эволюция, управляемая человеком
advertisement
Лесная наука Эволюция, управляемая человеком Представление о селекции как науке, имеющей дело исключительно с отбором, в последнее время существенно расширилось. Лесная селекция сегодня занимается выведением и размножением ценных и биологически устойчивых форм лесных пород путем изменения их наследственных свойств в желательную для человека сторону. Сквозь призму этого рассматривается и приоритетная задача лаборатории лесной селекции и семеноводства Института леса НАН Беларуси. И задача эта в том, чтобы обеспечить лесное хозяйство страны качественным семенным материалом. Методические указания и рекомендации этого научного подразделения, касающиеся создания лесосеменных плантаций и лесных культур селекционным посадочным материалом, повышения урожайности хвойных пород, широко используются отечественными лесоводами. Достаточно сказать, что ежегодный экономический эффект от внедрения разработок лаборатории в лесном хозяйстве Беларуси составляет от 4 до 6 млрд рублей. Однако главный итог многолетней селекционной работы – создание постоянной лесосеменной базы основных лесообразующих пород Беларуси. В поисках элиты Элитой селекционеры называют растения, потомство которых обладает высоким уровнем проявления и наследования хозяйственно ценных признаков. Исследованиям в этом направлении лаборатория посвятила не один десяток лет. Начальным этапом селекционной работы стало выделение в естественных условиях плюсовых насаждений, то есть таких деревьев, которые по сравнению с другими, МАРТ 2015 рядом растущими одновозрастными деревьями той же породы обладают более высокими хозяйственными качествами и представляют собой ценность с точки зрения сохранения генетического разнообразия. Лаборатория лесной селекции и семеноводства Института леса НАН Беларуси образована в 1959 г. Сегодня в ее составе 12 сотрудников, в том числе четыре кандидата наук. Руководит подразделением кандидат сельскохозяйственных наук Александр Ковалевич. 7 Лесная наука Сегодня в Беларуси на территории разных лесофондодержателей числится почти 3,5 тысячи таких деревьев. Больше всего их на территориях, подведомственных Министерству лесного хозяйства, – более 2,7 тысяч. Совокупная площадь, занимаемая плюсовыми насаждениями, – более 1 370 га. Однако отбор деревьев только по внешним признакам не может считаться исчерпывающим. Так называемые испытательные культуры должны пройти еще один этап селекции на специальных полигонах, где в течение 40–50 лет наблюдаются и оцениваются их наследственные качества. Таких «проверенных» деревьев – кандидатов в элиту – сегодня на испытательных полигонах, в архивах клонов Института леса более 400. Именно эти испытанные плюсовые деревья используются для сбора семян и заготовки черенков с целью закладки лесосеменных плантаций, назначение которых – получение уже в промышленных объемах семян древесных пород с улучшенными качествами. Более 40% селекционного посадочного материала, предназначенного для дальнейшего лесовосстановления и лесоразведения, поступает в лесхозы Беларуси именно с лесосеменных плантаций. Следует заметить, что лесосеменные плантации первого поколения сегодня имеют уже весьма солидный возраст – от 25 до 40 лет. Поскольку заготовка семян с деревьев такого возраста сопряжена с большими затратами, плантации первого поколения постепенно выходят из оборота, а основные объемы заготовки переносятся на плантации второго поколения. Лесосеменные плантации второго поколения сегодня в Беларуси размещаются на площади свыше 600 га. – Это совершенно новый вид лесосеменных плантаций, которые создаются из посадочного материала с контролируемой генетической структурой, – подчеркивает кандидат сельскохозяйственных наук Александр Сидор, ведущий научный сотрудник лаборатории. – В перспективе это приведет к повышению продуктивности белорусских лесов на 10–15%. Иными словами, при создании меньшего объема лесных насаждений мы сможем получать гораздо больше древесины. Итоги многолетней селекционной работы аккумулирует база данных «Селекционный фонд лесных древесных пород Беларуси», представляющая собой одну из важнейших разработок лаборатории. Это бесценное хранилище информации обо всех значимых с точки зрения селекции объектах (плюсовых деревьях и плюсовых насаждениях, лесосеменных плантациях и т.д.), которое постоянно пополняется и обновляется, а значит, поддерживается в актуальном состоянии. Возрастная структура лесосеменных плантаций хвойных 8 МАРТ 2015 Лесная наука свяЗатЬ Генотип с Фенотипом Лаборатория лесной селекции и семеноводства очень тесно взаимодействует с лабораторией генетики и биотехнологии. – С одной стороны, в ходе совместной работы, , анализируется информация о биологических объектах по фенотипическим признакам, то есть по внешним проявлениям. С другой стороны, активно используются современные генетические методы описания растений, которые разрабатываются лабораторией генетики и биотехнологии, – поясняет ведущий научный сотрудник, кандидат биологических наук Андрей Кончиц. – В идеале хорошо, когда есть возможность связать генотип с фенотипом, т.е. увязать оба вида признаков – генетические и фенотипические, – развивает мысль Александр Сидор. – Это довольно сложная задача, которую мы решаем совместно. К тому же наша лаборатория является как бы поставщиком исходного материала для выращивания культур in vitro, клонирования и т.д. Простейший пример взаимодействия двух смежных областей – генетическая оценка семенного потомства конкретного древесного вида. Чтобы определить с помощью методов селекции, является ли этот генотип лучшим, нужны десятилетия. Генетический же анализ позволяет существенно ускорить решение этой задачи. Генетиками было подмечено, что лесосеменные плантации зачастую имеют генетическую структуру, отличную от структуры естественных популяций. А все потому, что при закладке этих плантаций использовалось недостаточное разнообразие клонов. Это противоречит принципам сохранения биологического разнообразия, т.к. полученные с этих плантаций семена также будут обладать иной генетической структурой, что в свою очередь может негативно отразиться на устойчивости вновь создаваемых насаждений. Располагая информацией о генетических характеристиках каждого клона, селекционеры создают сегодня плантации с контролируемой генетической структурой, где совокупный генетический портрет деревьев максимально приближен к генетическим характеристикам естественных насаждений. Обе лаборатории настолько тесно взаимодействуют, что сегодня уже невозможно сказать, кто кому в помощь – генетика селекции или наоборот. Без качественного семенного материала невозможно сохранить биологическое разнообразие, поскольку семена всегда представлены большим числом генотипов, чем клоны, и выращенные ОБЪЕКТЫ ПОСТОЯННОЙ ЛЕСОСЕМЕННОЙ БАЗЫ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ лесные генетические резерваты (шт./га) 17/4828 лесосеменные плантации (ЛСП) 1375,8 га постоянные лесосеменные участки (ПЛСУ) 235,7 га МАРТ 2015 плюсовые насаждения 1161,5 га плюсовые деревья 2727 шт. СЕЛЕКЦИОННОСЕМЕНОВОДЧЕСКИЕ ОБЪЕКТЫ СПЕЦИАЛЬНЫЕ ОБЪЕКТЫ географические культуры 83,4 га архивы клонов плюсовых деревьев 23,9 га маточные плантации 14,5 га испытательные культуры 71,3 га 9 Лесная наука из семян насаждения гораздо лучше выживают в есте­ ственных условиях. Клоны же идеально подходят для решения более специфических хозяйственных задач, например для более быстрого – буквально в течение 30–45 лет – получения древесины. Где лучше растет лиственница? Лиственница неприхотлива и требует минимального ухода. Она прекрасно приживается на участках, где ранее произошло усыхание ельников. Больше всего для нее подходят возвышенные, хорошо проветриваемые и освещенные территории. В течение первых 3–4 лет произрастания растение выходит из-под влияния травянистой растительности, кустарников, а к пятилетнему возрасту может достигнуть высоты 5 метров. В 2011 г. Институтом леса были разработаны и внедрены в действие методические указания по технологии закладки лесосеменных плантаций лиственницы европейской как очень перспективного для Беларуси вида. Сотрудники лаборатории селекции и семеноводства провели огромную работу по выделению плюсовых деревьев лиственницы. Сегодня таковых в Беларуси насчитывается около 150. В методических указаниях детально описан порядок проведения работ по закладке плантаций, включая рекомендации по подбору участка, почвы, оптимальных схем размещения посадочного материала и ухода, который должен обеспечить условия для активного плодоношения лиственницы. Ведь главная цель создания таких плантаций – это, конечно же, получение в необходимых объемах ценных по наследственным свойствам семян. Для облегчения процесса заготовки шишек рекомендовано, в частности, обезвершинивать деревья лиственницы в возрасте 8–10 лет путем срезания верхушки до высоты 4–5 метров с последующим подрезанием замещающих побегов. Массовое создание плантаций лиственницы в Беларуси началось в 2006 году. Их закладывали не только на экспериментальных базах института, но и в лесхозах. Ежегодно лесной фонд прирастал на 100– 250 гектаров лесных культур этого древесного вида. Больше всего лиственницы было высажено на территории Гродненской, Витебской, Могилевской и Минской областей. Что касается Гомельской области, то этот регион по природным условиям не совсем подходит для данного вида, за исключением, может быть, самой северной его части. К сожалению, в последнее время темпы закладки лесосеменных плантаций лиственницы несколько снизились. Созданные семенные плантации слишком молоды и пока еще не могут полностью обеспечить все лесхозы страны качественным семенным материалом. Хотя есть и весьма неплохие результаты. Например, Гродненский лесхоз на своих ЛСП уже собирает в год до 5–6 кг ценных семян лиственницы. – С точки зрения обычного человека, в лесу все деревья одного вида имеют схожие фенотипические признаки. На самом же деле все лесные деревья по внешнему облику (фенотипу) настолько богаты формами, разнообразны и изменчивы, что почти невозможно найти два экземпляра, которые были бы полностью сходны по строению, внешнему виду, – поясняет Андрей Кончиц. – У каждого клона – свой почерк, характеризующий тот или иной фенотип. Этот почерк и помогает селекционерам выявлять наиболее продуктивные деревья. Сегодня измерять и описывать фенотипы растений можно и с помощью компьютерных технологий. Во многих странах такие методы исследования используются в качестве дополнительных при анализе семенного материала. В лаборатории лесной селекции и семеновод­ства разработали программный продукт, который получил название «Программно-технологический комплекс по компьютерной биометрии семенного и посадочного материала». С помощью этого программного комплекса можно измерить любые метамеры. Так называют однородные объекты, которые в большом количестве имеются на деревьях, – листья, хвою, семена. Компьютер автоматически определяет некоторые характеристики совокупности метамеров, например IT на службе у селекции 10 МАРТ 2015 Лесная наука СТРУКТУРА БАЗЫ ДАННЫХ «СЕЛЕКЦИОННЫЙ ФОНД ЛЕСНЫХ ДРЕВЕСНЫХ ПОРОД БЕЛАРУСИ» ПЛХО ЛЕСХОЗ ЛЕСНИЧЕСТВО ПЛЮСОВЫЕ ДЕРЕВЬЯ y Местонахождение плюсового дерева y Таксационная характеристика насаждения y Характеристика плюсового дерева y Хозяйственные мероприятия y Данные об использовании черенков и семян y Генетические описания y Компьютерная биометрия y Местонахождение плюсового насаждения y Таксационная характеристика насаждения y Характеристика примыкающих насаждений y Хозяйственные мероприятия y Данные по заготовке семян длину, ширину, площадь, периметр. В итоге независимо от субъективных оценок человека, который проводит измерения, исследователи получают большой объем объективной информации. Зачастую такая информация помогает не только отличить один клон от другого, но и, например, по контурам семян определить отдельные характеристики всей семенной партии. Это повышает эффективность селекционно-генетических исследований в целом. Примечательно, что анализу на компьютере могут быть подвергнуты не только двухмерные (листовые МАРТ 2015 ПЛЮСОВЫЕ НАСАЖДЕНИЯ ЛЕСОСЕМЕННЫЕ ПЛАНТАЦИИ y Местонахождение лесосеменной плантации y Таксационная характеристика лесосеменной плантации y Сохранность деревьев y Хозяйственные мероприятия y Данные по заготовке семян y Генетическая структура плантации пластины), но и трехмерные (желуди, семена) объекты. Может быть проанализирована окраска семян и их крылаток, контуры деревьев без листьев, распределение на них ветвей по толщине, а также корневые системы саженцев и сеянцев. Достаточно активно программа используется при анализе приростных кернов. Выполнять такую работу вручную достаточно утомительно. С помощью же компьютерного анализа изображений намного легче исследовать чередование темных и светлых участков древесины и по ним определять ход роста дерева. ЛЕСНЫЕ ГЕНЕТИЧЕСКИЕ РЕЗЕРВАТЫ y Местонахождение резервата y Характеристика лесорастительных условий y Таксационное описание y Общая характеристика y Селекционная характеристика насаждений y Использование генетических ресурсов y Хозяйственные мероприятия В свое время выдающийся советский ученый Николай Иванович Вавилов назвал селекцию наукой об эволюции растений и животных, направляемой волей человека. Вся практика лесной селекции словно подтверждает правильность этого высказывания. Благодаря интеллекту человека создаются растения с заданными свойствами, улучшается породный и качественный состав лесов, повышается их продуктивность. Знакомство с селекционными достижениями Института леса убеждает в том, что вклад белорусских лесных селекционеров в этот процесс весом и многогранен. Татьяна АЗАРЕВИЧ 11
