці відомості мають фундаментальне і практичне значення для пізнання молекулярних механізмів стійкості хвойних рослин до фітопатогенних організмів і можуть бути використані для розробки нових підходів до створення екологічно безпечних засобів захисту рослин від патогенів.

Практична цінність результатів НДР: Початкові результати науково-дослідної роботи, які стосуються запровадження в Україні наближеного до природи лісівництва вже успішно використовуються на деяких підприємствах галузі (ДП “Радехівське лісомисливське господарство”, ДП “Бібрське лісове господарство”, ДП “Стрийське лісове господарство”, ДП “Дрогобицьке лісове господарство”). Подальше виконання цієї роботи дасть нові наукові знання для організації ведення лісового господарства на засадах наближеного до природи лісівництва, за якого досягається безперервне відновлення і формування стійких високопродуктивних лісостанів, максимально подібних за структурою і генезисом до природних.

Перехід лісового господарства України на наближене до природи лісівництво буде мати велике екологічне, економічне і соціальне значення, дасть значний позитивний вплив на гідрологічний і кліматичний режими України і країн Європи.

Розроблені нами методики молекулярної діагностики бактеріального патогена сосни Bacillus pumilus, грибів роду Fusarium, Heterobasidion annosum можуть бути використані для аналізу мікрофлори насіння, під час вирощування садивного матеріалу в теплицях та визначення поширення цих фітопатогенних мікроорганізмів у деревостанах сосни звичайної. Рання діагностика вогнищ інфекції дасть можливість своєчасно та ефективно застосувати лісозахисні заходи для покращення санітарного стану та підвищення стійкості лісів. Здобуті результати дослідження можуть стати основою для розробки нових ефективних екологічних методів захисту лісу від інфекційних хвороб шляхом добору екземплярів деревних порід за маркерними генами стійкості.

3. Лісівничо-таксаційна та фітоценотична структура пралісів Українських Карпат як модель організації екологічно орієнтованого лісівництва

Керівник НДР: д-р сільськогосп. наук, проф. Миклуш Степан Іванович

Терміни виконання: початок - 01.01.2013, закінчення - 31.12.2015

Наукова новизна та значимість отриманих наукових результатів: За матеріалами дистанційного зондування виділено ділянки старовікових насаджень та пралісів.

Для апроксимування рядів діаметрів різновікових букових деревостанів доцільно застосовувати три-, а також семипараметричну функцію бімодального розподілу Вейбулла (для пралісових екосистем). Для букових насаджень, не порушених господарською діяльністю людини, властивий випадковий з тенденцією до рівномірного тип розташування дерев. На формування структури букових насаджень більший вплив має інтенсивність дії чинника, ніж його природа. Букові насадження, що відновлюються природним шляхом на суцільнолісосічних зрубах у експлуатаційних лісах, та деревостани, що формуються після суцільних вітровалів у природоохоронних лісах, мають подібну просторову структуру.

Вертикальна структура старовікових насаджень та пралісів (переважно двоярусна, рідко триярусна) зумовлена їх віком та відповідно стадіями розвитку.

Відмерла деревина в тих чи інших обсягах є присутньою у всіх різновікових букових та ялинових насадженнях Карпат, але її запаси варіюють в значних межах залежно від стадії розвитку пралісів, а в старовікових лісах – від інтенсивності дії чинників. Так, для пралісових насаджень природоохоронних територій характерне значне накопичення відмерлої деревини, де поряд з великою кількістю відмерлих дерев малих діаметрів спостерігається також значна кількість грубих відмерлих дерев. Для експлуатаційних лісів властиве накопичення відмерлих дерев переважно малих діаметрів та, відповідно, невисокі запаси стоячої відмерлої деревини.

Для пралісів характерне добре природне відновлення, яке залежно від стадії розвитку пралісів досягає до 46 тис. шт./га життєздатного підросту.

Особливості таксаційної будови пралісів та старовікових насаджень, характер розміщення дерев на площі, що забезпечують високу продуктивність та біологічну стійкість насаджень є значимими для ведення лісового господарства та дають підстави рекомендувати заходи щодо поступового збільшення площ старовікових насаджень захисних та експлуатаційних лісів, ведення наближеного до природи лісівництва шляхом застосування вибіркових та поступових рубок для забезпечення природного відновлення букових та ялинових лісів задля постійного лісового середовища, отримання значних запасів крупномірної деревини.

Практична цінність результатів НДР: Результати досліджень знаходять застосування у лісовому господарстві для його організації на засадах наближеного до природи лісівництва та збалансованого (сталого) ведення господарства, планування лісогосподарських заходів спрямованих на збереження та примноження біорізноманіття, моніторингу природних процесів росту і розвитку деревостанів та ефективного використання лісових ресурсів.

Регіон Українських Карпат має величезний потенціал для секвестрації вуглецю, а тому прораховані різні сценарії використання лісових ресурсів під час рубок головного користування. За різних сценаріїв оцінено рівні поглинання вуглецю. Проведення рубок головного користування на засадах наближеного до природи лісівництва показує значний економічний ефект від реалізації деревини, а додатково можна отримати зиск і від екологічної та рекреаційної складової впливу лісу на довкілля. Безпосереднім економічним ефектом від переходу на вибіркову систему господарювання є природний процес відновлення лісів, який на відміну від створення лісових культур (затрати на створення та догляд 1 га рівний близько 6 тис. грн) та подальшого догляду за ними не вимагає економічних затрат та є стійкішим до несприятливих умов навколишнього середовища.

4. Теоретико-методологічні засади екологізації освіти як чинника формування людського капіталу для сталого розвитку

Характер НДР: фундаментальне дослідження

Керівник НДР: д-р екон. наук, проф. Туниця Юрій Юрійович

Назва вищого навчального закладу, наукової установи: Національний лісотехнічний університет України

Терміни виконання: початок - 01.01.2015, закінчення - 31.12.2017

Наукова новизна та значимість отриманих наукових результатів: Наукова новизна отриманих результатів полягає у обгрунтуванні з допомогою системно-синергетичної методології наукового пізнання радикальної перебудови світоглядних, методологічних та дидактичних основ наукової та освітньої діяльності університетів України.

Практична цінність результатів НДР: Виконавці НДР Загвойська Л.Д., Лиско Л.Р., Оліферчук В.П. були залучені до проекту ЄС «Сталий розвиток житлового господарства в Україні: сприяння місцевому розвитку та посилення ролі громадських організацій”, в рамках якого прийняли участь в реалізації навчальних програм з проблем сталого розвитку спільнот багатоквартирних будинків.

5. Розробка технології пришвидшеного вирощування деревної маси в плантаційних насадженнях на основі використання регуляторів росту рослин

Характер НДР: прикладне дослідження

Керівник НДР: д-р сільгосп. наук, проф. Дебринюк Юрій Михайлович

Терміни виконання: початок - 01.01.2015, закінчення - 31.12.2016

Новизна досліджень полягає у з’ясуванні впливу РРР на прискорене продукування високоякісного садивного матеріалу; у вивченні впливу  окремих елементів технології створення штучних насаджень на скорочення термінів продукування деревної фітомаси як відновлювального джерела енергії; у встановленні доцільності запровадження енергетичних плантацій із верби і тополі з метою раціонального використання перезволожених земель; у визначенні ресурсного потенціалу плантаційних лісових насаджень за участю ялини європейської, модрин європейської та Кемпфера, дуба північного, клонів тополі MAX-4, MAX-5, Oxford, AF2, AF8.

Істотний вплив на підвищення енергії проростання насіння Larix decidua, порівняно з контролем, виявлено за всіма варіантами дії емістим С (на 1,5-7,3%), вермістим (на 0,5-8,6%), гумат натрію (на 0,1-4,5%), бурштинова кислота (на 2,3-3,6%). Гальмуючий вплив на енер¬гію проростання виявлено циркон, максим, епін-екстра, вимпел, івін, сателіт, мікосанн ,  байкал.

Суттєвий вплив на підвищення технічної схожості насіння Larix decidua за всіма досліджуваними варіантами виявили емістим С (на 13,0-20,4%), вермістим (на 11,7-15,6%), гумат натрію  (на 2,5-12,8%), бурштинова кислота (на 11,5-13,4%), івін (на 3,3-11,8%), байкал (на 0,6-9,4%); за двома дослід¬жуваними варіан¬тами – циркон (на 6,2-6,7%) і вимпел (на 6,3-8,0%).

Суттєвий вплив на ріст пагонів клону тополі Populus deltoides x Populus piramydalis має якість живців для садіння. Використання гетероауксину в концентрації 0,02% помітно впливає на підвищення приживлюваності живців та інтенсифікацію їхнього росту. Одночасно використання стиму¬лятора росту зменшує показник варіабельності середньої висоти пагонів. Відсутність стимулятора росту відображається як на зниженні приживлюваності (на 27-33%), так і на зменшенні середньої висоти пагона (2,0-2,8 раза).

Так, плантаційні насадження Picea abies [L.] Karst.) в 41-50 р. нагромаджують 400-500 м3/га стовбурової деревини в залежності від типу лісорослинних умов (С3, D2 або D3);  у віці 61-70 р. в умовах С2 плантаційні насадження Larix decidua Mill. нагромаджують близько 700 м3/га стовбурової деревини при середньому об’ємі стовбура 1,1 м3; в умовах D2 сумарний запас стовбурової деревини в 51-60 років перевищує 800 м3/га при середньому об’ємі стовбура модрини в 1,5-2 м3; сумарний запас деревини Larix kempferi Carr. за період вирощування (51-60 р.) в умовах С2, С3 складає 680-850 м3/га при середньому об’ємі стовбура 1,03-1,23 м3; в умовах D2, D3  модрина нагромаджує 745-900 м3/га деревини при середньому об’ємі стовбура 1,32-1,56 м3; запас стовбурової деревини Quercus borealis Michx. в умовах С2, С3 в 44-48-річному віці становить 380-390 м3/га; в умовах D2 у 55 років він наближається до 500 м3/га.

Найбільш придатними в умовах D3 заплавних земель для культивування на фітомасу є два клони тополі – MAX-4 та MAX-5, які в 3-річному віці досягають висоти більше 8 м та маси свіжозаготовленої деревини 60-74 т/га. Клон Oxford займає проміжне положення (42 т/га), а клони AF2 та AF8 італійської селекції показали найгірший результат (27-31 т/га).

Науковий рівень. Значний обсяг деревини як для промислових, так і енергетичних цілей буде отримано за відносно короткі терміни, які співставлювані зі світовою практикою (3-4 роки для енергетичних плантацій з метою отримання паливної сировини; 15-20 років – для отримання великомірних сортиментів тополі; 41-60 років – для отримання великомірних сортиментів швидкорослих хвойних порід).

Обсяги отриманої стовбурової деревини під час вирощування швидкорослих хвойних видів (600-1000 м3/га і більше) у плантаційних насадженнях України близькі до світового рівня (Польща, Чехія, Словаччина, Болгарія, Італія, Німеччина, Франція) або перевищують його, що пояснюється сприятливими лісорослинними умовами України, використанням принципу породозміни, засто¬су¬ванням ефективних регуляторів росту рослин, специфікою розробленої технології створення і вирощування. Світовий досвід продукування плантаційних насаджень передбачає високоінтенсивну технологію лісовирощування (суцільний обробіток грунту, регулярне внесення мінеральних добрив та гербіцидів, засобів захисту рослин, обрізування сучків).

Практичне застосування. У виконаній роботі представлені технологічні аспекти запровадження в Україні системи плантаційного лісовирощування. Це дасть змогу:

- запровадити плантаційні лісові насадження з коротким оборотом рубки (41-70 років) для промислового отримання цільових сортиментів;

- створити енергетичні плантацій з ротацією в 3-4 роки для отримання паливної тріски та виробництва пелет;

- використати принцип породозміни для якнайбільш повного використання природно-кліматичного потенціалу лісових земель;

- залучити до вирощування деревини сирі і перезволожені землі, які в сільському і лісовому господарстві майже не використовуються;

- скоротити терміни вирощування високоякісного садивного матеріалу швидкорослих порід шляхом використання регуляторів росту рослин;

- підвищити приживлюваність і пришвидшити ріст тополі на енергетичних плантаціях за допомогою регуляторів росту рослин.

6. Молекулярно-генетичні основи стійкості сосни звичайної (Pinus sylvestris L.) до біотичного стресу

Характер НДР: фундаментальне дослідження

Керівник НДР: д-р сільгосп. наук, проф. Гут Роман Тарасович

Терміни виконання: початок - 01.01.2016, закінчення - 31.12.2018

Новизна. Вперше отримані дані щодо індукування експресії генів антимікробних пептидів в умовах біотичного стресу, викликаного інфікуванням сіянців сосни патогенами роду Heterobasidion annosum, Fusarium, Armelaria i Phytophtora. Глобальний транскриптомний аналіз сосни звичайної та ялини європейської за дії кореневої губки, виконаний із використанням мікрочипів, не виявив змін в експресії генів дефензинів (Asiegbu et al., 2005; Lunden et al., 2015). Натомість Jaber et al., 2014 показали збільшення експресїї дефензину 1 сосни за тих же умов інфікування, використавши кількісну ЗТ-ПЛР. Ми вважаємо, що технологія мікрочіпів, не дозволяє виявити зміни в експресії таких високогомологічних кДНК послідовностей (95-98 % ідентичності), якими є дефензини 1-4 сосни. Дані стосовно експресії генів отримано за допомогою напівкількісної мультиплексної ПЛР зі специфічними праймерами. Диференціальний характер експресії генів дефензинів у відповідь на інфікування фітопатогенними грибами із різною трофікою виявлено у Arabidopsis (Schenk et al., 2003; Glazebrook J. 2005; Tesfaye M et al. 2013), для хвойних рослин такі дані отримано вперше.

Пероксидази є важливим компонентом у захисних механізмах рослин. Декілька пероксидаз охарактеризовано і у хвойних рослин (Fossdal C.G. et al, 2001; Marjamaa K. et al., 2006), але ми вперше показали, що у проростках сосни у відповідь на дію стресових чинників індукується експресія екстрацелюлярної перокидази класу ІІІ.

Picart et al. (2012) отримали рекомбінантний дефензин PgD5, гомологічний до дефензину 1 сосни звичайної, який також володів антифунгальною активністю, але нами вперше для дефензинів голонасінних показано, що дефензину 1 сосни властиві і інші біологічні властивості, подібно до деяких дефензинів покритонасінних рослин. Вперше встановлена ЯМР-структура дефензину 1 сосни, яку зареєстровано під номером 5NCE у Protein GenBank. Вперше досліджено просторову будову дефензину хвойних, на основі чого висунуто припущення про можливий механізм його дії.

Із використанням генно-інженерного підходу отримано геномні послідовності ліпід-трансферного протеїну та дефензину 1 сосни звичайної, які зареєстровано у GenBank під номерами KX690107.1 і KY328829.1, відповідно, і з’ясовано їхню екзон-інтронну організацію. Проведений нами аналіз геномних баз даних NCBI (https://www.ncbi.nlm.nih.gov), Forest Tree Genome Database і даних секвенування геному Pinus taeda (Zimin et al., 2014) підтвердив, що це є перші клонована послідовності гена ЛТП  і дефензину 1 у сосни звичайної.

Вперше отримано рекомбінінтний ліпідтрансферний протеїн сосни звичайної в гетерогенній прокаріотичній системі експресії та досліджено його властивості. В ході виконання досліджень ліпідзв’язуючої активності нами було встановлено, що рекомбінантний PsLTP1 має тенденцію зв’язуватись з ненасиченими жирними кислотами, такими як лінолева, ліноленова, олеїнова та пальмітолеїнова. а також з метилясминатом, який як і ясминова кислота виступає в ролі сигнальної молекули, які запускають каскад відповідних реакцій у відповідь на ураження патогеном або пошкодженні комахами-шкідниками та індукує експресію захисних генів. Подібні результати отримано при дослідженні ЛТП гінкго, маршанції та тютюну, проте у хвойних отримано вперше (Buhot, 2004, Sawano, 2008, Edstam 2013). 

Шляхом транзієнтної експресії PsLTP1 у листках N. benthamiana нами вперше встановлена його локалізація в клітинній мембрані паренхіми листка. Подібні дослідження проводилися на покритонасінних рослинах та мохах, а у хвойних проводилося вперше.

Грунтуючись на приналежності PsLTP1 до надродини інгібіторів протеаз та амілаз, ви вперше виявили здатність PsLTP1 інгібувати дію амілаз та протеїназ комах шкідників сосни звичайної, зокрема хруща травневого та пильщика звичайного, які завдають значних збитків цінним лісовим породам. Інгібування протеїназної активності було описано у ЛТП гінкго та касії (Sawano 2008, Wijaya 2000), а серед ЛТП хвойних виявлено вперше.

Проведено порівняльний аналіз амінокислотних послідовностей ліпідтрансферних протеїнів серед представників Pinacea та виявлено високу подібність на амінокислотному рівні відомих ЛТП із роду Pinus, не зважаючи на їх віддалене географічне розташування.

Науковий рівень. Отримані результати висвітлили роль антимікробних пептидів (дефензинів, ліпід-трансферного протеїну, тауматину і пероксидаз) у первинних реакціях відповіді сосни звичайної на біотичний стрес. Виявлення диференціального характеру експресії генів дефензинів PsDef1-4 і ЛТП у відповідь на дію біотрофних і некротрофних фітопатогенів вказує на консервативність захисних сигнальних шляхів покритонасінних і голонасінних рослин, що дає змогу планувати подальші експерименти, базуючись на закономірностях, які виявлені у модельних рослин.

Клонування та секвенування генів дефензинів та ліпід-трансферних протеїнів є внеском у розшифрування геному сосни звичайної, який на разі повністю не секвенований. Встановлення екзон-інтронної будови генів дефензинів дало можливість виявити поліморфізм довжини інтронів генів і створити методологію маркування генотипів сосни звичайної для

Функціональні дослідження властивостей дефензину 1 і ЛТП1 виявили широкий спектр біологічної активності цих пептидів. Так, встановлено, що окрім антифунальної активності дефензин 1 сосни звичайної здатен інгібувати ріст бактерій та амілазну активність комах-фітофагів, зв’язуватись із ДНК та утворювати димери, що розширило знання про роль цих сполук у рослинному організмі, так і механізми їх активності.

Із використанням молекулярно-генетичних методів діагностики нами вперше у соснових деревостанах виявлено бактеріоз, збудником якого є штам Bacillus pumilus, який раніше вважався сапротрофом. Отримані результати важливі для розуміння процесів виникнення та розвитку лісових інфекцій і диференціації хвороб сосни, викликаних збудниками різної етіології.

Дослідження спираються на сучасні знання про молекулярно-генетичні основи фітоімунітету, молекулярні механізми відповіді на біотичний стрес, які були отримані при вивченні модельних рослин і основних сільгоспкультур. Результати висвітлюють особливості імунних реакцій у хвойних деревних порід, структурну організацію низки генів антимікробних пептидів сосни. Дослідження виконувалось із використанням новітніх методик молекулярної біології і генетики, генної інженерії на сучасному обладнанні. Секвенування отриманих генно-інженерних конструктів та ампліконів здійснено в Центрі Обслуговування та Підтримки Досліджень (Servicio Central de Apoyo a la Investigación (S.C.A.I.)) (Іспанія) з використанням секвенатора ABI PRISM™ 3130 XL GeneticAnalyzer de Applied Biosystems, а також скориставшись послугами компанії STAB VIDA (Португалія) Applied Biosystems® 3730xl DNA Analyzer. Для вирішення завдань НДР розроблено нові методики або удосконалено існуючі відповідно до об’єктів. Статистичне оброблення даних здійснено за допомогою програм Statistica 7.0 та Excel 2010 відповідно до загальноприйнятих алгоритмів, рівень достовірності отриманих результатів встановлювали за критерієм Ст'юдента.

Практичне застосування. Виявлення молекулярних чинників стійкості сосни звичайної до фітопатогенів сприяє розвитку загальної теорії патогенезу рослин із тривалим онтогенезом і є теоретичним підґрунтям для розробляння нових підходів у створенні екологічно безпечних засобів захисту лісу, зокрема: для розвитку селекції фітопатоген-резистентних форм і цілеспрямованого керування механізмами формування стійкості рослин до фітозахворювань.

Нуклеотидні послідовності клонованих генів антимікробних протеїнів сосни звичайної та ЯМР структура дефензину 1 депоновано до публічних баз даних GenBank, що робить їх доступними для світової наукової спільноти. І це є внеском у розшифрування структурно-функціональної організації геному цієї рослини, що є фундаментальною складовою молекулярних біотехнологій.

Результати щодо просторової структури дефензину 1 розкривають механізми біологічної активності цього пептиду і відкривають шляхи для використання його для отримання рослин із підвищеною стійкістю до фітозахворювань генно-інженерними методами.

Виявлення здатності зв’язуватися з ненасиченими жирними кислотами та локалізація транзієнтної експресії PsLTP1 у клітинній мембрані є внеском в розвиток теорії мембраногенезу рослин. Результати щодо здатності PsLTP1 зв’язувати метил ясминат та інгібувати амілази та протеїнази свідчать про його ймовірне залучення у захисне сигналювання при ураженні фітопатогенними організмами та механічному ушкодженні при інвазії комахами, а це в свою чергу  відкриває шляхи для використання антимікробних пептидів у комплексі з ясминовою кислотою та її похідними для праймування рослин з метою підвищення стійкості посадкового матеріалу в умовах ризику ураження фітопатогенними організмами та для отримання рослин із підвищеною стійкістю до фітозахворювань генно-інженерними методами. Результати множинного порівняльного аналізу надали цінну інформацію стосовно важливості даного протеїну для рослин, а консервативність послідовностей у різних видів може слугувати основою вивчення паралелізму цієї групи протеїнів та дослідження еволюційних зв’язків всередині роду.

Розробка методик молекулярної діагностики збудників фітозахворювань (кореневої губки, фузаріозів, бактеріозів) є необхідним для організації лісопатологічного моніторингу деревостанів щодо зараженості їх фітопатогенами та прийнятті ефективних рішень щодо проведення лісозахисних заходів для покращення санітарного стану та підвищення стійкості лісів. Розроблені методики використані для з’ясування причин всихання ялиці білої у Національному природному парку «Гуцульщина» (акт впровадження)

В ході виконання НДР було отримано дані щодо поліморфізму генів дефензинів у сосни звичайної, що вказує на перспективність використання цих генів для створення ДНК-технологій для аналізу генотипів сосни, які можуть бути впроваджені у практику лісового господарства для удосконалення селекційного добору генотипів за біологічною стійкістю і продуктивністю. Наукові результати НДР є перспективними для розробки нових ефективних екологічних методів захисту лісу від інфекційних хвороб шляхом добору за маркерними генами стійкості.

Отримано патент України (118204 UA U, МПК (2017.01) А01Н 7/00) на спосіб підвищення стійкості сіянців сосни звичайної до інфекційного вилягання. Запропонований спосіб є екологічно безпечним методом для біологічного захисту садивного матеріалу від інфекційного вилягання, яке спричиняють фітопатогенні гриби.

7. Розробка технології пришвидшеного вирощування деревної маси в плантаційних насадженнях на основі використання регуляторів росту рослин

Характер НДР: прикладне дослідження

Керівник НДР: д-р сільгосп. наук, проф. Дебринюк Юрій Михайлович

Терміни виконання: початок - 01.01.2015, закінчення - 31.12.2016

Новизна. Виконана наукова робота є результатом розробки циклічного плантаційного лісовирощування для пришвидшеного продукування деревини на засадах наближеного до природи лісівництва. Запропонований концептуальний підхід до вирощування деревини в плантаційних насадженнях на принципах породозміни орієнтований на інтенсивне лісовирощування з раціональним використанням природних потенційних сил природи. Він по¬лягає в отриманні значних обсягів деревини впродовж відносно коротких термінів без застосування високовартісних прийомів лісовирощування та повної або часткової окупності затрат на плантаційні культури за рахунок проміжного користування. Для здешевлення вирощуваної деревини доцільно акцентувати увагу на вмілому використанні природного потенціалу типу лісорослинних умов, в чому і полягає сутність нового підходу до проблеми плантаційного лісовирощування. Запровадження принципу породозміни усуне протиріччя між плантаційною системою лісовирощування, відтворенням корінних деревостанів та ефективним виконанням лісами їхніх екологічних функцій.

Штучне запровадження принципу породозміни грунтується на узагальненні закономірностей проходження природного процесу зміни порід і є його логічним продовженням в умовах інтенсифікації лісогосподарського виробництва. У цьому аспекті  принцип породозміни набуває вирішального значення, оскільки дає змогу уникнути цілої низки негативних впливів під час вирощування насаджень, створення яких базується на типологічному принципі.

В Україні, де переважають ліси штучного походження, процес вирощування деревини відбувається за схемою: зруб після головної рубки → лісові культури у відповідності до типу лісу → корінний деревостан в період після змикання лісових культур до віку головної рубки → головна рубка → зруб після головної рубки і т.д.  Повний цикл здійснюється за період обороту рубки – 80-120 років в залежності від віку стиглості головної породи.

Наведена традиційна схема не передбачає елементу, який передбачав би зміну порід, тому рівень продуктивності завжди буде знаходитися в межах, які визначаються лісівничо-біологічними особливостями головної породи корінного деревостану, а основний обсяг деревини отримується один раз на 80-120 років.

Для забезпечення високої продуктивності та стійкості плантаційних лісових насаджень, нагромадження значних обсягів фітомаси у короткі терміни, пропонується використати потенційні сили природи, які передбачають циклічну зміну порід. Як елемент породозміни рекомендується запровадження плантаційних лісових насаджень на період 40-70 років. У загальному циклі лісовирощування (низькопродуктивні деревостани → плантаційні лісові насадження → високопродуктивні корінні деревостани) вони представляють проміжну ланку для заготівлі деревини і виконання лісом екологічних та інших соціально корисних функцій.

Після зрубування плантаційних культур в 40-70-річному віці на ділянці знову створюють культури корінного деревостану відповідно до типу лісу. Лісогосподарський цикл вирощування у даному випадку складатиметься вже з дещо інших елементів: зруб після головної рубки низькопродуктивних насаджень → плантаційні лісові насадження із швидкорослих порід → зруб після рубки плантаційних культур → лісові культури відповідно до типу лісу. Така короткочасна зміна низькопродуктивного деревостану на плантаційне насадження відіграє позитивну роль у підвищенні продуктивності та стійкості майбутнього корінного лісового фітоценозу.

Пропонований метод породозміни усуває протиріччя між вирощуванням корінних насаджень та створенням плантаційних лісових насаджень з коротким оборотом рубки. Такий метод є доповненням, логічним продовженням традиційного ведення лісового господарства в Україні, враховує економічний аспект лісогосподарського виробництва, а також чинник взаємовпливу між деревними породами, заходи з підвищення едафічного потенціалу лісорослинних умов та його якнайповнішого використання.

Науковий рівень. У Європі та Америці, де особливо багато уваги приділяють питанням плантаційного лісовирощування, періодично проводяться наукові конференції, присвячені отриманню енергії з біомаси. Виконані дослідження для кожної країни чи регіону мають свою цінність, оскільки здійснюються у різних природно-кліматичних та економічних умовах. Основна їхня подібність – високоінтенсивна технологія вирощування, що, відповідно, вимагає значних матеріальних затрат.

Запровадження науково обгрунтованих технологій плантаційного лісовирощування на розроблюваних нами принципах породозміни дасть змогу досягти високих результатів нагромадження фітомаси впродовж відносно коротких термінів без використання високовартісних технологій вирощування та часткової окупності затрат за рахунок проміжного користування. В нових підходах до створення і вирощування плантаційних лісових насаджень і енергетичних плантацій, розробка технологій їх використання також для вирощування високопродуктивних мішаних різновікових деревостанів і полягає цінність очікуваних результатів досліджень не лише для вітчизняної, але й світової науки. Запропоновано концептуальний підхід до вирощування деревини в плантаційних насадженнях на принципах породозміни, орієнтований на інтенсивне лісовирощування із раціональним використанням природних потенційних сил природи. Він по¬лягає в отриманні значних обсягів деревини без застосування високовартісних прийомів лісовирощування. 

Значний обсяг деревини як для промислових, так і енергетичних цілей буде отримано за відносно короткі терміни, які співставлювані зі світовою практикою (3-4 роки для енергетичних плантацій з метою отримання паливної сировини; 15-20 років – для отримання великомірних сортиментів тополі; 41-60 років – для отримання великомірних сортиментів швидкорослих хвойних порід для промислового використання).

Встановлено ресурсний потенціал плантаційних лісових насаджень за участю швидкорослих видів – модрини європейської (Larix decidua Mill.), модрини японської (Larix kempferi Carr.), модрини гібридної (Larix eurolepis H.), (Pseudotsuga menziesii [Mirb.] Franco), а також видів і клонів верби та тополі – Salix purpurea L., S. triandra L., S. viminalis L., Tordis (S. schwerinii × S. viminalis), Inger (S. triandra х S. viminalis), Populus deltoides x Populus piramydalis. Обсяги отриманої стовбурової деревини під час вирощування швидкорослих хвойних видів (600-1000 м3/га і більше) у плантаційних насадженнях та верби і тополі – на енергетичних плантаціях (50-90 м3/га) в Україні близькі до світового рівня (Польща, Чехія, Словаччина, Болгарія, Італія, Німеччина, Франція) або перевищують його, що пояснюється сприятливими лісорослинними умовами України, використанням принципу породозміни,  специфікою розробленої технології створення і вирощування.

Практичне застосування. Незважаючи на густонаселеність Українського Розточчя та добре розвинену мережу шляхів сполучення, лісистість регіону залишається високою (близько 45%). Проте, 15 років назад лісистість становила майже 52%. Основну роль в її зменшенні відіграли як інтенсивне лісокористування, так і масове всихання ялинових, а тепер – і соснових деревостанів, зумовлене змінами клімату.

У зв’язку з цим, для недопущення подальшого зниження лісистості території, стабільного забезпечення достатніх обсягів лісокористування, покращення екологічної ситуації в регіоні потрібно запровадити створення плантаційних насаджень для промислових потреб та енергетичних плантацій. для задоволення все зростаючого попиту населення на деревину як енергетичну сировину. На цей час основне навантаження по заготівлі деревного палива припадає на лісові насадження. Запровадження ПЛН та ЕП дасть змогу зменшити обсяги лісозаготівлі у природних лісах. Крім того, біопродуктивність плантацій незрівнянно вища, ніж лісових насаджень, що робить економічно вигідним їх вирощування.

"Розроблення концептуальних і технологічних засад запровадження наближеного до природи лісівництва в лісах Львівщини"(науковий керівник:  доктор біологічних наук, професор Криницький Г.Т., ) Отримано відповідно до Рішення №249 Львівської обласної ради від 27 вересня 2016 року.

У роботі висвітлено теоретичні засади наближеного до природи лісівництва. Описано його принципи і механізми запровадження у лісові насадження. Наголошено, що вибіркове, наближене до природи ведення лісового господарства передбачає вирощування різновікових, зазвичай, мішаних деревостанів з багатоярусною вертикально і горизонтально зімкненою структурою на основі природного насіннєвого поновлення. Воно забезпечує безперервне відновлення і формування деревостанів максимально близьких до природних за структурою і генезисом.

Особливо актуальним запровадженням наближеного до природи лісівництва є в сучасний період, коли антропогенний вплив дедалі частіше досягає критичних значень. У сучасних умовах орієнтація на відновлення лісостанів переважно природним насіннєвим шляхом і вирощування мішаних різновікових лісів стає необхідністю. Тільки на цих лісівничих засадах можливе формування біотично стійких лісостанів, безперервне існування лісового покриву, збереження біотичного різноманіття, відтворення структури природних різновікових лісів, постійне виконання лісом життєзабезпечувальних екологічних функцій, збереження ґрунтового покриву, природоохоронні технології заготівлі деревини.

Водночас перехід на вибіркову, наближену до природи систему господарювання є складним і довготривалим процесом. Лісостани України, зазвичай, інтенсивно огосподарені, перетворені в одновікові, часто однопородні деревостани. Більша частина з них створені штучно, що привело до спрощення їх структури і зменшення біорізноманіття.

У зв'язку з тим, переходу на вибіркову систему господарювання має передувати так зване "переформування деревостанів" – термін, який вже склався в лісівництві і розглядається лісівниками як багатоступеневий поступовий процес, який охоплює проведення різних, зміщених у часі і просторі, лісогосподарських заходів: рубок головного користування, рубок догляду, стимуляції репродуктивних процесів, сприяння природному поновленню, заходи щодо збереження самосіву і підросту, введення, відповідно до типу лісу, відсутніх корінних порід, регулювання вікової і просторової структури насадження тощо. Переформування деревостанів і досягнення ними різновіковості і відповідного складу порід вимагає значного періоду часу (до 70-80 років), високої кваліфікації фахівців лісового господарства, постійного наукового супроводу, розроблення конкретних науково-обґрунтованих лісогосподарських заходів для кожної лісової ділянки та внесення змін у закони і нормативно-правові акти лісового законодавства.

У роботі опрацьовано та у вигляді Порівняльної таблиці запропоновано низку змін, які пропонується внести у такі законодавчі акти:

- Лісовий кодекс України;

- Закон України «Про природно-заповідний фонд України»;

- Закон України «Про оцінку впливу на довкілля»;

- Закон України «Про тваринний світ»;

- Закон України "Про насіння і садивний матеріал";

- Правила поліпшення якісного складу лісів (рубки догляду, санітарні рубки, лісовідновні рубки, рубки переформування, рубки пов'язані з реконструкцією, інші заходи з формування і оздоровлення лісів);

- Санітарні правила в лісах України;

- Правила рубок головного користування в гірських лісах Карпат;

- Правила рубок головного користування;

- Про врегулювання питань щодо спеціального використання лісових ресурсів;

- Порядок поділу лісів на категорії та виділення особливо захисних лісових ділянок.

Що воно дає? Очікувані наслідки.

Формування природних різновікових мішаних лісостанів з горизонтально і вертикально зімкнутою складною структурою на основі природного насінного поновлення

Відсутність суцільних зрубів

Підвищення продуктивності і біологічної стійкості лісових угруповань

Збалансованість усіх компонентів лісової екосистеми, оптимізація проходження в них природних процесів

Постійне поліпшення виконання лісом середовищетвірних функцій

Високий рівень адаптації до змін навколишнього середовища

Природні закономірності наростання фітомаси, формування лісових угруповань та їх самозрідження, збалансований стійкий розвиток всіх компонентів лісу

Збереження автотрофного і гетеротрофного видового різноманіття та спадкоємності між поколіннями лісу

Сприяння розвитку рідкісних і зникаючих видів рослин

Підвищення рекреаційних. санітарно-оздоровчих та естетичних функцій лісостанів

Застосування природоохоронних технологій заготівлі деревини, зменшення пошкоджень дерев, рослинного і грунтового покриву

Висока якість продукції, збалансованість лісокористування, збільшення доходів

Зменшення витрат на вирощування садивного матеріалу та створення лісових культур і догляд за ними.