Zbornik gozdarstva in lesarstva, 49, 1996, s. 67 - 103 
GDK 181.45: 165.3 + 176.1 Fagus sylvatica (L.) (497.12) 
VPLIV ONESNAŽEVANJA OZRAČJA NA GENETSKO 
STRUKTURO BUKOVIH POPULACIJ V SLOVENIJI 
Robert BRUS* 
Izvleček 
Raziskava je zajela osemnajst populacij bukve (Fagus sylvatica L.), dvanajst iz relativno čistih in 
šest iz onesnaženih naravnih gozdnih sestojev. Šest populacij, od tega tri čiste in tri onesnažene, je 
bilo mladih. Analizirali smo naslednjih dvanajst izoencimskih lokusov: GOT-8, IDH-A, LAP-A, 
MDH-A, MDH-8, MDH-C, MNR, PX-A, PX-B, PGM, PGl-8 in SKDH. Na !okusih LAP-A in IDH-A 
smo odkrili značilne razlike med alelnimi frekvencami skupine čistih in skupine onesnaženih 
populacij. Genetske distance med starševsko populacijo in njenim potomstvom so na onesnaženi 
ploskvi v vseh primerih večje kot na čisti. Onesnaževanje je najverjetneje povzročilo bistveno 
spremembo alelnih frekvenc, kar se kaže tudi v dejstvu, da so genetske distance največje, kadar 
primerjamo onesnažene populacije s čistimi ali kadar primerjamo onesnažene populacije med 
seboj. Nekatera dejstva nakazujejo selekcijo proti določenim alelom, toda nedvoumnih dokazov 
selekcije raziskava ni odkrila. 
Ključne besede: bukev, onesnaževanje ozračja, 1zoencimi, genetska struktura, genetska 
variabilnost, genetska raznolikost, genetska diferenciacija 
THE EFFECT OF AIR POLLUTION ON GENETIC STRUCTURE 
OF BEECH POPULATIONS IN SLOVENIA 
Abstract 
Eighteen European beech (Fagus sylvatica L.) populations, twelve of which are relatively 
undamaged and six severely damaged, were analyzed. Six populations were young; three of them 
polluted and three unpolluted. The following twelve isozyme loci were used: GOT-8, IDH-A, LAP-A, 
MDH-A, MDH-B, MDH-C, MNR, PX-A, PX-6, PGM, PGI-B and SKDH. Significant differences of 
allelic frequencies between the groups of polluted and unpolluted populations on loci LAP-A and 
IDH-A were determined. The genetic distances between the old population and its progeny are, in 
ali cases, higher on polluted sites than on unpolluted ones. It is very likely that pollution has caused 
a substantial change in allelic frequencies, which is also indicated by greater genetic distances 
between polluted and unpolluted populations as well as between polluted populations only. There 
are some indications that selection against some alleles is present, but this was not unambiguously 
confirmed in the study „ 
Key words: European beech, air pol/ution, genetic structure, isozymes, genetic variability, genetic 
diversity, genetic differentiaton 
* mag., dipl. inž. gozd., asistent, Biotehniška fakulteta, oddelek za gozdarstvo, Večna pot 83, 1000 
Ljubljana, SLO 
68 
Zbornik gozdarstva in lesarstva, 49 
VSEBINA 
1 UVOD ................................................................................. 69 
2 NAMEN DELA IN CILJI ...................................................... 70 
3 RAZISKOVALNI OBJEKTI. ................................................. 70 
3.1 Osnovne raziskovalne ploskve ........................................... 71 
3.2 Dopolnilne raziskovalne ploskve ........................................ 74 
4 PREGLED RAZISKAV ............................................ · ............ 76 
5 RAZISKOVALNE METODE ................................................ 77 
6 KVANTIFIKACIJA RAZLIK V OBREMENJENOSTI 
MED PLOSKVAMI .............................................................. 79 
7 REZULTATI IN RAZPRAVA ............................................... 81 
7.1 Genetska variabilnost encimskih sistemov ......................... 81 
7.2 Genetska raznolikost .......................................................... 88 
7.3 Genetska diferenciacija ...................................................... 90 
8 POVZETEK ........................................................................ 96 
SUMMARY ......................................................................... 98 
VIRI. .................................................................................. 100 
1 UVOD 
69 
Brus, R.: Vpliv onesnaževanja ozračja ... 
Propadanje gozdov v Evropi nikakor ni pojav izključno zadnjih desetletij, saj so o 
sušenju in hiranju jelke poročali že v 16. stoletju (LARSEN 1986}. Pri nas so o 
pojavu v začetku tega stoletja pisali na Idrijskem (KORDIŠ 1993), leta 1926 je v 
Mežiški dolini oškodovani kmet Jakob Mlinar sprožil kasneje uspešen 
odškodninski postopek (ŠOLAR in sod. 1986). V šestdesetih letih so podobno kot 
gozdarji po vsej Evropi tudi slovenski gozdarji začeli snovati sistematično 
spremljanje poškodovanosti gozdov zaradi onesnaževanja ozračja. Leta 1976 je 
Inštitut za gozdno in lesno gospodarstvo Slovenije objavil prve rezultate o 
površini in stopnji klasično imisijsko poškodovanih gozdov v Sloveniji 
(PROPADANJE GOZDOV V SLOVENIJI 1985). Površina poškodovanih gozdov 
je v letih 1983 do 1985 dramatično narasla, že dolgo prisotnemu sušenju jelke in 
klasičnemu propadanju gozdov v neposredni okolici emisijskih žarišč se je 
pridružilo še slabšanje zdravstvenega stanja gozdov v sestojih daleč od znanih 
virov onesnaževanja ozračja. V inventuri zdravstvenega stanja slovenskih 
gozdov leta 1985 (ŠOLAR in sod. 1986), ko je bilo v splošnem stanje najslabše, 
so vidne znake propadanja opazili na 55% od skoraj 25.000 vzorčno pregledanih 
dreves. Analize zdravstvenega stanja gozdov v Sloveniji v naslednjih letih so 
sicer vse po vrsti pokazale rahlo izboljšanje stanja, toda tudi dolgoročno problem 
še vedno ostaja eden najresnejših v gozdarstvu. 
Pri nas in v Evropi so predvsem v zadnjih 15 letih opravili veliko raziskav, v 
katerih z različnih perspektiv obravnavajo vplive onesnaževanja ozračja na 
gozd. V nekaterih evropskih deželah so bile pogoste tudi raziskave s področja 
populacijske genetike. Najbolje proučeni drevesni vrsti sta rdeči bor in navadna 
jelka, precej raziskav obravnava smreko in nekaj manj tudi bukev. V Sloveniji so 
bile genetske raziskave, kolikor jih je bilo, usmerjene samo v citogenetsko 
indikacijo in v ugotavljanje poškodovanosti genskega materiala smreke, s 
populacijskogenetskimi posledicami onesnaževanja pa se pri nas doslej niso 
ukvarjali. Čeprav je bukev pri nas v primerjavi z jelko, smreko in drugimi iglavci 
velikopovršinsko manj prizadeta, se predvsem v bližini močnih emisijskih 
centrov tudi pri njej pojavlja resna poškodovanost. Ker je bukev pri nas 
gospodarsko zelo pomembna in hkrati najpogostejša drevesna vrsta, smo se 
odločili populacijskogenetske posledice onesnaževanja ozračja preučiti prav na 
njenem primeru. Raziskave smo izvajali v letih 1992-1995 kot del raziskovalne 
70 
Zbornik gozdarstva in lesarstva, 49 
naloge Populacijskogenetski premiki v ogroženih gozdovih, ki je potekala v 
okviru projekta Stabilnost mnogonamenskega gozda v stresnih razmerah. 
2 NAMEN DELA IN CILJI 
Osnovni cilj raziskave je bil proučiti genetsko strukturo bukovih populacij v 
nekaterih imisijsko najbolj obremenjenih območjih v Sloveniji in ugotoviti vpliv 
onesnaževanja nanje. S tem namenom smo ugotavljali, kakšna je genetska 
variabilnost encimskih sistemov in v kolikšni meri so razlike v frekvencah alelov 
posledica onesnaževanja ozračja. S primerjanjem frekvenc alelov smo poskušali 
ugotoviti, ali onesnaževanje zraka deluje selektivno na izoencime. Naslednji cilj 
je bil ugotoviti genetsko raznolikost v onesnaženih in čistih populacijah ter 
pokazati morebiten vpliv emisij na različne kazalce genetske raznolikosti. 
Preučili smo tudi genetsko diferenciacijo in na njeni osnovi stopnjo 
spremenjenosti onesnaženih starševskih in hčerinskih bukovih populacij. 
Ker je to pNa raziskava v Sloveniji, ki s pomočjo izoencimskih genskih 
markerjev proučuje neko gozdno drevesno vrsto, je cilj naloge tudi kratko 
predstaviti začetke in razvoj uporabe omenjene metode pri proučevanju gozdnih 
drevesnih vrst drugje po svetu. 
3 RAZISKOVALNI OBJEKTI 
Raziskovalni objekti so bili odrasli bukovi sestoji. V osnovni del poskusa smo 
vključili pare poskusnih ploskev; v vsakem paru sta bili po ena močno 
onesnažena in ena manj onesnažena, pogojno rečeno, čista ploskev. 
Kriteriji za izbiro ploskev v osnovnem delu poskusa so bili: 
- Približna velikost ploskve od 2 do 3 ha; vsa drevesa s ploskve, ki smo jih 
izbrali v vzorec, smo označili. 
- V vsakem paru sta ploskvi, od katerih je ena pod močnim, druga pa pod 
kolikor mogoče šibkim oziroma vsaj občutno manj močnim imisijskim 
vplivom. Stresni faktor, prisoten na vseh močno onesnaženih ploskvah, je bil 
S02, medtem ko prisotnosti fotooksidantov in nitratov nismo podrobneje 
obravnavali, čeprav je jasno, da se pojavljajo vsaj na nekaterih ploskvah. 
71 
Brus, R.: Vpliv onesnaževanja ozračja ... 
- Rastiščne razmere znotraj ploskve morajo biti čimbolj homogene. 
- Primerjalni ploskvi v paru geografsko ne smeta biti preveč oddaljeni, ležati 
morata v istem višinskem pasu in na podobni ekspoziciji, poraščati ju morata 
enaki ali vsaj podobni rastlinski združbi. Tako smo izločili nekatere faktorje, ki 
bi lahko bili tudi vzrok genetskim razlikam med populacijami na ploskvah. 
- Na vsaki ploskvi mora biti prisotno naravno bukovo mladje. 
Vsem kriterijem so ustrezali trije pari ploskev. Prvi par sta predstavljali 
raziskovalni ploskvi Zavodnje (populaciji 1, 3) in Gornji Grad (populaciji 2, 4), 
drugi par ploskvi Prapretno (populaciji 7, 9) in Marno (populaciji 8, 10), tretji par 
pa ploskvi Celje (populaciji 11, 13) in Šmartno v Rožni dolini (populaciji 12, 14) -
slika 1. 
Razen osnovnih šestih ploskev iz treh parov, na katerih smo analizirali tako 
odrasel sestoj kot tudi mladje, smo v poskus dodatno vključili še šest ploskev iz 
relativno neobremenjenih območij. Na dodatnih šestih ploskvah smo analizirali 
samo odrasle sestoje. 
3.1 Osnovne raziskovalne ploskve 
Onesnažena ploskev Zavodnje leži v vplivnem območju termoelektrarne 
Šoštanj, ki je objekt z največjo emisijo škodljivih snovi v Sloveniji. Količina 
emitiranega žveplovega dioksida (S02) leta 1993 je bila 104.222 ton, kar 
predstavlja kar 57% slovenske emisije žvepla (ONESNAžENOST ZRAKA V 
SLOVENIJI V LETU 1993, 1994). Ploskev leži v nadmorski višini 750-820 
metrov na južnem pobočju Petrovega vrha neposredno nad Zavodnjami. Od vira 
onesnaževanja je oddaljena 7 km zračne črte. Smrekovi gozdovi na tem 
območju so močno poškodovani (KOLAR 1989), vidno poškodovana je tudi 
bukev. K močni ogroženosti gozdov verjetno prispevajo specifične reliefne 
razmere (LEŠNJAK in sod. 1989), zaradi katerih predvsem med zimskimi 
inverzijami prihaja do močnih poškodb, t.i. ožigov dreves. Ti gozdovi so precej 
bolj ogroženi kot gozdovi bližji viru onesnaževanja. Matična podlaga je tonalit, 
rastlinska združba Querco Luzulo-Fagetum. V sestoju je okrog 70% bukve, 
posamezno so primešani smreka, rdeči bor in kostanj. V zeliščni plasti je 
prisotno veliko borovnice. Bukovo mladje je redko, vendar enakomerno 
porazdeljeno po vsej ploskvi. 
72 
Zbornik gozdarstva in lesarstva, 49 
Slika 1: 
Pictute 1: 
Geografski polotaj obravnavanih populacij v Sloveniji 
Geographic position of the populations analysed in Slovenia 
® i .;-<J ... ,::, ...; 
o ::! z 
~ .;- 1-er: o ~ <( z :::i; (.) er: 
~ •~· 
< 
:::i; :.,: 
• § ~ o ~ 
~ • ;s <:) • ~ ~~ < er: 
~ o ~ Cl .. 
• ~ :J 
8 
= 
:l: ;;;.i .... §: ~ 
G) §: 
<( 
z 
(3 a 
,lij ~ 
er: o 
o [l. 
w • 1-o 
J: 
(o • .., 
z 
~ o 
lll 
• 
~ 
Cl 
• 
@ 
73 
Brus, R.: Vpliv onesnaževanja ozračja ... 
Manj onesnažena ploskev Gornji Grad je od termoelektrarne Šoštanj 
oddaljena 22 km zračne črte in ni pod njenim neposrednim vplivom. Leži 
severozahodno od naselja Gornji Grad nad dolino Kanolščice na zgornjem delu 
pobočja na nadmorski višini 650-700 metrov. Lega ploskve je jugozahodna. 
Matična podlaga je silikat, tla srednje globoka do plitva, združba Querco Luzulo-
Fagetum. Sestoj na ploskvi je skoraj čist bukov, primešano je le nekaj odstotkov 
smreke. Bukovo mladje je redko in prisotno po vsej ploskvi. 
Onesnažena ploskev Prapretno leži v neposredni bližini termoelektrarne 
Trbovlje, ki je leta 1993 emitirala 23.380 ton SO2 (ONESNAŽENOST ZRAKA V 
SLOVENIJI V LETU 1993, 1994). Emisija SO2 iz TE I in TE II je pred sanacijo 
leta 1976, ko so zgradili 360 metrov visok dimnik, presegala 200 ton/dan. Višina 
dimnikov 100 m in 80 m ni zadoščala, da bi se dimni plini širili nad inverzijsko 
plast, zato so se v dolini pojavljale izredno visoke koncentracije. TET II so leta 
1976 sanirali z izgradnjo 360 metrov visokega dimnika. Emisija se sicer ni 
zmanjšala, pomembno pa je, da novi dimnik odvaja dimne pline nad lokalno 
inverzijsko plast. Kadar je delovala samo TET II, se je poprečna koncentracija 
SO2 po sanaciji v Prapretnem znižala kar za 90% (PARADIŽ in sod. 1981), toda 
kljub temu je zaradi občasnega obratovanja TET I in drugih virov onesnaževanja 
tudi pozneje občasno dosegala vrednosti, ki so precej presegale zgornjo 
dovoljeno mejo. Za našo raziskavo je predvsem pomembno onesnaževanje 
pred sanacijo, saj so bili analizirani mladi osebki stari vsaj 20 let in torej izvirajo 
iz obdobja najhujših imisij. Ploskev leži na nadmorski višini 450-490 metrov na 
blagem zgornjem pobočju s severno do severozahodno lego tik pod vrhom hriba 
Visoko (494 m) v oddaljenosti 800 m od kraja Prapretno in 1 km od TET. Meji 
neposredno na prostor na robu planote, kjer je bil gozd najbolj prizadet, kjer je 
večina odraslih dreves propadla in kjer v obdobju pred sanacijo ni bilo 
nikakršnega pomlajevanja. Matična podlaga je dolomit. Površje je večinoma 
gladko, globina tal srednja, rastišče je Hacquetio-Fagetum. Od drevesnih vrst je 
prisotna edino bukev, ki se slabo pomlajuje. 
Manj onesnažena ploskev Marno je od termoelektrarne Trbovlje je oddaljena 
7 ,5 km zračne črte. Do sanacije TET II lokacija ni bila prizadeta zaradi emisij, saj 
leži v zaščiteni legi, po letu 1976 pa je podobno kot v Rimskih toplicah tudi v 
Marnem mogoče zaznati občasno povečanje koncentracij SO2, kar lahko 
verjetno večinoma pripišemo raznosu dimnih plinov iz povišanega dimnika daleč 
naokrog (PARADIŽ in sod. 1981). Kljub temu je ploskev bistveno manj 
74 
Zbornik gozdarstva in lesarstva, 49 
onesnažena kot je bila ploskev Prapretno pred izgradnjo novega dimnika. 
Koncentracije SO2 v Marnem ne dosegajo vrednosti, ki bi škodljivo vplivale na 
vegetacijo. Ploskev leži desno nad cesto Hrastnik-Rimske Toplice na nadmorski 
višini 400-440 metrov na srednjem pobočju s severno lego. Matična podlaga so 
peščenjaki z glino. Površina je valovita, tla globoka, rastišče Querco-Fagetum. V 
sestoju je 95% bukve ter 5% smreke in drugih listavcev. Bukev se izredno dobro 
pomlajuje. 
Onesnažena ploskev Celje leži v neposredni bližini Celja, kjer je bilo leta 1978 
skupaj emitirano 5.000-6.000 ton SO2 (PLANINŠEK in sod. 1981). Daleč največji 
onesnaževalec zraka v Celju je Cinkarna, ki je kljub zmanjšanju emisij v 70-ih in 
80-ih letih leta 1993 še vedno emitirala 700 ton SO2• Zaradi značilno neugodnih 
geografskih in meteoroloških razmer v celjski kotlini onesnaženost zraka še 
vedno pogosto presega dovoljene meje. Ploskev leži pri zaselku Vrhe pri 
Teharjah, 2,3 km zračne črte zahodno od Cinkarne. Nadmorska višina je 290-
320 metrov. Leži na spodnjem pobočju, relief je valovit in gladek, lega 
severozahodna. Tla so kisla rjava in srednje globoka, združba je Querco-Luzulo 
Fagetum. Sestoj na ploskvi je skoraj čist bukov, bukovo mladje je redko, a 
prisotno po vsej površini. 
Manj onesnažena ploskev Šmartno leži blizu zaselka Rupe pri Šmartnem v 
Rožni dolini na nadmorski višini 420-480 metrov. Od vira onesnaževanja 
oziroma od Cinkarne Celje je oddaljena 1 O km zračne črte in leži na zaščitenem 
mestu, tako da je neposredni vpliv. onesnaževanja na njej kar najmanjši. Po 
drugi strani je na ploskvi morda prisoten vsaj občasen manjši negativen vpliv 
daljinskega transporta. Ploskev leži na srednjem pobočju, lega je jugozahodna, 
tla kisla rjava in srednje globoka, teren valovit in gladek. Združba je Querco-
Luzulo Fagetum. Po vsej ploskvi je prisotno bujno bukovo mladje. 
3.2 Dopolnilne raziskovalne ploskve 
Razen osnovnih šestih ploskev, od katerih sta bili v vsakem primerjalnem paru 
po ena onesnažena in ena manj onesnažena in na katerih smo analizirali po dve 
populaciji, staro in mlado, smo poskus dopolnili še s populacijami s šestih 
ploskev, štirih iz Slovenije in dveh s Hrvaške. Vse dopolnilne ploskve smo izbrali 
na območjih, ki so dovolj oddaljena od virov onesnaževanja in so v zaščitenih 
75 
Brus, R.: Vpliv onesnaževanja ozračja ... 
legah. Na drevesih v sestojih na teh ploskvah nismo opazili vidnih znakov 
poškodovanosti, zato smo populacije, kadar smo jih vključevali v analizo, 
obravnavali kot neonesnažene oziroma manj onesnažene. Na vsaki ploskvi smo 
analizirali samo odrasel sestoj. Namen vključitve dopolnilnih ploskev v poskus je 
bil primerjava populacij z osnovnih šestih ploskev, ki vse ležijo na geografsko 
relativno majhnem prostoru, z neonesnaženimi populacijami s širšega 
geografskega prostora. 
Ploskev Hotedršica leži na hribu Babne laze kilometer zahodno od naselja 
Hotedršica pri Logatcu. Nadmorska višina je 550-600 metrov, lega ploskve je 
južna do vzhodna. Matična podlaga je apnenec, med drevesnimi vrstami 
prevladuje bukev z deležem 90%. Preostali vrsti sta smreka in gorski javor. 
Prevladujoča gozdna združba je Hacquetio-Fagetum. 
Ploskev Postojna leži na verigi Javornikov na jugozahodnem pobočju Volčjega 
vrha pri Postojni na nadmorski višini 800-900 metrov. Matična podlaga je kredni 
apnenec, gozdna združba je Abieti-Fagetum dinaricum clematidetosum. Med 
drevesnimi vrstami prevladuje bukev, primešani so črni gaber, mali jesen in 
mokovec. 
Ploskev Bohinj leži v Ukancu zahodno od Bohinjskega jezera na nadmorski 
višini 527-610 metrov. Matična podlaga je karbonatna morena, teren je valovit in 
ima severa-severovzhodno lego. Združba na ploskvi je Anemone-Fagetum. Od 
drevesnih vrst je na ploskvi smreka zastopana s 64%, bukev s 35%, preostalo 
pa so javorji, jeseni, črni gabri in trepetlike. 
Ploskev Maribor leži nad bolnišnico Hrastovec pri Lenartu v Slovenskih 
Goricah na jugovzhodnem pobočju na nadmorski višini 240-260 metrov. Teren 
je gladek, rastišče je Querco-Fagetum. Na ploskvi je 75% bukve, 10% smreke, 
8% hrasta, preostalo so drugi listavci. 
Ploskev Medvednica leži na Hrvaškem, 12 km severovzhodno od Zagreba na 
Markuševački gori na obronkih Medvednice. Nadmorska višina je 300 metrov, 
ekspozicija jugovzhodna. Matična podlaga so skrilavci, tla pa so lesivirana 
distrična rjava tla. 
76 
Zbornik gozdarstva in lesarstva, 49 
Ploskev Gračec leži prav tako na Hrvaškem, 7 km vzhodno od kraja Bratina pri 
Jastrebarskem ob vznožju Vukomeričkih goric. Nadmorska višina ploskve je 190 
metrov, ekspozicija jugozahodna. Tip tal je psevdoglej. 
Preglednica 1: Osnovni podatki o obravnavanih populacijah 
Table 1: General characteristics ofthe populations analyzed 
Stevill@ 
Number 
02 
03 
04 
;J,)5 
06 
07 
09 
1$ Bohin' 
16 Maribor 
17 Medvednica HR 
18 Gračec HR 
staro, old 
staro, old 
staro, old 
mlado, oun 
mlado, oun 
staro, o/d 
staro, o/d 
mlado, oun 
mlado, oun 
staro, old 
staro, old 
staro, old 
staro, old 
Pred nadaljevanjem bi rad opozoril, da ploskve iz osnovnih parov (Gornji Grad, 
Marno, Šmartno) verjetno niso povsem neobremenjene, saj je danes kjerkoli 
težko govoriti o čistih ploskvah; primernejši izraz zanje je manj onesnažene. 
Kljub temu bom v nadaljevanju najpogosteje uporabljal izraza čisto in 
onesnaženo, razlog za to pa sta izključno večja preglednost in jasnost primerjav. 
4 PREGLED RAZISKAV 
Prvi poskusi proučevanja beljakovin s pomočjo elektroforetske mobilnosti skozi 
polporozen medij segajo v obdobje pred 11. svetovno vojno. Pri proučevanju 
gozdnih drevesnih vrst so pred letom 1970 tehniko elektroforeze uporabljali v 
glavnem za analizo beljakovin in encimov iz semen in peloda (FERET, 
BERGMANN 1976), v nekaterih raziskavah s pomočjo encimske aktivnosti pa so 
77 
Brus, R: Vpliv onesnaževanja ozračja ... 
poskušali razložiti geografsko pogojeno genetsko variabilnost. BARTELS (1964) 
je pri analizi encimske aktivnosti embrijev in ženskih gametofitov različnih 
provenienc smreke odkril klinalno variabilnost. Provenience z večjih nadmorskih 
višin so imele večjo encimsko aktivnost kot provenience z nižjih. 
Po letu 1970 se je pojavilo precej raziskav, ki so obravnavale genetsko kontrolo 
izoencimov. BARTELS (1971) in BERGMANN (1971, 1973) sta izolirala genske 
markerje pri smreki in odkrila več genskih lokusov, ki so kontrolirali izoencimske 
genotipe esteraze in levcin aminopeptidaze. Našla sta variabilnost znotraj in 
med populacijami smreke in pokazala možnost genetske potrditve izvora 
semena. 
lzoencimska analiza je v zadnjih dvajsetih letih postala najpogosteje uporabljana 
tehnika pri genetskih analizah populacij gozdnega drevja, uporabljali so jo tudi 
za ugotavljanje vpliva onesnaževanja ozračja na genetsko strukturo populacij 
različnih vrst gozdnega drevja. že od konca 70-ih let ugotavljajo, da je različna 
občutljivost dreves na stresne razmere tudi genetsko pogojena in ne le posledica 
različnih rastnih razmer (MEJNARTOWICZ in sod. 1978, MOLLER-STARCK 
1985, GEBUREK in sod. 1986, itd.). Na onesnaževanje občutljivi osebki se 
genetsko razlikujejo od odpornih in več raziskav je pokazalo, da onesnaževanje 
ozračja s svojim delovanjem lahko spremeni genetsko strukturo populacije 
gozdnega drevja (MEJNARTOWICZ 1983, BERGMANN, SCHOLZ 1985, 
GREGORIUS in sod. 1985, YAZDANI in sod. 1985, BERGMANN, SCHOLZ 
1987, MEJNARTOWICZ, PALOWSKI 1989). Tako po splošnih 
populacijskogenetskih značilnostih kot po vplivu onesnaževanja na genetsko 
strukturo populacije so v Evropi najbolje proučene drevesne vrste rdeči bor, 
navadna jelka, smreka in v nekaj manjši meri tudi bukev. 
5 RAZISKOVALNE METODE 
Na vsaki ploskvi, velikosti od 2 do 3 ha, smo naključno izbrali od 50 do 70 
odraslih bukovih dreves iz zgornjega sloja. Z vsakega drevesa smo kot vzorec 
pozimi nabrali vejice, s katerih smo za analizo uporabili 5-9 dormantnih popkov 
in manjše količine skorje. Da bi se čimbolj izognili sorodnosti osebkov v vzorcu, 
so bila izbrana drevesa vedno vsaj 15 metrov vsaksebi. Naključno smo izbirali 
tudi vzorce iz populacij mladja na vseh šestih osnovnih ploskvah. Razen 
78 
Zbornik gozdarstva in lesarstva, 49 
dormantnih popkov smo na vsaki od šestih osnovnih ploskev nabrali tudi talne 
vzorce za analizo vsebnosti žveplovega dioksida v tleh. Na vsaki ploskvi smo na 
devetih naključno izbranih mestih nabrali vzorce organskega 0 1 horizonta. 
Osnova za popis poškodovanosti dreves na poskusnih ploskvah so bila Navodila 
za izvedbo popisa poškodovanosti gozdov in stanja lesnih zalog v Sloveniji iz 
junija 1991, ki jih je izdal Inštitut za gozdno in lesno gospodarstvo Slovenije. 
Metodo popisa smo prilagodili svojim potrebam. 
Bistvo raziskave je bilo ugotavljanje genetske strukture populacij z izoencimsko 
analizo. Genotip vsakega osebka za več genskih fokusov smo ugotavljali s 
horizontalno elektroforezo na škrobnem gelu. Analizirali smo 12 fokusov, ki 
kontrolirajo naslednje izoencime (preglednica 2): dve peroksidazi (PX-A in PX-
B), levcin aminopeptidazo (LAP-A), glutamat oksalacetat transaminazo (GOT-
B), menadion reduktazo (MNR), izocitrat dehidrogenazo (IDH-A), tri malat 
dehidrogenaze (MDH-A, MDH-B, MDH-C), fosfoglukoza izomerazo (PGI-B), 
fosfoglukomutazo (PGM) in šikimat dehidrogenazo (SKDH). Za vsak osebek 
posebej smo ugotavljali relativno frekvenco alelov po lokusih. Laboratorijski del, 
torej elektroforezo in odčitavanje elektroforegramov, smo izvedli v laboratoriju 
Gozdarske fakultete Tehniške univerze v Zvolnu na Slovaškem v okviru mojega 
študijskega izpopolnjevanja. Pri elektroforezi smo se držali standardnih 
postopkov za analizo bukovih vzorcev, ki so natančno opisani v več delih 
(FERET, BERGMANN 1976, KIM 1979, M0LLER-STARCK 1985, BRUS 1995). 
Osnovne podatke, torej s pomočjo elektroforeze ugotovljene genotipe osebkov 
za posamezne !okuse, smo obdelali s programom za analizo variabilnosti alelov 
v populacijski genetiki BIOSYS-1, za nadaljnje obdelave smo uporabljali 
statistični paket STATISTICA in za analizo glavnih koordinat program 
PRINCOOR. 
Preglednica 2: Analizirani encimski Jol<usi 
Table 2: Enzyme loci analyzed 
1.6.99.2 
79 
Brus, R.: Vpliv onesnaževanja ozračja .. 
IDH-A 
LAP-A 
MDH-A, MDH-B, MDH-C 
MNR 
PX-A, PX-B 
PGM 
PGI-B 
SKDH 
6 KVANTIFIKACIJA RAZLIK V OBREMENJENOSTI MED 
PLOSKVAMI 
Razliko v onesnaženosti med obremenjeno in manj obremenjeno ploskvijo v 
vsakem paru smo kvantificirali z analizo vsebnosti žvepla v organskem 01 
horizontu in s popisom poškodovanosti sestoja. 
Na vsaki od šestih poskusnih ploskev iz osnovnega dela poskusa smo naključno 
izbrali devet talnih vzorcev in za analizo po tri vzorce naključno združili. 
Vsebnost žvepla v vzorcih smo po standardnih postopkih določevali z aparaturo 
SULHOMAT 12-ADG, ki deluje po konduktometrijski metodi. Značilnosti razlik v 
vsebnosti žvepla v tleh med ploskvami smo ugotavljali parametričnim testom za 
male vzorce. Kjer sta bili oceni varianc iz vzorcev homogeni, smo uporabili t-test 
za preskušanje značilnosti razlik med aritmetičnima sredinama, kjer pa oceni 
varianc iz vzorcev nista bili homogeni, smo uporabili t'-test s Cochranovo 
aproksimacijo. Rezultati so vidni v preglednici 3. 
80 
Zbornik gozdarstva in lesarstva, 49 
Preglednica 3: Vsebnost tvepla v organskem O, horizontu po ploskvah in vrednosti iz t-testa. 
Onesnatene ploskve so v mastnem tisku. 
Table 3: Sulphur content in the organic 0 1 horizon by plot, and their t-test values. Pol/uted plots 
are in bold. 
·J:lloskev 
Plot 
C.ere 
Smarttlo 
0,172 
0,125 
0,126 0,128 
0,132 0,155 
0,161 0,170 
0,117 0,113 
.,,;.:1!:?t::: 
12,76*** 
0,127 0,127 2,22 
0,140 0,142 
0,170 0,167 15,54*** 
0,117 0,116 
Razlike v obremenjenosti so značilne pri dveh parih. Zelo zanesljivo (a<0,001) 
lahko trdimo, da je ploskev Zavodnje bolj obremenjena z žveplom kot ploskev 
Gornji Grad in da je ploskev Celje bolj obremenjena kot ploskev Šmartno. V 
paru Prapretno-Marno značilnih razlik v obremenjenosti z žveplom test ni odkril, 
koncentracija žvepla je bila celo nekoliko višja na ploskvi Marno. Podoben 
rezultat je bil do neke mere tudi pričakovan, saj so po izgradnji 360 metrskega 
dimnika TET 11, ki obratuje od leta 1976, poprečne letne koncentracije S02 na 
Prapretnem tudi 1 O krat nižje kot prej (PARADIŽ 1982), medtem ko na območju 
Rimskih Toplic in Marnega občasno celo prihaja do rahlo povečane 
koncentracije S02, ki pa ne presega dovoljenih mej (PARADIŽ in sod. 1981) in 
ne povzroča poškodb na vegetaciji. Spremenjene razmere, nastale z izgradnjo 
novega dimnika, smo upoštevali tudi pri nabiranju vzorcev mlade populacije na 
ploskvi Prapretno. Osebki mladja, s katerih smo nabrali vzorce, so morali biti 
stari vsaj dvajset let, tako da so izvirali iz obdobja, ko je bila ploskev še pod 
hudim pritiskom onesnaževanja. 
Pri poškodovanosti sestojev smo ocenjevali osutost krošenj, prisotnost 
neobičajnih vej in prisotnost suhih stranskih vej na izbranih drevesih. Z z-testom 
za preskušanje domnev z velikimi vzorci smo v vseh primerih odkrili visoko 
značilno razliko (a<0,001) med populacijama v paru (preglednica 4) in če 
upoštevamo dejstvo, da so močna osutost krošnje, prisotnost neobičajnih vej in 
suhih stranskih vej največkrat znaki oziroma posledica onesnaževanja ozračja, 
potem to dodatno potrjuje razliko v obremenjenosti med populacijama v paru. 
81 
Brus, R: Vpliv onesnaževanja ozračja ... 
Preglednica 4: Razlike med populacijama v paru glede na povprečno osutost, delež dreves s prisotnimi 
neobičajnimi vejami in delet dreves s suhimi stranskimi vejami 
Table 4: Differences between popu/ations in pairs in: average defoliation, presence of unusual 
branches, and presence of dead branches. 
3 
35 5,9*** 60 5,0*** 62 7 9*** 
20 17 4 
40 8,5*** 69 8 o··· 83 13 6*** 
18 9 4 
7 REZULTATI IN RAZPRAVA 
7 .1 Genetska variabilnost encimskih sistemov 
Relativne frekvence alelov po analiziranih lokusih kažejo precej izrazit 
polimorfizem (preglednica 5), saj je od 12 analiziranih lokusov 11 polimorfnih 
vsaj v nekaj populacijah. Visoko stopnjo polimorfnosti v vseh 18 analiziranih 
populacijah smo odkrili na 8 !okusih: PX-A, PX-B, LAP-A, GOT-8, MNR, IDH-A, 
MDH-B in MDH-C. 
Za večino alelov smo odkrili dobro ujemanje relativnih frekvenc z njihovo 
geografsko distribucijo po Evropi. Zlasti zanimivi so nekateri redki aleli, ki smo 
jih odkrili v slovenskih populacijah. Takšen je na primer alel MDH-B5, ki smo ga 
v heterozigotu 3-5 našli v populaciji Celje-mlado (13). Alel se v zahodni Evropi 
praktično ne pojavlja in tudi v vzhodni Evropi ga redko odkrijejo, le včasih se 
pojavi na Balkanu, na primer v Bolgariji. V kar 11 slovenskih populacijah smo 
odkrili tudi izredno redek alel LAP-A 1. če ga že najdemo, se običajno pojavi v 
heterozigotu 1-3, tokrat pa smo odkrili tudi heterozigote 1-2, ki so v Evropi še 
redkejši. 
Pri !okusu MNR je nadvse zanimiva populacija Bohinj, kjer se kaže izredno 
visoka stopnja polimorfizma. Bohinj je razen populacije Zavodnje-mlado edina 
slovenska populacija, v kateri se na lokusu MNR pojavljajo vsi štirje aleli (1, 2, 3, 
4). Heterozigoti 2-4, ki so drugod po Evropi redki, so v slovenskih populacijah 
82 
Zbornik gozdarstva in lesarstva, 49 
precej pogosti, še večja redkost pa je homozigot 4-4, ki se je v Bohinju pojavil 
kar trikrat. 
V šestih populacijah se je z zelo nizko frekvenco (od 0,01 O do 0,036) pojavil tudi 
alel IDH-A3, ki se sicer v Evropi prav tako zelo redko pojavlja. Odkrili so ga tudi 
v Sredozemlju na rastiščih v nizkih legah (COMPS in sod. 1991), niso pa ga 
odkrili na primer v Franciji (GOMORY in sod. 1992) ali v Nemčiji (MOLLER-
STARCK 1985). 
S stališča populacijske genetike je pri proučevanju vpliva onesnaževanja na 
rastline bistveno ugotoviti, če le-to lahko, posredno ali neposredno, povzroča 
selektivni pritisk na populacije gozdnega drevja. S proučevanjem različnih vrst 
žit so v 70-ih letih dobili rezultate, ki so nakazovali, ne pa tudi dokazovali, 
delovanje selekcije na izoencimske lokuse. Domneve o selektivnem pritisku pri 
populacijah gozdnega drevja izhajajo iz dejstev, da v prav vseh močno 
poškodovanih sestojih na onesnaženih območjih najdemo tudi osebke brez 
vidnih poškodb. Domneva, da je njihova odpornost tudi posledica genetskih 
danosti, torej odvisna od genotipa, je logična in večkrat potrjena (KARNOSKY, 
HOUSTON 1978, MEJNARTOWICZ 1984, itd.). Precej raziskav je pokazalo tudi 
značilne genetske razlike med občutljivimi in odpornimi drevesi, kar je seveda 
pogoj za poznejše selekcijske procese (BERGMANN, SCHOLZ 1985). 
Značilnosti razlik v povprečnih frekvencah alelov med skupinami populacij in 
med posameznimi populacijami smo testirali z G-testom za testiranje 
homogenosti frekvenc v 2 x 2 kontingenčni tabeli oziroma R x C kontingenčni 
tabeli pri lokusih z več kot dvema aleloma. Rezultati so vidni v preglednici 6. 
Primerjava skupin vseh osnovnih onesnaženih populacij in vseh osnovnih čistih 
populacij je odkrila značilno razliko med skupinama na !okusih LAP-A (a<0,05) 
in IDH-A (a<0,01). Značilne razlike v relativnih frekvencah alelov na istih dveh 
!okusih smo odkrili tudi, ko smo osnovnim populacijam dodali še dopolnilne in 
torej primerjali skupini vseh onesnaženih populacij in vseh čistih populacij. Pri 
obeh primerjavah zbudi pozornost alel IDH-A3, ki se pojavlja v šestih 
populacijah sicer z nizko frekvenco, vendar vedno samo v populacijah, ki niso 
pod pritiskom onesnaževanja. Značilne razlike na !okusih LAP-A in MNR smo 
dobili tudi pri primerjavi skupine onesnaženih starih populacij s skupino vseh 
čistih starih populacij. Na !okusu MNR očitno k razliki največ prispeva alel 
MNR3, ki se pojavlja v dveh od treh tukaj analiziranih onesnaženih populacij in 
83 
Brus, R: Vpliv onesnaževanja ozračja ... 
Preglednica 5: Relativne atetne frekvence na analiziranih fokusih 
Table 5: Relative a/Jelic frequencies ofthe /oci analyzed 
84 
Zbornik gozdarstva in lesarstva, 49 
samo v eni od devetih analiziranih čistih populacij. Tudi sicer je očitno, da se 
alel MNR3 pogosteje pojavlja v onesnaženih populacijah, saj ga najdemo kar v 
štirih od skupaj šestih onesnaženih populacij, v čistih populacijah pa le v eni od 
dvanajstih. Po drugi strani je na istem lokusu 
Preglednica 6: Z G-testom ugotovljene značilne razlike v frekvencah a/elov med različnimi skupinami 
populacij 
Table 6: Significant differences of allelic frequences between different groups of populations 
determined by using G-test 
- - ... ' 
CorrJM(firt'fiqj:)U[Ations 
vse osnovne onesnažene : vse osnovne čiste 
main po/luted: ali main unpolluted 
1,3,7,9,11,13: 2,4,8,10,12,14 
vse onesnažene : vse čiste 
ali po/luted : ali unpolluted 
1,3,7,9,11,13: 2,4,5,6,8,10,12,14,15,16,17,18 
onesnažene stare : vse čiste stare 
old po/luted: ali old unpolluted 
1,7,11: 2,5,6,8,12,15,16,17,18 
onesnažene mlade : čiste mlade 
young polluted : young unpolluted 
3,9,13: 4,10,14 
LAP-A 
IDH-A 
LAP-A 
IDH-A 
LAP-A 
MNR 
IDH-A 
0,045* 
0,007** 
0,008** 
0,030* 
0,047* 
0,008** 
0,012* 
Zanimiv je alel MNR1 - ta se pojavi v eni od šestih onesnaženih in v petih od 
dvanajstih neonesnaženih populacijah. 
Smiselna je tudi primerjava razlik v alelnih frekvencah med posameznimi starimi 
in mladimi populacijami. Po Hardy-Weinbergovem zakonu ravnotežja je pri 
naključnem spolnem razmnoževanju frekvenca genov (alelov) in genotipov iz 
generacije v generacijo konstantna, če so izpolnjeni pogoji, da ni migracij, da ni 
mutacij in da ni selekcije (VIDAKOVIC, KRSTINIC 1985). V naravnih populacijah 
ti pogoji seveda niso nikoli izpolnjeni in mnoge neodvisne raziskave so 
pokazale, da se tudi pri bukvi genetska struktura populacije semen razlikuje od 
starševske generacije (HATTEMER in sod. 1993), da se semena, proizvedena v 
dveh zaporednih letih, med seboj genetsko razlikujejo (GREGORIUS in sod. 
1986) in da na seme tudi pozneje med klitjem in razvojem mladja še deluje 
preživetvena selekcija. 
85 
Brus, R.: Vpliv onesnaževanja ozračja ... 
Pri primerjavi smo izhajali iz dejstva, da se mlade bukove populacije od 
starševskih praviloma vedno razlikujejo, da pa je razlika odvisna od intenzivnosti 
migracij, mutacij in selekcije. Ob domnevah, da je intenzivnost migracij v vseh 
naših populacijah, tako v čistih kot v onesnaženih, približno enaka in da je 
morebitno povečano število mutacij v onesnaženih populacijah še vedno izredno 
nizko, sklepamo, da je glavni dejavnik, ki povzroča različne odklone starih 
populacij od mladih, verjetno prav selekcija. Naša hipoteza je, da so razlike v 
genetski strukturi med posameznimi starševskimi in hčerinskimi populacijami na 
onesnaženih ploskvah večje kot na čistih ploskvah. 
Hipotezo smo potrdili samo delno, saj smo na lokusu LAP-A na dveh 
onesnaženih ploskvah odkrili med staro in mlado populacijo visoko značilno 
razliko v genetski strukturi, na eni ploskvi pa je razlika tudi precejšnja, vendar ne 
statistično značilna. K heterogenosti očitno največ prispeva alel LAP-A2, 
katerega relativna frekvenca v Prapretnem in v Celju v mladi generaciji občutno 
pade (za 0,208 oz. za 0,277), v Zavodnjah pa, kar je pravzaprav nenavadno, 
občutno naraste (za 0,096). Na čistih ploskvah so razlike med starim in mladim 
sestojem občutno manjše, v enem primeru pa vendarle celo statistično značilne. 
Primerjava onesnaženih populacij s čistimi kaže, da onesnaževanje verjetno 
posredno ali neposredno vpliva na frekvence alelov na nekaterih !okusih, na 
primer na lokusu LAP-A. Po eni strani lahko sklepamo, da razlike med 
onesnaženimi in čistimi populacijami povzroča dejstvo, da so v sestojih, ki so že 
dolgo pod vplivom onesnaževanja, prisotna le še odporna ali vsaj do neke mere 
odporna drevesa, medtem ko so se občutljiva drevesa že posušila in bila 
odstranjena. To je najverjetneje posledica dejstva, da se podpopulacije 
občutljivih dreves v genetski strukturi, torej v frekvencah alelov, razlikujejo od 
podpopulacij odpornih dreves (BERGMANN, SCHOLZ 1985, BERGMANN, 
SCHOLZ 1987, GEBUREK, SCHOLZ 1985, MEJNARTOWICZ 1983, MOLLER-
ST ARCK 1985, MOLLER-STARCK, HA TTEMER 1989). 
Pri bukvi je prav na lokusu LAP-A selekcijsko delovanje odkrilo več 
raziskovalcev. MOLLER-STARCK in HATTEMER (1989) sta na onesnaženih 
ploskvah ugotovila značilne razlike v genetski strukturi med populacijo kalečega 
semenja in tremi dveletnimi populacijami. KIM (1985) je ugotovil izrazito 
prednost alela LAP-A3 v ontogenetskem razvoju od faze semena do mladja. 
Homozigoti 3-3 in v večini primerov tudi heterozigoti, v katerih je nastopal alel 3, 
86 
Zbornik gozdarstva in lesarstva, 49 
so po njegovem mnenju kazali izrazito selekcijsko prednost. V našem primeru je 
pri LAP-A frekvenca alela 3 v dveh od treh primerov močno narasla, in sicer za 
0,205 in za 0,187, kar je celo precej več kot v raziskavi Kima, kjer se vrednosti 
povečajo za 0,044 do 0,105. 
enca 
frequency 
0.5 
0.4 
0.3 
0.2 
0.1 
o 
1. 3. 7. 9. 11. 
Zavodnje- Zavodnje- Prapretno- Prapretno- Celje-
stara mlada stara mlada stara 
old un ofd old 
13 
Celje-
mlada 
• LAP-A1 
• LAP-A2 
DLAP-A3 
Grafikon 1: Relativne frekvence alelov na fokusu LAP-A v onesnaženih starih in onesnaženih mladih 
populacijah 
Graph 1: Allelic frequencies on the LAP-A /ocus in old and young poputations in air polluted areas 
Znižanje v dveh in zvišanje v enem primeru pri alelu LAP-A2 je nenavadno, toda 
na podoben pojav so naleteli tudi drugi raziskovalci (BERGMANN in SCHOLZ 
1987, MEJNARTOWICZ 1983, MEJNARTOWICZ in PALOWSKI 1989), ki so pri 
smreki in rdečem boru ugotavljali morebitno selektivno delovanje 
onesnaževanja na izoencime. če bi bila razlika pri nas v vseh treh primerih 
enosmerna, bi selektivno delovanje onesnaževanja na alel LAP-A2 ne bilo več 
vprašljivo. 
Pojava na znamo razložiti, ena od možnih, čeprav seveda zaenkrat popolnoma 
nepreverljivih razlag pa je, da je to povzročil takoimenovani hitchhiking effect, ki 
lahko povzroči, da na nekem lokusu, ki je selekcijsko povsem nevtralen, pride 
do spremembe alelnih frekvenc zaradi sprememb, ki jih je selekcija povzročila 
na nekem drugem lokusu. 
Mogoče je tudi, da je na vseh treh onesnaženih poskusnih ploskvah selekcija 
delovala na redek alel IDH-A3. Čeprav se mnenja o primernosti redko 
87 
Brus, R.: Vpliv onesnaževanja ozračja ... 
pojavljajočih se alelov za primerjanje populacij razlikujejo, menim, da obstaja 
možnost, da pojavljanje alela IDH-A3 samo v čistih populacijah ni povsem 
naključno. Od skupaj 18 populacij ga namreč najdemo v šestih populacijah, ki pa 
so vse čiste. Če bi se alel pojavljal povsem neodvisno, bi bila verjetnost, da je 
tako razporejen po naključju, zelo majhna. Upravičenost takšnih zaključkov 
dokazujemo tudi z dejstvom, da sta BERGMANN in SCHOLZ (1987) pri smreki 
ugotovila, da so nekateri redki aleli, na primer MDH-C3, mnogo pogostejši v 
skupinah občutljivih kot v skupinah odpornih dreves. V onesnaženih bukovih 
populacijah, ki smo jih proučevali, pa je gotovo že precejšen delež občutljivih 
dreves odstranjen. Zaključimo lahko, da že v nakaj generacijah onesnaževanje 
lahko pripelje do znatnih genetskih sprememb in do tega, da se bo frekvenca 
nekaterih redkih alelov zmanjševala ali pa bodo celo izginili, če se občutljiva 
drevesa posušijo še pred fruktifikacijo, ali če se njihova reprodukcijska 
sposobnost zmanjša. BERGMANN in SCHOLZ (1985) sta s pomočjo 
računalniške simulacije ugotovila, da bo alel G6PDH-A 1, ki se je v občutljivem 
delu onesnažene smrekove populacije Sonnenberg pojavljal s frekvenco O, 1 O, v 
njenem odpornem delu pa s frekvenco 0,04, iz sestoja izginil že po štirih 
generacijah. Posledica izgube genov je zmanjševanje genetske raznolikosti, 
katere posledica je lahko tudi zmanjšana prilagodljivost naslednje generacije. 
Odvisnost intenzivnosti propadanja od genetske raznolikosti so jasno pokazale 
mnoge raziskave, pri jelki so to na primer ugotovili BERGMANN in sod. (1990). 
Po drugi strani se moramo zavedati, da smo proučili majhen del bukovih genov 
in da jih je v mehanizmu selekcije, ki jo morda povzroča onesnaževanje, 
verjetno udeleženih mnogo več. Zato je treba tudi pri bukvi izvajati vse možne 
načine ohranjevanja genofonda, dokler večina populacij še ni genetsko 
osiromašenih. 
V naši raziskavi smo torej odkrili nekaj dejstev, ki nakazujejo selektivno 
delovanje onesnaževanja na posamezne alele, dejstvo pa je, da nismo uspeli 
nedvoumno potrditi rezultatov tistih raziskav, s katerimi so v zadnjih 12 letih 
dokazovali razločno selekcijsko delovanje onesnaževanja na izoencimske 
!okuse oziroma posamezne alele na njih. 
88 
Zbornik gozdarstva in lesarstva, 49 
7.2 Genetska raznolikost 
Za ocenitev genetske raznolikosti smo najprej za vse populacije izračunali 
povprečno število alelov na lokus (preglednica 8) in ugotovili zelo majhne razlike 
med populacijami. Vrednost 2,2 za vse populacije skupaj je nekoliko nižja od 
običajnih povprečnih vrednosti iz srednje in vzhodne Evrope. Povprečno število 
alelov na lokus je v prvi vrsti odvisno od tega, katere lokuse analiziramo, zato bi 
morali za korektno primerjavo v vseh primerih analizirati popolnoma isto 
kombinacijo lokusov - to pa se le redko zgodi, ker v skladu z možnostmi skoraj v 
vsakem laboratoriju analizirajo drugačno kombinacijo. V naši raziskavi v nobeni 
kombinaciji nismo odkrili razlik v številu alelov na lokus med čistimi in 
onesnaženimi populacijami in prav tako ne med starimi in mladimi populacijami. 
Tudi razlik, ki bi nakazovale geografsko pogojenost, nismo našli. 
Od 12 lokusov smo na 11 odkrili polimorfizem, za vse populacije skupaj je torej 
91,7% lokusov polimorfnih. Niti pri primerjavi čistih in vseh onesnaženih 
populacij niti pri katerikoli drugačni primerjavi med čistimi in onesnaženimi 
populacijami nisno odkrili nobene razlike v odstotku polimorfnih lokusov. 
Splošna značilnost je, da je povprečna opazovana heterozigotnost Ho, ki smo jo 
izračunali kot aritmetično sredino deležev heterozigotov po posameznih 
analiziranih lokusih, skoraj v vseh populacijah nižja od povprečne pričakovane 
heterozigotnosti He, kakršno naj bi imela populacija v Hardy-Weinbergovem 
ravnotežju, kar kaže na splošen primanjkljaj heterozigotov. Razlike so majhne, 
največja je razlika v populaciji Celje-stara, in sicer 0,021. Primerjava skupine 
onesnaženih ploskev s skupino čistih v nobenem primeru ni odkrila kakšne 
značilne razlike v povprečni opazovani (H0) ali povprečni pričakovani (He) 
heterozigotnosti. Povprečna opazovana heterozigotnost Ho za vse čiste 
populacije skupaj je tako 0,245, za vse onesnažene pa 0,249. 
Dejstvo, da nismo odkrili nobenih razlik v povprečnemu številu alelov na !okus 
med skupinama čistih in onesnaženih ploskev, je nekoliko presenetljivo in se 
razlikuje od ugotovitev MOLLER-STARCKA (1985), ki je med skupinama 
občutljivih in odpornih dreves odkril zelo razločno razliko, saj so imela odporna 
drevesa povprečno 3, 1, občutljiva pa le 2,4 alela na !okus. Glede na to bi tudi v 
našem primeru pričakovali, da bo povprečno število alelov na !okus v 
onesnaženih populacijah, kjer je delež odpornih dreves večji kot v 
89 
Brus, R: Vpliv onesnaževanja ozračja ... 
neonesnaženih, ustrezno veCJe. Podobno smo predvidevali tudi za mlade 
onesnažene sestoje, v katere se občutljivi genotipi iz starševske populacije ali 
sploh ne bi uspeli prenesti ali pa bi propadli med selekcijo v procesu razvoja 
mladega sestoja. Toda med drevesi v onesnaženih populacijah je verjetno tudi 
precej dreves, ki so po svojih genetskih lastnostih med odpornimi in občutljivimi 
in ki so morda razlog, da so razlike zabrisane in ne tako izrazite kot v raziskavi 
Muller-Starcka. Pozabiti ne smemo niti na selekcijo, ki morda po drugi strani 
deluje proti nekaterim alelom (na primer PGl-83) v onesnaženih populacijah in 
tako povprečno število alelov na !okus v njih zmanjšuje. 
Preglednica 7: Povprečno število a/elov na fokus, odstotek po/imorl'nih fokusov ter povprečna 
opazovana (Ho) in povprečna pričakovana (H.) heterozigotnost po populacijah In za vse 
populacije skupaj 
Table 7: Mean number of a/fe/es per /ocus, percentage of pofymorphic loci, average observed 
heterozygosity (Ho) and average expected heterozygosity (H.) in each population and 
tor a/1 populations together. 
2,2 83,3 0,255 0,260 
2,2 83,3 0,253 0,259 
2,2 75,0 0,254 0.265 
2,0 75,0 0,257 0,256 
2,3 83,3 0,267 0,272 
2,1 833 0,260 0,270 
2,0 83,3 0,240 0,247 
2,1 83,3 0,242 0,252 
2,2 83,3 0,251 0,269 
2,0 75,0 0,232 0,249 
2,1 83,3 0,240 0,261 
2,3 83,3 0,233 0,252 
2,2 83,3 0,247 0,245 
2,2 75,0 0,215 0,227 
23 75,0 0,273 0,279 
22 83,3 0,247 0,262 
2,2 83,3 0,215 0,234 
22 91,7 0,275 0263 
2,2 91,7 0,247 0,254 
90 
Zbornik gozdarstva in lesarstva, 49 
Pozornost zbuja dejstvo, da med onesnaženimi in čistimi populacijami nismo 
odkrili razlik niti v povprečni opazovani (H0) niti v povprečni pričakovani (He) 
heterozigotnosti. MOLLER-STARCK (1985) je v primerjavi s skupino občutljivih 
dreves na primer ugotovil kar za 15% višjo povprečno heterozigotnost v skupini 
odpornih dreves in s tem podprl hipotezo, da je povečana heterozigotnost eden 
od dejavnikov, ki drevesom zagotavljajo večjo možnost preživetja. 
MEJNARTOWICZ (1983) po drugi strani pri rdečem boru ni odkril nobenih 
značilnih razlik v povprečni heterozigotnosti med občutljivo in odporno skupino. 
V dveh analiziranih populacijah rdečega bora, ki sta 25 let rasli v močno 
onesnaženem okolju, MEJNARTOWICZ IN PALOWSKI (1989) na analiziranih 
!okusih nista našla nikakršne selekcije proti homozigotom, zato je bila 
heterozigotnost v onesnaženih populacijah celo nižja kot v neonesnaženih. 
Nobeden od kazalcev genetske raznolikosti v naši raziskavi torej ni jasno 
pokazal razlik med populacijami, ki bi jih lahko pripisali onesnaževanju ozračja. 
7.3 Genetska diferenciacija 
Genetsko diferenciranost populacij običajno ocenjujemo z genetsko distanco ali 
genetsko identiteto. Med številnimi genetskimi distancami je med najpogosteje 
uporabljanimi popravljena genetska distanca D (NEi 1978). Iz preglednice 9 je 
razvidno, da so genetske distance med populacijami relativno majhne, kar je za 
tako majhen geografski prostor razumljivo. Parov populacij, znotraj katerih 
nismo odkrili nobene genetske diferenciacije, je več, največja genetska distanca 
pa je med populacijama Celje-mlado in Zavodnje-mlado, torej med dvema 
onesnaženima mladima populacijama. Tudi vse druge največje genetske 
distance so distance med onesnaženima ali med čisto in onesnaženo populacijo. 
Ena od naših osnovnih hipotez je bila tudi, da onesnaževanje ozračja povzroča 
povečan odklon mladja od starševske populacije, zato smo pričakovali, da bodo 
genetske distance med staro in mlado populacijo znotraj osnovnih parov na 
onesnaženih ploskvah večje kot na čistih. Rezultati so hipotezo potrdili, razlika je 
največja in zelo očitna v paru Prapretno-Marno, saj je v onesnaženem 
Prapretnem genetska distanca med mlado in staro populacijo 0,007, v manj 
onesnaženem Marnem pa je genetska distanca med mlado in staro populacijo O. 
Tudi v paru Zavodnje-Gornji Grad je razlika precejšnja (0,004 in 0,001), medtem 
ko je razlika v paru Celje-Šmartno majhna (0,008 in 0,007), vendar še vedno 
91 
Brus, R.: Vpliv onesnaževanja ozračja ... 
istosmerna kot v drugih dveh primerih. Razlik se sicer ne da testirati, o njihovi 
statistični značilnosti je težko govoriti in tudi niso v vseh primerih zelo velike. 
Vendar podpirajo domnevo, da onesnaževanje povzroča povečevanje odklonov 
mladja od starševske populacije v genetski strukturi. Izračunali smo tudi 
povprečne genetske distance med populacijami znotraj onesnažene in znotraj 
čiste skupine populacij. Povprečna genetska distanca D med onesnaženimi 
populacijami je razmeroma zelo velika in znaša 0,012, povprečna genetska 
distanca D med čistimi populacijami pa je majhna in znaša le 0,003. Povprečna 
genetska distanca D za pare, v katerih smo primerjali po eno čisto in eno 
onesnaženo populacijo, je 0,006. 
Ker porazdelitve genetskih distanc ne poznamo, tudi značilnosti razlik med njimi 
ne moremo statistično testirati. Kljub temu je očitno, da so razlike najverjetneje 
rezultat delovanja onesnaževanja na obravnavane populacije. 
Z namenom, da bi ugotovili, kateri !okusi najbolj prispevajo k vrednosti skupnih 
genetskih distanc, smo nepristranske genetske distance D (NEi 1978), ki so na 
posameznih lokusih seveda lahko precej večje kot skupne genetske distance, 
izračunali tudi za vseh 12 lokusov. Na lokusu LAP-A (preglednice 10 do 12) je 
genetska distanca med staro in mlado populacijo pri vseh treh parih ploskev 
bistveno večja na onesnaženi ploskvi. 
92 
Zbornik gozdarstva in lesarstva, 49 
Preglednica 8: Popravljene genetske distance D (NEi 1978) med vsemi 18 analiziranimi bukovimi 
populacijami. V osenčenih polj1h so največje genetske distance z vrednostjo 0,015 ali 
več. Onesnatene populacije so natisnjene krepko. 
Table 8: Unbiased genetic distances D (NEi 1978) between af/ 18 beech populaUons. Fiefds with 
distance s of O, 015 or higher are shaded. PoHuted populations are in boki. 
0,008 
0,004 0005 ... 
0,001 0006 0000 
0,006 0,003 0,002 
0,007 
0000 
0,008 
0,004 
0005 
0,004 
0002 
0,00 
0,004 
0000 
0,003 
... 
0,010 
0,015 
0,009 
0,006 
0,007 
0001 
0,007 
0,008 
... 
93 
Brus, R.: Vpliv onesnaževanja ozračja 
Preglednica 9: Genetske distance D za fokus LAP-A v paru Zavodnje-Gornji Grad. Onesnateni 
populaciji sta v krepkem tisku. 
Table 9: Genetic distance D for the LAP-A locus in the pair Zavodnje-Gornji Grad. Po/luted 
popufations are in bold. 
0,022 ... 
0,017 0,000 
0,007 0,001 0,000 ... 
Preglednica 10: Genetske distance D za fokus LAP-A v paru Prapretno-Marno. Onesnateni populaciji 
sta v krepkem tisku. 
Table 10: Genetic distance D far the LAP-A focus in the pair Prapretno-Marno. Polluted 
popufations are in bold. 
Preglednica 11: Genetske distance D za fokus LAP-A v paru Cege-šmartno. Onesnateni populaciji sta 
v krepkem tisku. 
Table 11: Genetic distance D for the LAP-A Jocus in the pair CeQe-šmartno. Polluted populations 
are in bold. 
. .. 
0,006 
0,198 0078 
0,161 0,056 0,000 
Z multivariatno analizo - analizo glavnih koordinat (PCO) smo interpretirali 
matriko genetskih distanc D. Bistvo analize je grafična predstavitev točk oziroma 
populacij v dvodimenzionalnem prostoru. Prikazovanje genetske diferenciacije v 
grafikonu je zelo pogost način ugotavljanja prostorske diferenciranosti populacij 
ali obstoja geografskih ras. Tudi na geografsko tako majhnem prostoru kot je 
Slovenija, so pri drevesnih vrstah že možne geografsko pogojene klinalne 
spremembe v genetski strukturi, takšne spremembe so bile na primer odkrite pri 
jelki v smeri vzhod-zahod (BRUS, LONGAUER 1995). V grafikonu se to pokaže 
kot bolj ali manj izrazito združevanje točk v dve ali več skupin. 
94 
Zbornik gozdarstva in lesarstva, 49 
V našem primeru (grafikon 2) izrazite geografsko pogojene diferenciranosti 
nismo odkrili, saj so populacije v grafikonu razporejene precej brez reda in na 
videz povsem naključno. Izredno zanimiv pa je položaj vseh onesnaženih 
populacij v grafikonu, saj prav vse ležijo na samem robu in so precej oddaljene 
od drugih, čistih populacij; poleg tega so precej oddaljene druga od druge. Pri 
tem opazimo, da so mlade onesnažene populacije (3, 9, 13) od drugih še bolj 
izrazito oddaljene kot stare onesnažene (1, 7, 11). Pojav je izredno zanimiv, saj 
onesnažene populacije v primerjavi z neonesnaženimi izvirajo iz geografsko 
precej manjšega prostora. 
V raziskavo smo vendarle vključili populacije z relativno majhnega geografskega 
prostora, zato so v skladu s pričakovanji tudi genetske distance razmeroma 
nizke. Rezultati na prvi pogled sicer kažejo precejšnjo genetsko diferenciranost 
bukve v primerjavi z jelko, pri kateri je bila največja genetska distanca med 
dvema slovenskima populacijama 0,007 (BRUS, LONGAUER 1995), to pa je 
precej manj od 0,024, kolikor ta znaša pri bukvi, toda natančnejši pogled hitro 
pokaže, da so genetske distance pri bukvi največje v primerih, ko primerjamo 
dve onesnaženi populaciji. če gledamo samo čiste populacije, vidimo, da 
največja genetska distanca 0,011 ni več tako bistveno večja od najvišje distance 
0,007 pri jelki. Iz tega sklepam, da se po stopnji genetske diferenciranosti bukev 
in jelka v Sloveniji bistveno ne razlikujeta. 
Dejstvo, da so genetske distance največje v primeru parov onesnaženih 
populacij, je težko zanesljivo razložiti. Ker nismo na nobenem lokusu, razen 
morda na !okusih LAP-A in IDH, kjer je to delno nakazano, odkrili razločnega 
delovanja selekcije proti kateremu alelu ali genotipu, je po eni strani upravičeno 
pričakovati, da so glavni vzrok za tako povečane distance prav spremembe na 
teh dveh lokusih. Toda po drugi strani je možno, da je odklone povzročil tudi 
mehanizem, ki ga ne poznamo. Morda je to pojav kumulativnosti, ko se sicer 
majhne razlike v končni fazi nakopičijo in pokažejo v obliki povečanih genetskih 
distanc. 
11' • 
14 . .17 
• 8 
• 
95 
Brus, R.: Vpliv onesnaževanja ozračja ... 
X, 
16 
• 
• 10 
• 3,-
• 6 .2 
• 4 ~ 
.s 
•1a •12 • 1 
• 15 . ., 
Grafikon 2: Genetska diferenciacija analiziranih bukovih populacij. Analiza glavnih kordinatje bila 
izvedena na osnovi Neievih popravljenih genetskih distanc D. Prvi dve osi prikazujeta 
63,97% skupne variabilnosti. Posebno pozornost zbuja robni polotaj onesnatenih 
populacij (1, 3, 7, 9, 11, 13). 
Graph 2: Genetic differentiation of beech populations. Principal coordinate analysis was based on 
Nei's (1978) unbiased genetic distances. The first two axes display 63.97% oftotal 
variation. Of special interest is the peripheral position of polluted populations (1, 3, 7, 9, 11, 
13). 
Poleg že naštetih dejstev spremembe v genetski strukturi populacij kažejo prek 
vseh lokusov izračunane genetske distance med staro in mlado populacijo. Sicer 
ne velike razlike postanejo mnogo večje, če računamo genetske distance za 
posamezne lokuse, na primer za lokus LAP. Nizka povprečna genetska 
distanca D znotraj skupine čistih populacij pomeni, da so si čiste populacije 
genetsko relativno podobne, čeprav prihajajo z geografsko precej večjega 
področja (premer 180 km) kot onesnažene (premer 40 km). Sorazmerno visoka 
povprečna genetska distanca D znotraj skupine onesnaženih ploskev je po drugi 
strani očiten dokaz, da onesnaževanje povzroča povečevanje odklonov. 
Podobno sta ugotovila MEJNARTOWICZ in PALOWSKI (1989) pri rdečem boru. 
Dejstvo, da so naše onesnažene bukove populacije med seboj zelo različne in 
hkrati različne tudi od čistih bukovih populacij, bi morda lahko razložili z 
različnim selekcijskim vplivom na različnih ploskvah. Gotovo je namreč, da so 
deleži različnih škodljivih snovi na vseh treh ploskvah do neke mere različni, 
razen tega pa so bili v času in prostoru sestoji onesnaženju izpostavljeni različno 
96 
Zbornik gozdarstva in lesarstva, 49 
intenzivno. Zato tudi ne moremo v vseh treh primerih pričakovati uniformnega 
učinka. 
Iz grafikona 2 je prav tako razvidno, da je genetska struktura vseh šestih 
onesnaženih populacij bistveno spremenjena, saj so na grafikonu prav vse v 
robnem prostoru. To je gotovo najzanimivejše odkritje naše raziskave. V robnih 
oziroma onesnaženih populacijah je očitno prišlo do zelo nepredvidljivih in v vse 
smeri potekajočih sprememb alelnih frekvenc. Podoben pojav je odkril 
GOMORY (1992), ki je pri primerjavi smrekovih pragozdnih sestojev, z naravno 
regeneracijo nastalih gospodarjenih sestojev in umetno osnovanih sestojev na 
Slovaškem našel velike in popolnoma nepredvidljive spremembe v genetski 
strukturi umetno osnovanih smrekovih sestojev. Avtor meni, da je takšne 
odklone povzročilo premajhno število različnih starševskih dreves, s katerih so 
nabrali seme za osnovanje sestojev in iz tega izvirajoč genetski drift. V našem 
primeru takšna razlaga ni verjetna, ker so sestoji, ki smo jih proučevali, vsi 
naravnega nastanka, toda dejstvo je, da tako osnovanje umetnega sestoja kot 
onesnaževanje ozračja predstavljata neke vrste selekcijo, ki v različnih primerih 
deluje v različnih smereh. V odraslih onesnaženih populacijah je selekcija 
delovala prek sušenja in izločanja najbolj občutljivih dreves, ki niso bila 
sposobna prenesti obremenitve. 
8 POVZETEK 
Osnovni cilj raziskave je bil preučiti genetsko strukturo bukovih populacij v 
nekaterih imisijsko najbolj obremenjenih področjih v Sloveniji in ugotoviti vpliv 
onesnaževanja ozračja nanjo. Cilj dela je bil tudi predstaviti zgodovino in razvoj 
proučevanja izoencimov na osnovi njihove elektroforetske mobilnosti in 
dosedanjo uporabo omenjene metode pri proučevanju gozdnih drevesnih vrst v 
svetu. 
Analizirali smo osemnajst populacij bukve (Fagus sylvatica L.), dvanajst iz 
relativno čistih in šest iz onesnaženih naravnih gozdnih sestojev. šest populacij 
je bilo mladih, tri od njih so bile čiste in tri onesnažene. V osnovni del poskusa 
smo vključili tri pare poskusnih ploskev; v vsakem paru sta bili po ena močno 
onesnažena in ena manj onesnažena, pogojno rečeno čista ploskev, ki sta si bili 
po osnovnih rastiščnih razmerah čimbolj podobni. Na vsaki ploskvi smo ločeno 
97 
Brus, R.: Vpliv onesnaževanja ozračja ... 
analizirali staro in mlado, torej starševsko in hčerinsko populacijo. Osnovni pari 
ploskev so bili Zavodnje-Gornji Grad, Prapretno-Marno in Celje-Šmartno. Razen 
osnovnih dvanajstih populacij iz treh parov ploskev smo v poskus dodatno 
vključili še šest ploskev z relativno neobremenjenih območij. Na dodatnih šestih 
ploskvah smo nabrali in analizirali samo vzorce iz odraslih sestojev. 
Razliko v onesnaženosti med ploskvama v vsakem paru smo kvantificirali z 
analizo vsebnosti žvepla v tleh in z analizo poškodovanosti dreves. V dveh od 
treh primerov smo med ploskvama v paru odkrili značilno razliko v vsebnosti 
žvepla v tleh, v vseh treh primerih pa smo odkrili visoko značilno razliko v 
povprečni osutosti krošenj, v prisotnosti neobičajnih vej in v prisotnosti suhih 
stranskih vej. 
Iz vsake populacije smo naključno izbrali od 50 do 70 dreves. Z vsakega osebka 
smo kot vzorec za nadaljnjo analizo v zimah 1992/93 in 1993/94 nabrali vejice, s 
katerih smo za analizo uporabili 5-9 dormantnih popkov in manjše količine 
skorje. S horizontalno elektroforezo na škrobnem gelu smo analizirali naslednjih 
dvanajst izoencimskih lokusov: GOT-B, IDH-A, LAP-A, MDH-A, MDH-B, MDH-
C, MNR, PX-A, PX-B, PGM, PGI-B in SKDH. Pri elektroforezi smo se držali 
standardnih postopkov, ki so podrobno opisani v literaturi. 
Večina alelov se dobro ujema z geografsko distribucijo v Evropi. Zanimivi so 
nekateri redki aleli, ki smo jih odkrili v slovenskih populacijah. Takšni so na 
primer aleli MDH-B5, LAP-A 1 in IDH-A3. Odkrili smo nekaj redkih heterozigotov 
1-2 na !okusu LAP-A in heterozigotov 2-4 na !okusu MNR, na istem !okusu smo 
v dveh populacijah odkrili tudi redek homozigot 4-4. 
Pri analizi genetske variabilnosti smo na !okusih LAP-A in IDH-A v različnih 
primerjavah odkrili značilne razlike med alelnimi frekvencami skupine čistih in 
onesnaženih populacij. Nekatera dejstva nakazujejo selektivno delovanje 
onesnaževanja zraka na izoencimske !okuse. Selekcijo delno nakazuje alel LAP-
A2, katerega relativna frekvenca v dveh primerih v mladi onesnaženi populaciji 
značilno pade, v enem primeru pa naraste. Čeprav se mnenja o primernosti 
redkih alelov za primerjanje populacij med seboj razlikujejo, možno selektivno 
delovanje onesnaževanja ozračja na izoencimske lokuse nakazuje tudi 
odsotnost redkega alela IDH-A3 v vseh šestih onesnaženih populacijah, medtem 
ko se alel z nizko frekvenco od 0,01 O do 0,036 pojavlja kar v šestih 
98 
Zbornik gozdarstva in lesarstva, 49 
neonesnaženih populacijah. Selekcije, ki bi razločno delovala proti kateremu 
alelu ali genotipu, raziskava kljub temu ni nedvoumno potrdila. 
Očiten je vpliv onesnaževanja ozračja na genetsko diferenciacijo. Genetske 
distance (NEi 1978) so največje, kadar med seboj primerjamo onesnaženi 
populaciji, distanca je še zlasti velika, kadar je vsaj ena od populacij mlada. 
Povprečna genetska distanca D med onesnaženimi populacijami je razmeroma 
velika in znaša 0,012, povprečna genetska distanca D med neonesnaženimi 
populacijami pa je majhna in znaša samo 0,003, čeprav te populacije pokrivajo 
geografsko bistveno večji prostor kot onesnažene. Genetske distance med 
starševsko populacijo in njenim potomstvom so v vseh primerih večje na 
onesnaženi kot na čisti ploskvi. Najzanimivejše odkritje naše raziskave se 
razločno izraža v robnem položaju tako mladih kot starih onesnaženih populacij 
na grafikonu, ki ponazarja rezultate na genetskih distancah temelječe analize 
glavnih koordinat. Čeprav natančnih mehanizmov ne poznamo, saj so 
spremembe očitno zelo nepredvidljive in so potekale v vseh smereh, je 
najverjetneje onesnaževanje povzročilo bistveno spremembo alelnih frekvenc. 
Raziskva je odkrila le majhne razlike v genetski raznolikosti med onesnaženimi 
in čistimi populacijami, saj razlike niso značilne ne pri povprečnem številu alelov 
na lokus in pri odstotku polimorfnih lokusov ne pri povprečni opazovani (H0 ) ali 
povprečni pričakovani (He) heterozigotnosti. 
SUMMARY 
The objective of this research was to determine the effect of air pollution on 
genetic structure of European beech (Fagus sylvatica L.). To accomplish this, 
the genetic structure of beech populations in polluted and unpolluted areas of 
Slovenia was analysed. Another objective was to review the history and 
development of isozyme studies based on their electrophoretic mobility, as well 
as the use of these techniques in the research on characteristics of forest tree 
species. 
Eighteen European beech populations, twelve of which are relatively 
undamaged and six severely damaged, were analyzed. Six populations were 
young, three polluted and three unpolluted. From every research plot one old 
99 
Brus, R.: Vpliv onesnaževanja ozračja ... 
and one young, i.e. parental and progeny population were analyzed. In the most 
important part of the research, three pairs of research plots were included; each 
pair included one plot with a severely damaged population and one plot with an 
undamaged population. Plots were as similar as possible conceming their 
general site conditions. Pairs chosen were Zavodnje-Gornji Grad, Prapretno-
Marno, and Celje-Šmartno. Besides the primary twelve populations from these 
three paired plots, an additional six populations from different undamaged areas 
were included. On these plots only older populations were analyzed. 
In each pair, the difference in pollution level between the plots was quantified 
using analyses of soil sulphur content and tree damage level. The difference in 
sulphur content between plots was highly significant in two cases. The difference 
in average defoliation and the, presence of unusual branches and dead 
branches were significant in all three cases. These background analyses 
confirmed the propriety of further comparisons. 
From each population 50 to 70 trees were selected at random. From each tree a 
branchlet with 5-9 dormant buds was sampled in the winters of 1992/93 and 
1993/94. Using horizontal starch gel electrophoresis (FERET 1976, KIM 1979, 
MOLLER-STARCK 1985), the following 12 isozyme loci were analyzed: GOT-B, 
IDH-A, LAP-A, MDH-A, MDH-B, MDH-C, MNR, PX-A, PX-B, PGM, PGl-8 and 
SKDH. 
An agreement with geographical distribution, typical for Europe, was discovered 
for most alleles. In Slovenian populations, some rare alleles (MDH-85, LAP-A1 
and IDH-A3) and some rare heterozygotes and homozygotes (LAP-A 1-2, MNR 
2-4, MNR 4-4) were also discovered. 
There were significant differences of allelic frequencies between polluted and 
unpolluted populations on the loci LAP-A and IDH-A. Selection may be indicated 
by the relative frequencies of the LAP-A2 allele which are, on polluted plots, in 
two cases, significantly lower in the young population than the old one. The 
views on suitability of rare alleles tor population comparisons are not in 
agreement; however, the possibility of the selective action of air pollution against 
isozyme loci is also indicated by the absence of the rare allele IDH-A3 from all 
six polluted populations and by their presence, though with low frequency (0.010-
0.036), in the six unpolluted populations. These findings indicate the possibility 
100 
Zbornik gozdarstva in lesarstva, 49 
of selection, caused by air pollution, acting against certain alleles. However, 
selection against any of the alleles or genotypes is not unambiguously 
confirmed. 
The influence of air pollution on genetic differentiation is more obvious. Genetic 
distances (NEi 1978) are the largest when two polluted populations are 
compared and especially large when at least one of the compared populations is 
young. Average genetic distance D between polluted populations is relatively 
large (0.012) whereas average genetic distance D between unpolluted 
populations is much smaller (0.003), in spite of the fact that these populations 
cover a much larger geographic area. Genetic distances between parental and 
progeny populations are always larger on polluted plots in comparison to 
unpolluted ones. Most interesting is the peripheral position of the polluted 
populations on the scatterdiagram showing the results of Principal Coordinate 
Analysis. This indicates that it is likely that pollution caused a substantial change 
in allelic frequencies. 
This research revealed only small differences in genetic diversity between the 
groups of polluted and unpolluted populations. There is no significant difference 
in the number of alleles per locus or in the percentage of polymorphic loci or 
observed (H0) and expected (He) heterozygosities. 
VIRI 
BARTELS, H., 1964. Ober die Charakterisierung von Fichtensaatgut aus verschiedenen 
Hčihenlagen durch Enzymaktivitaten. V: Forstsamengewinnung und 
Pflanzenanzucht tor das Hochgebirge (ur. H. Schmidt-Vogt). s. 83-92. 
BARTELS, H., 1971. Genetic control of multiple esterases from needles and 
macrogametophytes of Picea abies. Planta (Beri.) 99, s. 283-289. 
BERGMANN, F., 1971. Genetische untersuchungen bei Picea abies mit Hilfe der 
lsoenzym-ldentifizierung, l. Mčiglichkeiten tor genetische Zertifizierung von 
Forstsaatgut. Allg. Forst u. J. Ztg., 142, s. 278-280. 
BERGMANN, F., 1973. Genetische untersuchungen bei Picea abies mit Hilfe der 
lsoenzym-ldentifizierung. II. Genetische Kontrolle von Esterase- und 
Leucinaminopeptidase-lsoenzymen im haploiden Endosperm ruhender 
Samen. Theoret. Appl. Genet., 43, s. 222-225. 
101 
Brus, R.: Vpliv onesnaževanja ozračja ___ 
BERGMANN, F.ISCHOLZ, F., 1985. Effects of Selection Pressure by S02 Pollution on 
Genetic Structure of Norway Spruce (Picea abies). V: Population Genetics 
in Forestry, Lecture Notes in Biomathematics. Berlin, Springer Verlag, s. 
267-275. 
BERGMANN, F./SCHOLZ, F., 1987. The lmpact of Air Pollution on the Genetic Structure 
of Norway Spruce. Silvae Genetica, 36, 2, s. 80-83. 
BERGMANN, F./GREGORIUS, H.-R./LARSEN, J.B., 1990. Levels of genetic variation in 
European silver tir (Abies alba). Are they related to the species decline? 
Genetica, 82, s. 1-10. 
BRUS, R., 1995. Vpliv onesnaževanja ozračja na genetsko strukturo bukovih populacij v 
Sloveniji. Magistrsko delo, BF, Oddelek za gozdarstvo, Ljubljana, 87 s. 
BRUS, R./LONGAUER, R., 1995. Nekatere genetske značilnosti jelke (Abies alba Mill.) v 
Sloveniji. Zbornik gozdarstva in lesarstva, Ljubljana, 46, s. 45-74. 
COMPS, B./THIEBAUT, 8./SUGAR, 1./TRINAJSTIC, 1./PLAZIBAT, M., 1991. Genetic 
variation of the Croatian beech stands (Fagus sylvatica L): spatial 
differentiation in connection with the environment. Ann.Sci.For., 48, s. 15-
28. 
FERET, P.P./BERGMANN, F., 1976. Gel Electrophoresis of Proteins and Enzymes. V: 
Modem Methods in Forest Genetics. Hamburg, Springer Verlag, s. 49-77. 
FOWLER, J./COHEN, L., 1992. Practical Statistics for Field Biology. Chichester, New 
York, Brisbane, Toronto, Singapore, John Wiley & Sons, 227 s. 
GEBUREK, T./SCHOLZ, F., 1985. Ober Selektionswirkungen bei 
Forstpflanzenpopulationen infolge von Luftverunreinigungen. Forstarchiv, 
56, 6, s. 234-238. 
GEBUREK, T./SCHOLZ, F./BERGMANN, F., 1986. Variation in Aluminium-Sensitivity 
Among Picea abies (L.) Karst. Seedlings and Genetic Differences- Between 
their Mother Trees as Studied by lsozyme-Gene-Markers. Angev. Botanik 
60, s. 451-460. 
GOMORY, D., 1992. Effect of stand origin on the genetic diversity of Norway spruce 
(Picea abies Karst.) populations. Forest Ecology and Management, 54, s. 
215-223. 
GOMORY, D.NYŠNY, J./COMPS, 8./THIEBAUT, 8., 1992. Geographical patterns of 
genetic differentiation and diversity in european beech (Fagus sylvatica L.) 
populations in France. Biologia, Bratislava, 47, 4, s. 571-579. 
GREGORIUS, H.R./HATTEMER, H.H./BERGMANN, F./MOLLER-STARCK, G., 1985. 
Umweltbelastung und Anpassungsfahigkeit von Baumpopulationen. Silvae 
Genetica, 34, 6, s. 230-241. 
102 
Zbornik gozdarstva in lesarstva, 49 
GREGORIUS, H.R./KRAUHAUSEN, J./M0LLER-STARCK, G., 1986. Spatial and 
temporal genetic differentiation among the seed of Fagus sylvatica L 
Heredity 57, s. 255-262. 
HATTEMER, H.H./STARKE, R./ZIEHE, M., 1993. Changes of genetic structures in beech 
populations. V: The Scientific Basis for the Evaluation of the Genetic 
Resources of Beech, Ur.: H.J. Muhs, Proceedings of an EC workshop. 
Ahrensberg, 1-2 July 1993, s. 233-248. 
KARNOSKY, D.F./HOUSTON, D.B., 1978. Genetics of air pollution tolerance oftrees in 
the northeastern United States. V: Proc. 26th Northeastern Forest Tree 
lmprov. Conf.. Pensylv. State Univ., s. 161-171. 
KIM, Z.S., 1979. lnheritance of leucine aminopeptidase and acid phosphatase isozymes 
in beech (Fagus sylvatica L). Silvae Genetica, 28, 2-3, s. 68-71. 
KIM, Z.S., 1985. Viability Selection at an Allozyme Locus During Development in 
European Beech (Fagus sylvatica L). Silvae Genetica, 34, 4-5, s. 181-186. 
KOLAR, l., 1989. Umiranje gozdov v Šaleški dolini. Magistrsko delo, Ljubljana, 
Biotehniška fakulteta, VTOZD za gozdarstvo. 
KORDIŠ, F., 1993. Dinarski jelovo bukovi gozdovi v Sloveniji. Strokovna in znanstvena 
dela, Ljubljana, 112, 139 s. 
LARSEN, J.B., 1986. Das Tannensterben: Eine Neue Hypotese zur Klarung des 
Hintergrundes dieser ratselhaften Komplexkrankheit der WeiBtanne (Abies 
alba Mili.). Forstw.Cbl., 105, s. 381-396. 
LEŠNJAK, M./HRČEK, D./BATIČ, F./ŠOLAR, M./KOLAR, 1./FERLIN, F., 1989. Air 
pollution and damage on vegetation near TE Šoštanj thermal power plant 
in Slovenia. V: Man and his Ecosystem, ur. Brasser & Milder, Proceedings 
of the 8th World Clean Air Congress 1989. The Hague, Vol. 2, s. 125-130. 
MEJNARTOWICZ, LE., 1983. Changes in genetic structure of Scots pine (Pinus 
sylvestris L) population affected by industrial emission of fluoride and 
sulphur dioxide. Genetica Polonica, 24, 1, s. 41-50. 
MEJNARTOWICZ, LE., 1984. Enzymatic investigations on tolerance in forest trees. V: 
Gaseous air pollutants and plant metabolism. Butterworths London, s. 
381-398. 
MEJNARTOWICZ, LE./BIALBOK, S./KAROLEWSKI, P., 1978. Genetic characteristics 
of Scots pine specimens resistant and susceptible to SO2 action. 
Arboretum Kornickie, 23, s. 233-238. 
MEJNARTOWICZ, LE./PALOWSKI, B., 1989. Studies of Scots pine populations in 
polluted and clean areas. V: Genetic Effects of Air Pollutants in Forest 
Tree Populations. Berlin, Heidelberg, SpringerVerlag, s. 115-125. 
103 
Brus, R,: Vpliv onesnaževanja ozračja ... 
MOLLER-STARCK, G., 1985. Genetic Differences between "Tolerant" and "Sensitive" 
Beeches (Fagus sylvatica L.) in an Environmentally Stressed Adult Forest 
Stand. Silvae Genetica, 34, 6, s. 241-247. 
MOLLER-STARCK, G./HATTEMER, H.H .• 1989. Genetische Auswirkungen von 
UmweltstreB auf Altbestande der Buche (Fagus sy/vatica L.). Forstarchiv, 
60, s. 17-22. 
NEi, M., 1978. Estimation of average heterozygosity and genetic distance from a small 
numbers of individuals. Genetics, 89, s. 583-590. 
ONESNAžENOST ZRAKA V SLOVENIJI V LETU 1993. 1994. Ljubljana, 
Hidrometeorološki zavod Republike Slovenije, 76 s. 
PARADIŽ, B., 1982. Onesnaževanje termoelektrarn z S02 v primerjavi z drugimi 
onesnaževalci zraka v SR Sloveniji. HMZ RS, EL-143, 13 s. 
PARADIŽ, 8./BONAČ, M./HRČEK, D./PLANINŠEK, T./ŠEGULA, A./ŠTEFELJ, 
1.NEDENIK, M./ZUPANČIČ, T./ ZUŽIČ, D., 1981. Zboljšanje kakovosti 
zraka v Zasavju s sanacijo TE Trbovlje II in izgradnjo termoelektrarne -
toplarne Trbovlje. HMZ RS, 66 s. 
PLANINŠEK, A./MEDVED, M./MLINAR, A./BONAČ, M./DREV, J./BRUMEN, 
S./STERGAR. A., 1981. Določitev škodljivih snovi v zraku Celja. 
Zdravstveni center Celje, TOZD Center socialna medicina in higiena Celje. 
47 S. 
PROPADANJE (UMIRANJE) GOZDOV V SLOVENIJI, 1985. Gozdarski vestnik, 10, s. 
356-362. 
ROLOFF, A., 1986. Morphologie der Kronenentwicklung von Fagus sylvatica L. 
(Rotbuche) unter besonderer Ber0cksichtigung moglicherweise neuartiger 
Veranderungen. G6ttingen, Institut tor Forstbotanik der Universitat 
Gottingen, 177 s. 
SCHOLZ, 1986. Genetic effects of air pollutants. Proceedings of the 18th IUFRO 
Congress, Div. 2, vol. 1., Ljubljana, s. 286-294. 
ŠOLAR, M., in sodelavci, 1986. Onesnaževanje zraka in propadanje gozdov v Sloveniji. 
V: Gozd in okolje - FOREN 86, Ljubljana, s. 57-84. 
VIDAKOVIC, M./KRSTINIC, A., 1985. Genetika i oplemenjivanje šumskog drveča. 
Zagreb, Sveučilište u Zagrebu, šumarski fakultet, 505 s. 
YAZDANI, R./MUONA, 0./RUDIN, D./SZMIDT, A.E., 1985. Genetic structure of a Pinus 
sylvestris L. Seed-Tree Stand and Naturally Regenerated Understory. 
Forest Sci., 31, 2, s. 430-436.