Uniwersytet Warszawski Wydział Biologii Olga Bemowska-Kałabun Nr albumu: 266640 Fenotypowe i genetyczne badania zmian mikroewolucyjnych w populacjach Geranium robertianum (Geraniaceae) Rozprawa doktorska w zakresie nauk biologicznych dyscyplinie: biologii Praca wykonana pod kierunkiem Prof. dr hab. Małgorzaty Wierzbickiej Wydział Biologii Uniwersytetu Warszawskiego Promotor pomocniczy Dr Paweł Wąsowicz Islandzki Instytut Historii Naturalnej (Icelandic Institute of Natural History) Warszawa, lipiec 2018 Oświadczenie kierującego pracą Oświadczam, że niniejsza praca została przygotowana pod moim kierunkiem i stwierdzam, że spełnia ona warunki do przedstawienia jej w postępowaniu o nadanie stopnia doktora nauk biologicznych w zakresie biologii. Data Podpis kierującego pracą Oświadczenie autora pracy Świadom odpowiedzialności prawnej oświadczam, że niniejsza rozprawa doktorska została napisana przeze mnie samodzielnie i nie zawiera treści uzyskanych w sposób niezgodny z obowiązującymi przepisami. Oświadczam również, że przedstawiona praca nie była wcześniej przedmiotem procedur związanych z uzyskaniem stopnia doktora w innej jednostce. Oświadczam ponadto, że niniejsza wersja pracy jest identyczna z załączoną wersją elektroniczną. Data Podpis autora pracy Słowa kluczowe Geranium robertianum L.; populacje torowe; populacje leśne; zróżnicowanie fenotypowe; zróżnicowanie genetyczne; mikroewolucja Tytuł pracy w języku angielskim The phenotypic and genetic study on the microevolutionary change in populations of Geranium robertianum (Geraniaceae) Badania wykonane w ramach niniejszej pracy zostały sfinansowane ze środków na naukę w ramach następujących projektów badawczych: . Grant Narodowego Centrum Nauki – Opus, nr 2011/03/B/NZ8/03044: „Fenotypowe i genetyczne badania zmian mikroewolucyjnych w populacjach Geranium robertianum (Geraniacae)”. Kierownik projektu: Prof. dr hab. Małgorzata Wierzbicka. DSM 2014: pt. „Działanie herbicydu Roundup na torowiskową populację Geranium robertianum L.”. Kierownik projektu: Mgr Olga Bemowska-Kałabun. DSM 2015: pt. „Geranium robertianum na torach kolejowych – Kwitnienie i regeneracja liści u Geranium robertianum L. po działaniu herbicydem Roundup”. Kierownik projektu: Mgr Olga Bemowska-Kałabun. Grantu Narodowego Centrum Nauki – Preludium, nr 2015/19/N/NZ8/00184: „Procesy zachodzące w siedliskach zmienionych antropogenicznie - herbicyd Roundup na torach kolejowych i skutki jego stosowania dla roślin Geranium robertianum”. Kierownik projektu: Mgr Olga Bemowska-Kałabun. PODZIĘKOWANIA Serdeczne podziękowania za opiekę, życzliwość, optymizm oraz za nieocenioną pomoc w trakcie realizacji niniejszej pracy doktorskiej chciałam złożyć prof. dr hab. Małgorzacie Wierzbickiej. Gorące podziękowania składam także dr Pawłowi Wąsowiczowi za poświęcony czas oraz okazaną pomoc. Ponadto szczególne podziękowania kieruję do: . Dr Łukasza Napory-Rutkowskiego z Zakładu Ichtiobiologii i Gospodarki Rybackiej Państwowej Akademii Nauk w Gołyszu oraz dr Zuzanny Nowak z Katedry Genetyki i Ogólnej Hodowli Zwierząt Szkoły Głównej Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie – za pomoc udzieloną w trakcie badań genetycznych; . Dr Agnieszki Abratowskiej z Pracowni Ekotoksykologii Wydziału Biologii Uniwersytetu Warszawskiego oraz Zespołu Laboratorium Mikroskopii Elektronowej, Instytut Biologii Doświadczalnej im. M. Nenckiego, Państwowej Akademii Nauk w Warszawie – za wprawcie udzielone w trakcie badań z wykorzystaniem transmisyjnej mikroskopii elektronowej; . Mgr Karola Torzewskiego z Katedry Ekologii, Biogeochemii i Ochrony Środowiska Uniwersytetu Wrocławskiego – za pomoc udzieloną na początku badań terenowych; . Dyrekcji Kampinoskiego Parku Narodowego – za zgodę na pobranie materiału do badań. Dziękuję także studentom, absolwentom, nauczycielom, współpracownikom, a także przyjaciołom z Pracowni Ekotoksykologii oraz innych Zakładów Wydziału Biologii Uniwersytetu Warszawskiego za wspaniałą atmosferę oraz udzielone wsparcie: . Dr Dorocie Panufnik-Mędrzyckiej, mgr Krzysztofowi Brzostowi, prof. dr hab. Mieczysławowi Kurasiowi, Jarosławowi Kurasiowi, dr Magdalenie Michalskiej-Kacymirow, dr Piotrowi Zaniewskiemu, mgr Wandzie Cegiełkowskiej, mgr Karolinie Bodzon; . Dr Julicie Nowakowskiej z Pracowni Mikroskopii Elektronowej i Konfokalnej, prof. dr hab. Elżbiecie Romanowskiej wraz z Zespołem Zakładu Molekularnej Fizjologii Roślin, dr hab. Bożenie Szal i dr Monice Ostaszewskiej-Bugajskiej wraz z Zespołem Zakładu Anatomii i Cytologii Roślin, prof. dr hab. Barbarze Sudnik-Wójcikowskiej wraz z Zespołem Zakładu Ekologii Roślin i Ochrony Środowiska; . Annie Zawadzkiej, Agnieszce Boguckiej, Katarzynie Idzkiewicz, Agnieszce Ignasik, Zuzannie Tarnawskiej, mgr Aleksandrze Naziębło, mgr Katarzynie Krawczak oraz wielu innym. Na koniec pragnę podziękować najbliższym przyjaciołom oraz całej mojej Rodzinie, szczególnie mojemu mężowi Mateuszowi i rodzicom Alicji i Waldemarowi za wiarę we mnie oraz ogromne wsparcie. SPIS TREŚCI SPIS TREŚCI SPIS TREŚCI ............................................................................................................................................ I STRESZCZENIE W JĘZYKU POLSKIM ............................................................................................... IV STRESZCZENIE W JĘZYKU ANGIELSKIM ......................................................................................... VI I. WSTĘP .................................................................................................................................................1 I.1. MIKROEWOLUCJA I POWSTAWANIE NOWYCH FORM ROŚLIN NA TERENACH ANTROPOGENICZNIE ZMIENIONYCH ..............................................................................................................................1 I.2. TORY KOLEJOWE – „POLIGON BADAWCZY” DO BADANIA PROCESÓW MIKROEWOLUCYJNYCH .....3 I.3. GŁÓWNE ZANIECZYSZCZENIA NA TORACH KOLEJOWYCH .............................................................3 I.3.1. METALE CIĘŻKIE ........................................................................................................................3 I.3.2. WIELOPIERŚCIENIOWE WĘGLOWODORY AROMATYCZNE .................................................................5 I.3.3. POLICHLOROWANE BIFENYLE ......................................................................................................6 I.3.4. SUBSTANCJE ROPOPOCHODNE ......................................................................................................7 I.3.5. HERBICYDY ...............................................................................................................................8 I.4. SKUTKI STOSOWANIA HERBICYDÓW NA TORACH KOLEJOWYCH .................................................10 I.4.1. HERBICYD ROUNDUP I JEGO SUBSTANCJA CZYNNA – GLIFOSAT .....................................................10 I.5. ROŚLINNOŚĆ WYSTĘPUJĄCA NA TORACH KOLEJOWYCH ..............................................................12 I.6. BIOLOGIA I EKOLOGIA GERANIUM ROBERTIANUM L......................................................................13 I.7. EKOLOGIA MOLEKULARNA ...........................................................................................................15 I.7.1. MARKERY MOLEKULARNE.........................................................................................................17 I.7.2. AFLP – POLIMORFIZM DŁUGOŚCI AMPLIFIKOWANYCH FRAGMENTÓW ............................................18 II. CELE PRACY ....................................................................................................................................20 III. MATERIAŁY I METODY ................................................................................................................21 III.1. OBIEKT BADAŃ I MIEJSCE BADAŃ ..............................................................................................21 III.2. PRACE TERENOWE......................................................................................................................22 III.2.1. BADANIA BIOMETRYCZNE ROŚLIN WYKONANE W TERENIE .........................................................22 III.2.2. POMIARY NATĘŻENIA ŚWIATŁA W TERENIE ...............................................................................24 III.3. BADANIA ROŚLIN WYHODOWANYCH W SZKLARNI ....................................................................25 III.3.1. TESTY KIEŁKOWANIA NASION .................................................................................................25 III.3.2. HODOWLA ROŚLIN G. ROBERTIANUM ........................................................................................25 III.3.3. BADANIA BIOMETRYCZNE ROŚLIN WYHODOWANYCH W SZKLARNI ..............................................27 III.3.4. POMIAR NATĘŻENIA ŚWIATŁA W SZKLARNI ...............................................................................29 III.3.5. POMIARY ZAWARTOŚCI ANTOCYJANÓW W ROŚLINACH G. ROBERTIANUM ......................................29 III.3.6. TOLERANCJA NA SUSZĘ ROŚLIN G. ROBERTIANUM ......................................................................30 III.3.7. WPŁYW HERBICYDU ROUNDUP NA ROŚLINY G. ROBERTIANUM ....................................................30 III.3.7.1. PRZYGOTOWANIE ROZTWORÓW HERBICYDU ROUNDUP ......................................................30 III.3.7.2. PRZEPROWADZONE OBSERWACJE .....................................................................................31 III.3.7.3. PRZYGOTOWANIE MATERIAŁU DO BADAŃ W TEM .............................................................31