Генетика кедра сибирского

 

 

Минестерство образования и науки РФ

ФГБОУ ВПО «Сибирский государственный  технологический университет»

 

Факультет ЛТФ ЗДО

 

Кафедра селекции и озеленения

 

 

 

 

ГЕНЕТИКА КЕДРА СИБИРСКОГО

Пояснительная записка

 

 

 

        Руководитель:

                                                  ___________________

                                                                                   (подпись)

                                                                        ______________________________

                                                                                                                                                                         (оценка, дата)           

                                                      

                                                      Разработал: студент спец. 250100

                                               

                                                                       ___________________ К.В.Останин

                                                                                   (подпись)

                                                                      

                                                                         ______________________________

                                                                                                                                                                                     ( дата)           

                                                      

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

РЕФЕРАТ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

       ВВЕДЕНИЕ.

        Для сохранения биоразнообразия лесов, повышения их продуктивности и качественного состава важную роль играют лесная генетика, являющаяся теоретической основой лесной селекции и семеноводства. 

        Лесная  генетика проводит изучение фенотипической и генотипической структуры естественных и искусственных насаждений основных лесообразователей, в том числе подвергшихся антропогенным воздействиям, проведение генетического мониторинга лесных популяций. Ведется разработка методов улучшения ценных свойств происхождений, лесосеменных объектов, отдельных особей лесных древесных пород с помощью молекулярной диагностики. Изучается проявления наследования генетической изменчивости у древесных растений (в том числе и на молекулярном уровне). 

Разрабатываются мероприятия по рекультивации антропогенно трансформированных экосистем

       Свойства деревьев, изменяемые с помощью генной инженерии

Темпы роста.  
      Устойчивость к пестицидам и болезням  
      Устойчивость к гербицидам для увеличения урожая.  
      Солеустойчивость - позволит деревьям расти на почвах, засоленных при                   

ирригации древесных плантаций.  
      Химические композиции древесных волокон, особенно лигнина.  
      Чувствительность к длине светового дня.  
      Озоновая и стрессовая устойчивость.  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Нужны ли России лесная генетика и селекция?

Леса России занимают площадь  около 1/5 лесов планеты и содержат половину мировых запасов хвойных пород. Они играют огромную роль в глобальных процессах регулирования состояния окружающей среды и предотвращении негативных изменений климата. Все это объективно определяет статус нашей страны как многолесной державы.

Общепризнано, что экономическое  развитие стран сопровождается неблагоприятными нарушениями окружающей природной среды, и не только в пределах национальных территорий, но и планеты в целом. Прогноз развития этих процессов в мире показывает, что уже следующие поколения людей могут столкнуться с глобальной экологической катастрофой: климатическими аномалиями, исчезновением целых государств в связи с подъемом уровня Мирового океана и затоплением островных и низменных территорий, утратой ценных природных генетических ресурсов, нехваткой питьевой воды, опустыниванием земель.

Однако в отличие от других стран наши леса в большей своей части расположены в зоне достаточно сурового климата с вечной мерзлотой, с более коротким периодом вегетации, что делает их своеобразными. Они отличаются низкой продуктивностью, медленными темпами смены поколений и длительным и медленно протекающим процессом естественноголесовосстановления. Поэтому леса России более подвержены воздействию неблагоприятных природных и особенно техногенных факторов, неуклонно возрастающих с начала ХХ века, а также интенсивных промышленных рубок леса, вызывающих во многих случаях и во многих регионах страны неблагоприятную смену породного состава лесов и заметное обеднение их природного генофонда.

По данным инвентаризации 2004 года, в целом по России наблюдается  уменьшение удельного веса наиболее востребованных насаждений хвойных  пород и увеличение удельного  веса мягколиственных, что свидетельствует о продолжающейся смене породного состава лесонасаждений после их вырубки в наиболее богатых типах условий местопроизрастания. Во многих регионах наблюдается снижение процента площадей вырубок, возобновляющихся ценными породами естественным путем: в Республике Алтай - всего 22 %, на Камчатке - 30 %, в Алтайском крае, Республике Хакасия, Ставропольском крае, Челябинской области - 42-46 %, в Республике Карелия, Новгородской, Псковской областях - менее 60 % площади вырубок. Все эти процессы заметно отражаются на обеднении генофонда интенсивно эксплуатируемых лесов. Это уже привело к исчезновению "мачтовых сосен" на Среднерусской равнине, гнилеустойчивых осинников в лесной зоне, высокопродуктивных корабельных и устойчивых дубрав в лесостепи. Эти тенденции будут увеличиваться в связи с ухудшением экологической обстановки в мире и глобальными изменениями климата из-за неконтролируемого выброса парниковых газов, вызывающих во многих случаях в лесных фитоценозах развитие у растений хронического стресса, снижающего их природную устойчивость. Наиболее подвержены стрессу молодые растения, что влияет на сохранность лесных культур и является ограничивающим фактором наряду с несвоевременными уходами, технологическими ошибками и другими причинами. Так, по материалам инвентаризации 2004 года, в целом по России только 17 % лесных культур, созданных за последнее десятилетие, относятся к первому классу качества и выше, в Уральском регионе - 12, в Сибирском - 15 %, что свидетельствует о невысоком качестве создаваемых лесных культур и не гарантирует в будущем получение при их выращивании высокопродуктивных насаждений.

Накопление подобных фактов во многих странах и континентах  привело мировое сообщество к  пониманию на глобальном уровне того, что лес есть прежде всего сложно устроенная экологическая система, а не только средство производства древесины и поэтому необходим переход от простого пользования лесом к ответственному управлению им в рамках сложившихся экосистем. Наиболее важные задачи, стоящие перед мировой наукой в ХХI веке, были сформулированы мировым сообществом в международных конвенциях по биологическому разнообразию, изменению климата, сохранению водно-болотных угодий и в других документах.

Биологическое разнообразие предполагает изучение, сохранение, использование и воспроизводство генетического разнообразия, то есть генофонда лесов, что является основой для реализации идеи ответственного управления лесами, неистощительного и эффективного лесопользования.

Для научного обеспечения  при решении этих задач во многих странах мира были созданы и функционируют специальные структуры (лаборатории, кафедры, институты), которые ведут фундаментальные и прикладные исследования по лесной генетике и селекции.

В нашей стране в 1971 году был создан Центральный научно-исследовательский  институт лесной генетики и селекции, который возглавил селекционно-генетическую работу в СССР и стал координатором  работ, проводимых научно-исследовательскими учреждениями Рослесхоза в разных лесорастительных зонах. При институте был создан Проблемный совет по лесной генетике, селекции, семеноводству и интродукции, в состав которого вошли видные ученые страны и который определил основные направления селекционно-генетических исследований. В результате была заложена Государственная сеть географических культур основных лесообразующих пород для изучения генофонда, на основе которой в нашей стране разработано лесосеменное районирование древесных пород, чем был поставлен заслон неправомерному использованию инорайонных, непригодных для данных условий семян. Проведены важные исследования по биотехнологии древесных растений, мутагенезу, гибридизации, генетике онтогенеза и другим вопросам; разработаны нормативно-методические документы по многим направлениям, касающимся охраны генофонда, селекции, семеноводства, размножения, технологии создания лесосеменных плантаций и др. В лесхозах страны в разных зонах созданы научные и опытные селекционно-семеноводческие объекты по сосне, дубу, лиственнице и другим породам, начаты работы по выделению плюсовых деревьев, насаждений, генетических резерватов.

Выполненные в институте  исследования дали положительные результаты по селекции сосны на смолопродуктивность, кедра сибирского на урожайность орешков, разработан метод функциональных тестов, позволяющий осуществлять раннюю диагностику наиболее важных свойств древесных растений в условиях специального экологического питомника. Установлено, что однократный отбор плюсовых по смолопродуктивности деревьев сосны приводит к повышению смолопродуктивности их потомства на 60-70 %. Это позволяет выращивать в лесной зоне европейской части России (до Урала включительно) высокосмолопродуктивные искусственные насаждения сосны для получения ценных лесохимических продуктов. Кроме того, такие насаждения будут более устойчивы к корневой губке, наносящей в настоящее время огромный экономический ущерб лесохозяйственному производству. В условиях Горного Алтая проведена селекция кедра сибирского на урожай орехов. Выделены высокоурожайные клоны, подобраны опылители к ним, разработаны рекомендации производству по использованию селекционного материала. Показано, что плантационные культуры кедра, созданные прививкой от лучших клонов, позволяют получать урожай орехов, в 2-2,2 раза превышающий урожай лучших природных насаждений кедра. Разработанный метод функциональных тестов дает возможность уже в 3-летнем возрасте оценить потомство плюсовых деревьев сосны по генетически обусловленному потенциалу роста и уровню адаптивности, что в 10 раз быстрее по сравнению с испытательными культурами.

Указанные работы были представлены в 2006 году на конкурс "Рациональное природопользование и охрана окружающей среды - стратегия устойчивого развития России в ХХI веке", авторы их награждены дипломами министра природных ресурсов Российской Федерации.

Идея селекционно-генетического  улучшения лесов была принята  отечественными лесоводами и нашла свое отражение в "Концепции развития лесного хозяйства Российской Федерации на 2003-2010 гг.", одобренной правительством РФ. Ведущая роль генетических методов в растениеводстве подчеркнута в Законе Российской Федерации "О селекционных достижениях", в котором в ст. 24 отражена необходимость "стимулирования государством создания и использования селекционных достижений", так как "селекционные работы имеют приоритетное значение". Подобное утверждение содержит Федеральный закон "О семеноводстве", где в ст.15 говорится о необходимости государственной поддержки семеноводства.

Таким образом, в доперестроечный период в стране были созданы условия и определенные заделы для проведения работ по изучению генофонда наших лесов и использования его при лесовосстановлении. Разработана необходимая нормативно-методическая и законодательная база для дальнейшего совершенствования лесоводства и лесокультурного дела в соответствии с мировой тенденцией развития. Однако переход страны в новые экономические условия - к рыночным отношениям - резко изменил приоритеты в лесном деле. Это отразилось прежде всего на тематике научных исследований и получении госзаказа. Постепенно, в течение 10-15 лет, происходило свертывание научной деятельности по вопросам лесной генетики, селекции и структурам, которые раньше входили в состав института и ВНПО "Союзлесселекция". Аналогичные процессы происходили и в других отраслевых институтах системы МПР России. Появились пессимистические высказывания отдельных руководителей отрасли и даже публикации, в которых говорилось о недостаточной эффективности генетических методов, о нежелательных последствиях снижения биоразнообразия и устойчивости насаждений, созданных селекционным материалом, о несвоевременности этих исследований.

Это при всем при том, что лесные державы мира начали проводить исследования по лесной генетике и селекции еще в довоенный период и серьезно занимаются этими проблемами в настоящее время. Лесная генетика и селекция в России сделали только первые шаги, но и они уже дали немало положительного для практики, о чем я сказал выше. Выведение сортов - это длительный и трудоемкий процесс. Даже в сельском хозяйстве на однолетних культурах этот срок составляет 10-15лет, у лесных пород он будет значительно дольше. Следует иметь в виду, что количественные признаки, характеризующие рост и продуктивность, являются полигенными признаками с невысоким уровнем наследуемости, поэтому оказываются наиболее трудными для селекционного улучшения и при однократном отборе не могут (даже теоретически) привести к существенному увеличению продуктивности нового поколения. Необходим многократный отбор в потомствах или применение более сложных схем и методов селекции, а не только плюсовой. Однако у лесных селекционеров в настоящее время нет возможности для проведения поиска, разработки новых методов и теории лесной генетики и селекции, так как тематика госзаказа ориентирована только на проведение определенных работ, касающихся плюсовой селекции и составления нормативно-методических документов. Считается, что отраслевые институты должны использовать теорию и методы, разрабатываемые в академических учреждениях науки. Однако лесные растения представляют очень сложный объект для генетических исследований, и академические институты, не имеющие, как правило, необходимой экспериментальной базы для закладки длительных опытов с лесными древесными породами, не работают с ними, а используют другие, более простые объекты исследования. Даже общие подходы и методы, разработанные академической наукой, при использовании их применительно к древесным растениям нуждаются в существенной корректировке и адаптации. Поэтому отраслевые институты вынуждены заниматься не только прикладными вопросами, но и теорией и совершенствованием методов, хотя возможности такой у нас практически нет, так как направление исследований, их обеспечение определяются госзаказом.

По другим признакам - качеству ствола и древесины, смолопродуктивности у хвойных, урожайности орехов у кедра, устойчивости древесных пород к экстремальным воздействиям - определенное селекционное улучшение может быть получено в потомстве уже при однократном отборе плюсовых деревьев. Поэтому, осуществляя плюсовую селекцию, создавая в стране селекционные объекты постоянной лесосеменной базы, мы можем быть уверены, что размножение плюсовых деревьев позволит выращивать искусственные насаждения по продуктивности не хуже природных аналогов, но лучшего качества и в ряде случаев большей устойчивости к экстремальным факторам (например "меловая сосна" на смытых карбонатных почвах).

Не выдерживает критики  и замечание о возможности  снижения в результате селекции биоразнообразия и, следовательно, генетической изменчивости и устойчивости искусственных насаждений, созданных селекционным материалом. Лесоводы в первую очередь должны ориентироваться на использование сортов-популяций, сортов-эдафотипов, синтетических сортов, генетический полиморфизм которых будет достаточно высоким. Именно эти категории сортов предназначаются для выращивания искусственных массивных насаждений.

Отбор и размножение плюсовых деревьев, учитывая их высокий уровень  гетерозиготности и генетической неоднородности, выявляемых при испытании по потомству, при достаточно большом количестве деревьев на лесосеменной плантации, также не приведут к заметному снижению генетической изменчивости в последующих поколениях. Некоторое снижение полиморфизма в потомстве возможно только при использовании сортов-гибридов, созданных на основе чистолинейных сортов-клонов. Однако эта категория сортов предназначена для выращивания плантационных насаждений с коротким оборотом рубки, а не массивных лесных культур.

Предложение "повременить" с генетикой и селекцией означает остановиться в развитии этих вопросов, отстать от стран ближнего и дальнего зарубежья, забросить и обречь на потерю научной ценности многие опытные объекты, вступающие в пору наибольшей информативности, не изучать свой уникальный генофонд, который со временем будет иметь огромную коммерческую ценность как у нас в стране, так и на Западе и не использовать всеего преимущества для более успешного лесовосстановления вырубаемых лесов России в будущем. Согласиться с этим нельзя.

Известно, что наука сильна преемственностью поколений ученых и нарушение этого требования ведет к остановке прогресса. Еще науку можно остановить и удушить безденежьем и невостребованностью результатов. Достаточно вспомнить 1948 год, когда Советское государство начало борьбу с генетикой - "продажной девкой империализма", которая закончилась печально как для генетики, так и для государства. Последствия этой борьбы не преодолены в генетике до настоящего времени. Такой же сценарий может повториться в новой России, но уже в лесоводственной науке. Свидетельство этому - недавно принятый Лесной кодекс Российской Федерации, в котором слова "генетика" и "селекция" даже не упоминаются, хотя совсем недавно, в 2003 году, правительством РФ была принята "Концепция развития лесного хозяйства России на 2003-2010 гг.", в которой общие вопросы селекционно-генетического семеноводства были достаточно полно прописаны. Это означает, что государство как собственник лесов пошло на поводу у сильного лобби будущих арендаторов лесов, которым при наличии в стране определенного количества доступных для лесоэксплуатации хвойных насаждений недосуг заниматься вопросами эффективного лесовосстановления, семеноводства и тем более сохранения генофонда. Вторая причина такой политики - это экономическая слабость отрасли и невосприимчивость ее кразличного рода новациям, тем более не дающим быстрого экономического эффекта. Наука остается невостребованной. Уже витают в воздухе предложения о сокращении научных учреждений системы МПР России, в том числе и единственного в нашей стране Института лесной генетики и селекции. Нетрудно предсказать возможные последствия такой недальновидной политики и состояние наших лесов в недалеком будущем.