ΓΕΝΕΤΙΚΗ ΒΕΛΤΙΩΣΗ ΤΗΣ ΡΗΤΙΝΟΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΣΤΗ ΧΑΛΕΠΙΟ ΠΕΥΚΗ (PINUS HALEPENSIS MILL). H ΣΥΜΒΟΛΗ ΤΗΣ ΧΡΗΣΗΣ ΤΗΣ ΡΗΤΙΝΗΣ ΩΣ ΦΥΣΙΚΌ ΠΟΛΥΜΕΡΕΣ ΣΤΗ ΒΕΛΤΙΩΣΗ ΤΗΣ ΠΟΙΟΤΗΤΑΣ ΤΩΝ ΥΓΡΩΝ ΚΑΥΣΙΜΩΝ. Α. Σκαλτσογιάννης1, Κ. Τσανακτσίδης2, Ε. Κατσίδη2, Δ. Μήτρας1, Μ. Τσακτσίρα1 1 Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης, Σχολή Δασολογίας και φυσικού Περιβάλλοντος, Εργαστήριο Δασικής Γενετικής και Βελτίωσης Δασοπονικών Ειδών, Θεσσαλονίκη, ΤΘ 238, ΤΚ 54124 2 ΤΕΙ Δυτικής Μακεδεονίας, Σχολή ΣΤΕΦ, Τμήμα Τεχνολογιών Αντιρρύπανσης, Εργαστήριο Ποιοτικού Ελέγχου Καυσίμων,Κοίλα Κοζάνης 50100

Χαλέπιος πεύκη (Pinus halepensis Mill) αειθαλές κωνοφόρο δέντρο ύψους 5-20 μέτρων οικογένεια Pinaceae, γένος Pinus είδος με μεγάλη προσαρμοστική ικανότητα και λιτοδίαιτο αναπτύσσεται σε πολύ διαφορετικά εδάφη φωτόφιλο και ανθεκτικό στην ξηρασία πυρόφιλο είδος προσαρμοσμένο στις δασικές πυρκαγιές.

Γεωγραφική εξαπλωση Χαλεπίου πεύκης (Pinus halepensis Mill)

Σημασία της χαλεπίου πεύκης Το κυριότερο ρητινοπαραγωγό είδος παγκοσμίως (απόδοση ανά άτομο 3-5 Κg) Η ρητίνη της διαθέτει την καλύτερη ποιοτική σύσταση παγκοσμίως Το ξύλο της είναι κατάλληλο για διάφορα προϊόντα (πριστή ξυλεία, στύλοι, αντικολλητά, χαρτοπολτός, μοριοπλάκες κ.α. Ένα από τα κυριότερα μελισσοκομικά είδη

Ρητίνη παχύρρευστο, άχρωμο υγρό που εκκρίνεται από ορισμένα είδη κωνοφόρων δέντρων (κυρίως πεύκων) όταν πληγωθούν, θέτοντας στο σημείο τραυματισμού ένα εμπόδιο απέναντι στην αποξήρανση του ιστού και στην επίθεση των εντόμων και των παθογόνων. Η ροή της ρητίνης γίνεται από ρητινοφόρους αγωγούς. Χημική πρώτη ύλη: μείγμα τερπενοειδών και λιπαρών οξέων, πτητικά (τερεβινθέλαιο) και μη πτητικά (κολοφώνιο).

Ρητίνη Το τερεβινθέλαιο: αποτελείται από δυο κλάσεις-τάξεις τερπενίων, τα μονοτερπένια και τα σεσκιτερπένια που συνιστούν το 15% του βάρους της ρητίνης και αποτελούν την τουρπεντίνη. Το κολοφώνιο: αποτελείται από τα διτερπένια και τα οξυγονωμένα προϊόντα αυτών, τα ρητινικά οξέα, συστατικά που αποτελούν το 70% του βάρους της ρητίνης.

Συλλογή της ρητίνης Στην Ελλάδα ρητινεύεται κυρίως η χαλέπιος πεύκη (Pinus halepensis) και σε μικρό ποσοστό η τραχεία πεύκη (Pinus brutia) Οι περιοχές όπου και εξακολουθεί να ασκείται η εργασία της ρητινοσυλλογής είναι κατά κύριο λόγο, οι νομοί Χαλκιδικής και Εύβοιας. Η ρητίνευση γίνεται με δυο βασικές μεθόδους: με πελέκηση και με αποφλοίωση και επίπαση με διάλυμα ή πάστα θειικού οξέος.

Συλλογή της ρητίνης

Χρήσεις της ρητίνης Η χρήση της ρητίνης από τον άνθρωπο είναι γνωστή περίπου από το 500 π.Χ.(Θεόφραστος). Παραδοσιακά, είναι γνωστή η χρησιμοποίηση της για: φωτισμό φάρμακο συντηρητικό σε ξύλινες κατασκευές (κολοφώνια πίσσα) ταρίχευση νεκρών στεγανοποίηση των ξύλινων ενώσεων των πλοίων πολύτιμο υλικό για την παρασκευή του “υγρού πυρός” παρασκευή του κρασιού ρετσίνα από αμνημονεύτων ετών.

Χρήσεις της ρητίνης Η ρητίνη χρησιμοποιείται ως πρώτη ύλη παραγωγής μεγάλης ποικιλίας προϊόντων: λιπαντικά πλαστικά αντιδιαβρωτικά αδιάβροχα υλικά καταλύτες καλλυντικά χρώματα φάρμακα κόλλες κ.ά

Χρήσεις της ρητίνης Λόγω της ανάπτυξης της επιστήμης της χημείας και της χημικής βιομηχανίας, η ρητίνη μπορεί δυνητικά να χρησιμοποιηθεί ως πρώτη ύλη στη παραγωγή περισσοτέρων από 6000 δευτερογενών προϊόντων.

Χρήσεις της ρητίνης Η συλλογή ρητίνης συνοδεύεται από πολλά κοινωνικά και οικονομικά οφέλη: Παροχή απασχόλησης και βελτίωση του εισοδήματος κατοίκων αγροτικών και ορεινών περιοχών Βελτίωση της αποδοτικότητας των δασικών εργασιών. Βελτίωση της ανταγωνιστικότητας της εγχώριας βιομηχανίας μέσω της παραγωγής προϊόντων υψηλής προστιθέμενης αξίας και ενίσχυση της εξαγωγικής δραστηριότητας

Η ρητίνη και η ρητινοσυλλογή σήμερα Η Ελλάδα αποτέλεσε την πρώτη ρητινοπαραγωγό χώρα παγκοσμίως κατά τις δεκαετίες 50’ και 60’. Έκτοτε, παρατηρείται πτώση της δραστηριότητας της ρητινοσυλλογής η οποία συνδέεται με: -Τραχύτητα του επαγγέλματος - Άνοδος του κόστους εργασίας -Μείωση της έκτασης των ρητινευόμενων δασών (πυρκαγιές) -Χαμηλές τιμές της ρητίνης -Παραγωγή πετροχημικών υποκατάστατων των συστατικών της ρητίνης

ΜΕΘΟΔΟΙ ΚΑΙ ΥΛΙΚΑ

Επιλογή άριστων σε παραγωγή ρητίνης φαινοτύπων-γενοτύπων χαλεπίου πέυκης Μαζική επιλογή (επιλογές ρητινοσυλεκτών με κριτήριο την υψηλή και σταθερή από έτος σε έτος απόδοση σε ρητίνη) Επιλογή με βάση τη σταθερότητα της απόδοσης του συγκεκριμένου γνωρίσματος στο χρόνο (2006,2007)

Εμβολιασμός Συλλογή και διατήρηση εμβολίων Η εφαρμογή τεχνικής, με επιδίωξη την ένωση ενός εμβολίου (βλαστικό τμήμα ενός φυτού), που προέρχεται από ένα δέντρο «δότη», με ένα υποκείμενο, συνήθως σπορόφυτο. Συλλογή και διατήρηση εμβολίων -Ιανουάριος 2007 -Εμβόλια Χ1 έως Χ10 και Ε1 έως Ε10 ηλικίας ενός έτους -Άνω 2/3 της κόμης -Διατήρηση σε υγρασία και τοποθέτηση στο ψυγείο στους 4°C

Εμβολιασμός Διενέργεια εμβολιασμών - Μάρτιος του 2007 - Μάρτιος του 2007 Υποκείμενα σπορόφυτα χαλεπίου πεύκης ηλικίας (2) ετών. - Χρησιμοποιήθηκαν οι ακόλουθες τρεις τεχνικές: α) Η μέθοδος του εμβολιασμού σε Σχισμή β) Η μέθοδος του εμβολιασμού Αγγλικού τύπου γ) Η μέθοδος του Πλάγιου εμβολιασμού

Πλάγιος εμβολιασμός

Εμβολιασμός σε σχισμή

Εμβολιασμός Αγγλικού τύπου

Ταυτοποίηση με μοριακούς δείκτες τύπου RAPD Η τεχνική περιλαμβάνει τη χρήση ενός μόνο τυχαίου εκκινητή ο οποίος μπορεί να υβριδίσει σε έναν αριθμό θέσεων στο γένωμα και τα τμήματα του DNA, που προκύπτουν από την ενίσχυση (ζώνες RAPD), διαχωρίζονται μεταξύ τους με ηλεκτροφόρηση σε πήκτη αγαρόζης, η οποία βάφεται (EtBr) και τοποθετείται για παρατήρηση κάτω από υπεριώδη ακτινοβολία UV.

Ταυτοποίηση με μοριακούς δείκτες τύπου RAPD Οι πολυμορφισμοί ανιχνεύονται από την παρουσία ή την απουσία της ζώνης και προκύπτουν κυρίως από διαφορές στην αλληλουχία των περιοχών σύνδεσης των εκκινητών. Είναι κυρίαρχοι δείκτες και διαλληλικοί (δηλαδή εκφράζονται μόνο δυο αλληλόμορφα σε κάθε θέση).

Ταυτοποίηση με μοριακούς δείκτες τύπου RAPD Φυτικό υλικό Ενδοσπέρμια και έμβρυα, φυτρωμένων σπόρων 4 επιλεγμένων ως προς τη παραγωγή ρητίνης, ατόμων χαλεπίου πεύκης (2 Χαλκιδική και 2 Εύβοια). Eκχύλιση και απομόνωση του DNA Η εκχύλιση του DNA έγινε σύμφωνα με τη μέθοδο CTAB (Doyle and Doyle, 1987), με κάποιες τροποποιήσεις.

Ταυτοποίηση με μοριακούς δείκτες τύπου RAPD Ενίσχυση του DNA Η ενίσχυση του DNA μέσω της PCR πραγματοποιήθηκε σε συσκευή θερμικών κύκλων με το πρόγραμμα των Gomez et al. 2001. Ο όγκος του μίγματος αντίδρασης ήτανε 25μl και περιείχε: 2,5 μl 10X Buffer, 2 mM Mg2+, 200 μM dNTPs, 200 nM εκκινητή, 0,75 U Taq πολυμεράση, 10 ng DNA Εκκινητές: OPA01, OPA07, OPE02, OPH05, OPH07 και OPH09

Ταυτοποίηση με μοριακούς δείκτες τύπου RAPD Η καταγραφή των ζωνών RAPD έγινε με οριζόντια ηλεκτροφόρηση σε πηκτή αγαρόζης 1,5% η οποία περιείχε και διάλυμα EtBr. Το EtBr προσκολλάται στο DNA και το καθιστά ορατό κάτω από ακτινοβολία UV.

Ταυτοποίηση με μοριακούς δείκτες τύπου RAPD Απομονώθηκε, το DNA 7 ενδοσπερμίων και 1 εμβρύου κάθε ατόμου. Με αυτό το τρόπο στάθηκε δυνατό να βρεθεί ο γενότυπος του για κάθε γονιδιακή θέση, με στατιστική ασφάλεια (p=0,0078) και να αναχθούν οι δείκτες RAPD από κυρίαρχοι σε συγκυρίαρχοι.

Προσδιορισμός των φυσικοχημικών ιδιοτήτων του καυσίμου ντίζελ. Φυσικοχημικές ιδιότητες Καύσιμο ντίζελ Μέθοδοι προσδιορισμού Πυκνότητα 15oC, g/mL 0.820-0.845 ISO 3675/ASTM D 4052 Κινηματικό ιξώδες, (40oC) mm2/s (cSt) 2.00-4.50 ISO 3104 Αγωγιμότητα, pS/m (oC) - ASTM D 2624 Υγρασία mg/kg <200 ASTM D 1744 Σημείο ανάφλεξης, oC >55 ASTM D 93 Θερμογόνος Δύναμη, J/g >42600 ASTM D 4809

Προσδιορισμός του βέλτιστου πρωτόκολλου για την αφαίρεση της περιεχόμενης υγρασίας του υπό μελέτη καυσίμου Προστέθηκε σε διάφορα δείγματα καυσίμου 0.1 g ρητίνης. (Ο όγκος που προστέθηκε καθορίστηκε από τους περιορισμούς στην προσθήκη χημικών σε υγρά καύσιμα 1-6 κιλά/τόνο) Καταγράφηκε η μείωση της υγρασίας σε σχέση με το χρόνο παραμονής της ρητίνης στο δείγμα του καυσίμου Η ρητίνη απομακρύνθηκε μέσω της διήθησης (μέσω της ASTM D-1744 μεθόδου) και προσδιορίστηκε η υγρασία του δείγματος μέσω της αυτόματης ποτενσιομετρίας Karl Fisher. Μετά την πρώτη σειρά των πειραμάτων, διαπιστώθηκε ότι ο βέλτιστος χρόνος παραμονής της ρητίνης στο καύσιμο ήταν 120 λεπτά. Η διαδικασία επαναλήφθηκε κρατώντας σταθερό τον όγκο του καυσίμου (20 ml) και το βέλτιστο χρόνο και αρχικά αυξήθηκε σταδιακά η ποσότητα της ρητίνης που προστέθηκε στα δείγματα. Στη συνέχεια χρησιμοποιώντας πάλι 0.1 g ρητίνης, αυξήθηκε ο όγκος του καυσίμου από 20 ml έως 60ml (τρία δείγματα).

Προσδιορισμός των φυσικοχημικών ιδιοτήτων του καυσίμου μετά την χρήση της ρητίνης. Μία ποσότητα περίπου 1.000 κ.εκ. (1L) του καυσίμου ντίζελ επιλέχθηκε προκειμένου να καθοριστούν, χρησιμοποιώντας τις μεθόδους ASTM: η πυκνότητα, το κινηματικό ιξώδες, η αγωγιμότητα, η υγρασία, το σημείο ανάφλεξης και η θερμοκρασία ανάφλεξης, να πιστοποιηθεί η καταλληλότητα του ντίζελ και να προσδιοριστούν οι φυσικοχημικές του ιδιότητες. Για τον σκοπό αυτό, προστέθηκαν 5 gr ρητίνη σε ένα δείγμα του ίδιου καυσίμου ντίζελ ενός όγκου 1000 κ.εκ. (1L), σύμφωνα με την βέλτιστη αναλογία που προέκυψε από τα προηγούμενα πειράματα. Στη συνέχεια, το μίγμα διηθήθηκε μέσω της μεθόδου ASTM D- 2276 χρησιμοποιώντας τη συσκευή διήθησης Millipore.

ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ

ΕΠΙΛΟΓΗ Η χρήση της μεθόδου της μαζικής επιλογής, και της επιλογής που βασίζεται στη σταθερότητα της απόδοσης ενός γνωρίσματος στο χρόνο, κρίνεται απόλυτα επιτυχής. Συνολικά επιλέχθηκαν 22 άτομα από τη Χαλκιδική και τα 11 από τη Εύβοια.

Επιλεγμένα άτομα Χαλκιδικής ΧΑΛΚΙΔΙΚΗ Kg 1έτος Kg 2έτος Μ.Ο +Τ.Σ. Χ1 20 20±0 Χ13 11 13 12±1 Χ2 18 19±1 Χ14 16 14 15±1 Χ3 26 24 25±1 Χ15 17 19 18±1 Χ4 21 19±2 Χ16 15 14±1 Χ5 17±0 Χ17 12 12±0 Χ6 Χ18 Χ7 20±1 Χ19 33 31 32±1 Χ8 Χ20 Χ9 18±0 Χ21 22 22±0 Χ10 Χ22 16±1 Χ11 Χ12 29 25 27±2 Μ.Ο.±Τ.Σ. 18,2±1,20 17,7±0,99 18± 0,774

Επιλεγμένα άτομα Εύβοιας ΕΥΒΟΙΑ Kg 1έτος Kg 2έτος Μ.Ο. +Τ.Σ. Ε1 32 34 33±1 Ε2 24 22 23±1 Ε3 25 29 27±2 Ε4 23 21 22±1 Ε5 18 20±2 Ε6 21±1 Ε7 25±0 Ε8 26 24±2 Ε9 19 20±1 Ε10 26±3 Ε11 20 22±2 Μ.Ο. 24,54±1,09 23,35±1,35 24 ± 0,8579

Επίδραση της μεθόδου εμβολιασμού στο ποσοστό επιβίωσης των εμβολίων Επίδραση της μεθόδου εμβολιασμού στο ποσοστό επιβίωσης των εμβολίων Μέθοδος Εμβολιασμού Ποσοσ τό επιτυχί ας % Τ.Σ (S.Ε.) Αγγλικός τύπος Εμβολιασμού 92,83 3,330 Εμβολισμός σε Σχισμή 72,16 5,786 Πλάγιος Εμβολιασμός 62,66 6,244

Ταυτοποίηση των επιλεγμένων ατόμων Η γενετική ταυτότητα των επιλεγμένων ατόμων προκύπτει από τα αλληλόμορφα που εμφάνισε το κάθε άτομο για τις 68 γονιδιακές θέσεις. Έτσι καταρτίστηκε το γενετικό προφίλ των ατόμων της Χαλκιδικής και της Εύβοιας, που πήραν μέρος σε αυτό το πείραμα

Ταυτοποίηση των επιλεγμένων ατόμων Έγινε έλεγχος για την πιθανή ύπαρξη ίδιων γενοτύπων με βάση τις 68 γονιδιακές θέσεις. Όπως προκύπτει από τα αποτελέσματα, και τα 4 επιλεγμένα άτομα εμφανίζουν διαφορετικό γενότυπο.

Ταυτιζόμενοι και μοναδικοί γενότυποι ανά συνδυασμό γονιδιακών θέσεων για τα 4 άτομα Αριθμός γονιδιακών θέσεων #με ταυτιζόμενο γενότυπο #με μοναδικό γενότυπο #που ταυτίζονται εκτός 1 Γ.Θ. εκτός 2 Γ.Θ. εκτός 3 Γ.Θ. 1 4 1+2 …… 1+2+3+4+5+6 +7+8+9 2 1+2+3+4+5+6 +7+8+9+10 1+2+3+4.....+6 8 #: Αριθμός δέντρων Γ.Θ. : Γονιδιακή Θέση

Πιθανότητα δυο άτομα να έχουν ταυτιζόμενο γενότυπο, με βάση τον αριθμό των γονιδιακών θέσεων. Αριθμός γονιδιακών θέσεων 1 2 …. 9 .… 68 Πιθανότητα δυο άτομα να έχουν ταυτιζόμενο γενότυπο 3,8x10- 1 7,3x10- 4 2,7x10- 20

Οι γενότυποι των 4 ατόμων που ταυτοποιήθηκαν για το σύνολο των 9 γονιδιακών θέσεων που απαιτούνται για τον πλήρη διαχωρισμό τους ΓΟΝΙΔΙΑΚΕΣ ΘΕΣΕΙΣ 11 00

Τα αποτελέσματα του προσδιορισμού των φυσικοχημικών ιδιοτήτων του υπό μελέτη δείγματος ντίζελ Φυσικοχημικές ιδιότητες Καύσιμο ντίζελ Μέθοδοι προσδιορισμού Πυκνότητα 15oC, g/mL 0.833 ASTM D 1298 Κινηματικό ιξώδες, (40oC) mm2/s (cSt) 3.176 ASTM D 445 Αγωγιμότητα, pS/m (oC) 43 (27 o C) ASTM D 2624 Υγρασία mg/kg 157.3 ASTM D 1744 Σημείο ανάφλεξης, oC 63 ASTM D 93 Θερμογόνος Δύναμη, J/g 46126 ASTM D 4809

Βελτιστοποίηση των παραμέτρων για την αφαίρεση της υγρασίας μετά τη χρήση της ρητίνης ως φυσικό πολυμερές.

Οι φυσικοχημικές ιδιότητες του υπό μελέτη καυσίμου μετά τη χρήση της ρητίνης Φυσικοχημικές ιδιότητες Καύσιμο ντίζελ Μέθοδοι προσδιορισμού Πυκνότητα 15oC, g/mL 0.827 ASTM D 1298 Κινηματικό ιξώδες, (40oC) mm2/s (cSt) 3.216 ASTM D 445 Αγωγιμότητα, pS/m (oC) 11 (27 o C) ASTM D 2624 Υγρασία mg/kg 49.3 ASTM D 1744 Σημείο ανάφλεξης, oC 61 ASTM D 93 Θερμογόνος Δύναμη, J/g 46759 ASTM D 4809

Συγκριτικά αποτελέσματα Φυσικοχημικές ιδιότητες καυσίμου ντίζελ Πριν τη χρήση ρητίνης Μετά τη χρήση ρητίνης Πυκνότητα 15oC, g/mL 0.833 0.827 Κινηματικό ιξώδες, (40oC) mm2/s (cSt) 3.176 3.216 Αγωγιμότητα, pS/m (oC) 43 (27 o C) 11 (27 o C) Υγρασία mg/kg 157.3 49.3 Σημείο ανάφλεξης, oC 63 61 Θερμογόνος Δύναμη, J/g 46126 46759

Ευχαριστώ για την προσοχή σας!