Лесная селекция и генетическое разнообразие древесных пород

А.Л.  Федорков

doi:10.37482/0536-1036-2024-1-23-32

Авторы

А.Л. Федорков Институт биологии Коми НЦ УрО РАН https://orcid.org/0000-0001-7800-7534

DOI:

https://doi.org/10.37482/0536-1036-2024-1-23-32

Ключевые слова:

генетическая изменчивость, генетическое разнообразие, клоновое лесоводство, лесная селекция, соматический эмбриогенез, фоновое опыление, число клонов

Аннотация

В научной литературе представлены различные мнения о связи лесной селекции и генетической изменчивости древесных пород. Целью данной работы является обзор современной отечественной и зарубежной литературы о влиянии селекционных мероприятий на уровень генетического разнообразия лесных древесных пород. Сохранение достаточной генетической изменчивости необходимо для адаптации к изменениям внешней среды, а также долговременной селекции. Поскольку источником улучшенных семян для воспроизводства лесов являются лесосеменные плантации, детально рассмотрено влияние на уровень генетической изменчивости потомства таких факторов, как число клонов и фоновое опыление. Приведены данные о минимальном числе клонов на лесосеменных плантациях в различных странах, обсуждается значение изменчивости клонов по фертильности. Обращено внимание на важность фонового опыления на лесосеменных плантациях, которое, с одной стороны, снижает эффект селекции, а с другой, повышает уровень генетической изменчивости потомства. Уменьшение генетического разнообразия древесных пород может происходить при клоновом отборе, являющемся основой клонового лесоводства, однако анализ литературных источников свидетельствует, что при соблюдении научных рекомендаций сокращение генетического разнообразия минимально. Использование при соматическом эмбриогенезе ели европейской семян от контролируемых скрещиваний плюсовых деревьев, отобранных в результате генетической оценки (так называемое семейное лесоводство с вегетативным размножением), повышает уровень генетической изменчивости потомства. Показано, что система селекции множественных популяций (multiple population breeding system) позволяет объединить интенсивную долговременную селекцию и сохранение генофонда древесных пород. Сделан вывод, что реализация оптимально спланированных селекционных программ древесных пород не приводит к значительному сужению генетического разнообразия. Напротив, лесная селекция способствует сохранению лучшего генофонда, передавая его при воспроизводстве лесов через улучшенные семена и клоны в искусственные насаждения. Кроме того, объекты лесного семеноводства, такие как архивы клонов плюсовых деревьев, лесосеменных плантаций, испытательные культуры, содержат ex situ ценный генетический материал.

Скачивания

Данные скачивания пока недоступны.

Биография автора

А.Л. Федорков, Институт биологии Коми НЦ УрО РАН

д-р биол. наук, вед. науч. сотр.; ResearcherID: C-8811-2009

Библиографические ссылки

Алтухов Ю.П. Генетические процессы в популяциях. 3-е изд., перераб. и доп. М.: Академкнига, 2003. 431 с. Altukhov Yu.P. Genetic Processes in Populations. Mosсow, Akademkniga Publ., 2003. 431 p. (In Russ.).

Бондаренко А.С., Жигунов А.В., Левкоев Э.А. Влияние селекционных мероприя- тий на фенотипическое и генетическое разнообразие семенного потомства плюсовых де- ревьев ели европейской и сосны обыкновенной // Изв. СПбЛТА. 2016. Вып. 216. С. 6–17. Bondarenko A.S., Zhigunov A.V., Levkoev E.A. Impacts of Selection Activities on Phenotypic and Genetic Diversity of Norway Spruce and Scotch Pine Plus Tree Seed Progenies. Izvestia Sankt-Peterburgskoj Lesotehniceskoj Akademii = News of the Saint Petersburg Forest Technical Academy, 2016, iss. 216, pp. 6–17. (In Russ.). http://dx.doi.org/10.21266/2079-4304.2016.216.6-17

Иваницкая С.И. Оценка эффективности плантационного семеноводства по данным молекулярно-генетического анализа // Сохранение лесных генетических ресур- сов Сибири: материалы 3-го Междунар. совещ., Красноярск, 23–29 авг. 2011 г. Красно- ярск: Ин-т леса им. В.Н. Сукачева СО РАН, 2011. С. 56–57. Ivanitskaya S.I. Assessment of Efficiency Seed Production of Plantations Based on Molecular and Genetic Analysis. Conservation of Forest Genetic Resources in Siberia: Proceedings of the International Symposium, August 23–29, 2011. Krasnoyarsk, V.V. Sukachev Institute of Forest Publ., 2011, pp. 56–57. (In Russ.).

Ильинов А.А., Раевский Б.В. Использование микросателлитных локусов в изучении плюсового генофонда сосны обыкновенной Pinus sylvestris L. в Карелии // Тр. КарНЦ РАН. 2018. № 6. С. 124–134. Il'inov A.A., Raevskij B.V. Analysis of the Pinus sylvestris L. Plus Tree Gene Pool in Karelia Using Microsatellite Loci. Trudy Karel'skogo nauchnogo centra RAN = Transactions of Karelian Research Centre RAS, 2018, no. 6, pp. 124–134. (In Russ.). https://doi.org/10.17076/eb840

Левкоев Э.А. Изучение генетического разнообразия в популяциях ели европей- ской на Восточно-Европейской равнине: автореф. дис. … канд. с-х. наук. СПб., 2018. 23 с. Levkoev E.A. Study of Genetic Diversity in Spruce Populations on East-European Plane: Kand. Agric. Sci. Diss. Abs. Saint-Petersburg, 2018. 23 p. (In Russ.).

Милютин Л.И., Новикова Т.Н. Дискуссионные проблемы лесной генетики и селекции // Лесоведение. 2019. № 6. С. 585–589. Milyutin L.I., Novikova T.N. The Discussion Problems of Forest Genetics and Tree Breeding. Lesovedenie = Russian Journal of Forest Science, 2019, no. 6, pp. 585–589. (In Russ.). https://doi.org/10.1134/S0024114819060068

Сурсо М.В. Лесообразующие хвойные Европейского Севера России: репродук- тивная биология, внутривидовая дифференциация, генетический полиморфизм. Екате- ринбург: ИЭПС УрО РАН, 2007. 253 с. Surso M.V. Forest-Forming Coniferous Plants of the European North of Russia: Reproductive Biology, Intraspecific Differentiation, Genetic Polymorphism. Ekaterinburg, UrO RAN Publ., 2007. 253 p. (In Russ.).

Тараканов В.В., Паленова М.М., Паркина О.В., Роговцев Р.В., Третьякова Р.А. Лесная селекция в России: достижения, проблемы, приоритеты (обзор) // Лесохоз. ин- форм. 2021. № 1. С. 100–143. Tarakanov V.V., Palenova M.M., Parkina O.V., Rogovtsev R.V., Tret'jakova R.A. Forest Tree Breeding in Russia: Achievements, Challenges, Priorities (Overview). Lesohozjajstvennaja informacija = Forestry Information, 2021, no. 1, pp. 100–143. (In Russ.). https://doi.org/10.24419/LHI.2304-3083.2021.1.09

Третьякова И.Н., Иваницкая А.С., Пак М.Э. Продуктивность эмбриогенных клеточных линий и их сомаклональная изменчивость у лиственницы сибирской in vitro // Лесоведение. 2015. № 1. С. 27–35. Tretiakova I.N., Ivanitskaya A.S., Pak M.E. In vitro Productivity and Somaclonal Variability of Embryogenic Cell Lines of Siberian Larch. Lesovedenie = Russian Journal of Forest Science, 2015, no. 1, pp. 27–35. (In Russ.).

Царев А.П., Погиба С.П., Лаур Н.В. Генетика лесных древесных пород. М.: МГУЛ, 2010. 385 с. Tsarev A.P., Pogiba S.P., Laur N.V. Forest Genetics. Moscow, MGUL Publ., 2010. 385 p. (In Russ.).

Шигапов З.Х. Сравнительный генетический анализ лесосеменных плантаций и природных популяций сосны обыкновенной // Лесоведение. 1995. № 3. С. 19–24. Shigapov Z.Kh. Comparative Genetic Analysis of Seed Orchards and Natural Scots Pine Populations. Lesovedenie = Russian Journal of Forest Science, 1995, no. 3, pp. 19–24. (In Russ.).

Chen Z.-Q., Hai H.N., Helmersson A., Liziniewicz M., Hallingbäck H.R., Fries A., Berlin M., Wu H. Advantage of Clonal Deployment in Norway Spruce (Picea abies (L.) Karst). Annals of Forest Science, 2020, vol. 77, no. 1, 15 p. https://doi.org/10.1007/s13595-020-0920-1

Egertsdotter U. Plant Physiological and Genetical Aspects of the Somatic Embryogenesis Process in Conifers. Scandinavian Journal of Forest Research, 2019, vol. 34, no. 5, pp. 360–369. https://doi.org/10.1080/02827581.2018.1441433

El-Kassaby Y.A., Ritland K. Impact of Selection and Breeding on the Genetic Diversity in Douglas-Fir. Biodiversity Conservation, 1996, no. 5, pp. 795–813. https://doi.org/10.1007/BF00051787

Eriksson G. Pinus sylvestris. Recent Genetic Research. Uppsala, SLU Publ., 2008. 111 p.

Eriksson G., Ekberg I., Clapham D. Genetics Applied to Forestry. An Introduction. 3rd ed. Uppsala, SLU Publ., 2013. 208 p.

Fedorkov A., Lindgren D., Davis A. Genetic Gain and Gene Diversity Following Thinning in a Half-sib Plantation. Silvae Genetica, 2005, vol. 54, no. 4–5, pp. 185–189. https://doi.org/10.1515/sg-2005-0027

Funda T., Wennström U., Almqvist C., Torimaru T., Andersson Gull B., Wang X.-R. Low Rates of Pollen Contamination in a Scots Pine Seed Orchard in Sweden: the Exception or the Norm? Scandinavian Journal of Forest Research, 2015, vol. 30, no. 7, pp. 573–586. http://dx.doi.org/10.1080/02827581.2015.1036306

Haapanen M., Mikola J. Metsänjalostus 2050 – pitkän aikavälin metsänjalostusohjelma. Helsinki, Metla, 2008. 50 p.

Haapanen M., Jansson G., Nielsen U.B., Steffenrem A., Stener L.-G. The Status of Tree Breeding and its Potential for Improving Biomass Production – a Review of Breeding Activities and Genetic Gain in Scandinavia and Finland. Uppsala, SkogForsk, 2015. 55 p.

Ingvarsson P., Dahlberg H. The Effects of Clonal Forestry on Genetic Diversity in Wild and Domesticated Stands of Forest Trees. Scandinavian Journal of Forest Research, 2019, vol. 34, no. 5, pp. 370–379. https://doi.org/10.1080/02827581.2018.1469665

Jansson G., Danusevičius D., Grotehusman H., Kowalczyk J., Krajmerova D., Skrøppa T., Wolf H. Norway spruce (Picea abies (L.) H.Karst.). Forest Tree Breeding in Europe. Managing Forest Ecosystems, 2013, vol. 25, pp. 123–176. https://doi.org/10.1007/978-94-007-6146-9

Kang K., Harju A., Lindgren D., Nikkanen T., Almqvist C., Suh G.U. Variation in Effective Number of Clones in Seed Orchards. New Forests, 2001, vol. 21, no. 1, pp. 7–33. https://doi.org/10.1023/A:1010785222169

Konnert M., Fady B., Gömöry D., A’Hara S., Wolter F., Ducci F., Koskela J., Bozzano M., Maaten T., Kowalczyk J. Use and Transfer of Forest Reproductive Material in Europe in the Context of Climate Change. European Forest Genetic Resources Programme (EUFORGEN), 2015, Rome, EUFORGEN Publ. 75 p.

Krakau U.-K., Liesebach M., Aronen T., Lelu-Walter M.-A., Schneck V. Scots Pine (Pinus sylvestris L.). Forest Tree Breeding in Europe. Managing Forest Ecosystems, 2013, vol. 25, pp. 267–323. https://doi.org/10.1007/978-94-007-6146-9

Lelu-Walter M.-A., Thompson D., Harvengt L., Sanchez L., Toribio M., Pâques L. Somatic Embryogenesis in Forestry with a Focus on Europe: State-of-the-Art, Benefits, Challenges and Future Direction. Tree Genetics and Genomes, 2013, vol. 9, no. 4, pp. 883– 899. https://doi.org/10.1007/s11295-013-0620-1

Liesebach H., Liepe K., Bäucker C. Towards New Seed Orchard Designs in Germany – A Review. Silvae Genetica, 2021, vol. 70, pp. 84–98. https://doi.org/10.2478/sg-2021-0007

Lindgren D. The Role of Tree Breeding in Reforestation. Reforesta, 2016, no. 1, pp. 221–237. https://doi.org/10.21750/REFOR.1.11.11

Lindgren D., Prescher F. Clone Number for Seed Orchards with Tested Clones. Silvae Genetica, 2005, vol. 54, no. 2, pp. 80–92. https://doi.org/10.1515/sg-2005-0013

Namkoong G. A Control Concept of Gene Conservation. Silvae Genetica, 1984, vol. 33, no. 4–5, pp. 160–163.

Pliūra A., Eriksson G. Sustainable Gene Conservation of Pinus sylvestris in Lithuania. Baltic Forestry, 1997, no. 1, pp. 2–9.

Pollen Contamination in Seed Orchards. Proceedings of the Meeting of the Nordic Group for Tree Breeding. Umeå, SLU Publ., 1991. 119 p.

Pulkkinen P., Varis S., Pakkanen A., Koivuranta L., Vakkari P., Parantainen A. Southern Pollen Sired More Seeds than Northern Pollen in Southern Seed Orchards Established with Northern Clones of Pinus sylvestris. Scandinavian Journal of Forest Research, 2009, vol. 24, no. 1, pp. 8–14. https://doi.org/10.1080/02827580802592467

Rosvall O. Using Norway Spruce Clones in Swedish Forestry: General Overview and Concepts. Scandinavian Journal of Forest Research, 2019, vol. 34, no. 5, pp. 336–341. https://doi.org/10.1080/02827581.2019.1614659

Rosvall O. Using Norway Spruce Clones in Swedish Forestry: Swedish Forest Conditions, Tree Breeding Program and Experiences with Clones in Field Trials. Scandinavian Journal of Forest Research, 2019, vol. 34, no. 5, pp. 342–351. https://doi.org/10.1080/02827581.2018.1562566

Rosvall O., Almqvist C., Lindgren D. Experience from the Seed Orchard Programme (Review of the Swedish Tree Breeding Programme). Uppsala, SkogForsk, 2011, pp. 51–54.

Rosvall O., Bradshaw R., Egertsdotter U., Ingvarsson P.K., Wu H. Using Norway Spruce Clones in Swedish Forestry: Introduction. Scandinavian Journal of Forest Research, 2019, vol. 34, no. 5, pp. 333–335. https://doi.org/10.1080/02827581.2018.1562565

Rosvall O., Bradshaw R., Egertsdotter U., Ingvarsson P.K., Mullin T., Wu H. Using Norway Spruce Clones in Swedish Forestry: Implications of Clones for Management. Scandinavian Journal of Forest Research, 2019, vol. 34, no. 5, pp. 390–404. https://doi.org/10.1080/02827581.2019.1590631

Rungis D., Luguza S., Baders E., Škipars V., Jansons A. Comparison of Genetic Diversity in Naturally Regenerated Norway Spruce Stands and Seed Orchard Progeny Trials. Forests, 2019, no. 10. 11 p. https://doi.org/10.3390/f10100926

Ruotsalainen S. Increased Forest Production through Forest Tree Breeding. Scandinavian Journal of Forest Research, 2014, vol. 29, no. 4, pp. 333–344. http://dx.doi.org/10.1080/02827581.2014.926100

Ruotsalainen S., Persson T. Scots Pine – Pinus sylvestris L. (Best Practice for Tree Breeding in Europe). Uppsala, SkogForsk Publ., 2013, pp. 49–64.

Rusanen M., Napola J., Nikkanen T., Haapanen M., Herrala T., Vakkari P. Forest Genetic Resource Management in Finland. Helsinki: METLA Publ., 2004. 20 p.

Sonesson J., Bradshaw R., Lindgren D. Ecological Evaluation of Clonal Forestry with Cutting-Propagated Norway Spruce. Uppsala: SkogForsk, 2001. 59 p.

Sønstebø J.H., Tollefsrud M.M., Myking T., Steffenrem A., Nilsen A.E., Edvardsen Ø.M., Johnskås O.R., El-Kassaby Y.A. Genetic Diversity of Norway Spruce (Picea abies (L.) Karst.) Seed Orchard Crops: Effects of Number of Parents, Seed Year, and Pollen Contamination. Forest Ecology and Management, 2018, vol. 411, pp. 132–141. https://doi.org/10.1016/j.foreco.2018.01.009

Tikkinen M., Varis S., Peltola H., Aronen T. Norway Spruce Emblings as Cutting Donors for Tree Breeding and Production. Scandinavian Journal of Forest Research, 2018, vol. 33, no. 3, pp. 207–214. https://doi.org/10.1080/02827581.2017.1349925

Thompson D. Development of Improved Sitka Spruce for Ireland. Irish Forestry, 2013, vol. 70, no. 1–2, pp. 104–118.

Tollefsrud M.M., Friis Proschowsky G., Gömöry D., Bordács S., Ivanković M., Frýdl J., Alizoti P. Breeding Effects on Basic Material Including Conservation Strategy. Genetic Aspects in Production and Use of Forest Reproductive Material: Forest Genetic Resources Programme (EUFORGEN), European Forest Institute Publ, 2021, pp. 77–84.

Torimaru T., Wang X.-R., Fries A., Andersson B., Lindgren D. Evaluation of Pollen Contamination in an Advanced Scots Pine Seed Orchard. Silvae Genetica, 2009, vol. 58, no. 5–6, pp. 262–269. https://doi.org/10.1515/sg-2009-0033

Torimaru T., Wennstrom U., Andersson B., Almqvist C., Wang X.-R. Reduction of Pollen Contamination in Scots Pine Seed Orchard Crop by Tent Isolation. Scandinavian Journal of Forest Research, 2013, vol. 28, no. 8, pp. 715–723. https://doi.org/10.1080/02827581.2013.838298

Wu H. Benefits and Risks of Using Clones in Forestry – a Review. Scandinavian Journal of Forest Research, 2019, vol. 34, no. 5, pp. 352–359. https://doi.org/10.1080/02827581.2018.1487579