Лекция-01.
02.09.2006.
Тема: «Лесная селекция, её роль в лесном хозяйстве и место в лесоводственной науке».
Вопросы.
Лесная селекция как наука.
Общие задачи лесной селекции.
Исторические аспекты лесной селекции.
Связь лесной селекции с другими науками.
Ключевые слова:
селекция, отбор, гибридизация, мутагенез, полиплоидия, теоретические разделы селекции, проблемы лесной селекции, задачи селекции, направления селекции.
Литература.
Гужов Ю.Л., Фукс А., Валичек П. Селекция и семеноводство культурных растений. – М.: Агропромиздат,1991. – 463 с. – (Учебники и учеб. Пособия для студентов высш. Учеб. Заведений).
Рокицкий.
Бессчетнов В.П. Полиморфизм казахстанских популяций облепихи крушиновидной (Hippophae rhamnoides L.) по хозяйственным и адаптивным признакам. Дис. док. биол. наук. Алматы, 1994. – 543 с.
Бессчетнов В.П.
Чмыр А.Ф., Бессчетнов В.П. Экология и культура облепихи Hippophae rhamnoides L. – СПб, СПбНИИЛХ, 1998. – 278 с.
Правдин, Л.Ф. Значение генетики в развитии учения о лесе /Л.Ф. Правдин// Научные основы селекции хвойных древесных пород. – М.: Наука, 1978. – с. 7 – 27.
Гуляев, Г.В. и др. Словарь терминов по генетике, цитологии, селекции, семеноводству и семеноведению /Г.В. Гуляев, В.В. Мальченко. – М.: Россельхозиздат, 1975. – 216 с.
Котов, М.М. Генетика и селекция: Учебник для вузов. Ч. 1./ М.М. Котов. – Йошкар-Ола: МарГТУ, 1997а. – 280с.
Кундзиньш, А.В. Лесная селекция / А.В. Кундзиньш, Г.А. Игаунис, Я.Я. Гайлис, Д.М. Пирагс, В.М. Роне, Э.Я. Ронис, В.П. Сарма, Я.Я. Смилга . – М.: Лесная промышленность, 1972. – 200 с.
Любавская, А.Я. Лесная селекция и генетика. – М.: Лесн. Пром-сть, 1982. – 220 с.
1. Лесная селекция как наука.
Решение проблемы повышения продуктивности лесов и охраны генофонда, по мнению Леонида Федоровича Правдина возможно только при условии широкого использования уже проверенных на практике и вновь рекомендуемых перспективных методов селекции лесных древесных пород, основанных на законах генетики. Сейчас это положение настолько широко усвоено лесоводами, что многие лесохозяйственные мероприятия (рубки главного и промежуточного пользования, лесные культуры, процессы предварительного и последующего естественного возобновления) дают ожидаемый эффект, если они проводятся с учетом современных достижений селекции (Правдин, 1978, стр.24).
Лесная селекция – сравнительно молодая отрасль лесной науки и лесохозяйственного производства, и сформировалась только в 30-е годы 20-го века. Вместе с тем, её значение как способа радикального повышения качества и продуктивности лесов в настоящее время получило всеобщее признание во всем мире.
Леонид Федорович Правдин (1978 стр. 7 – 9) дал конкретное определение положения генетики в системе биологических наук: «Генетика относится к фундаментальным разделам биологии и как таковая является составной частью каждого из всех таксономических подразделений» биологической науки (стр. 7).
«Изучая генетику леса, мы используем все уровни организации, но особое значение для нас имеет популяция»
Антонина Яковлевна Любавская (1982) в своем учебнике «Лесная селекция и генетика» приводит определение лесной селекции, не отделяя её от понятия «лесная селекция и генетика».
Лесная селекция и генетика - это наука об улучшении качества и повышении продуктивности лесов путем управления наследственностью и изменчивостью древесных и кустарниковых растений.
Селекцией (в общепринятом смысле) называют процесс выведения новых и улучшения существующих сортов растений и пород животных.
Этот термин происходит от латинского слова selectio, что в переводе означает отбор или выбор.
Первоначальное понятие селекции в буквальном смысле слова соответствовало содержанию работ по выведению новых сортов путем отбора и размножения лучших форм. Отбор (селекция) лучших форм из популяций дикорастущих видов растений является наиболее древним методом селекции.
Одно из современных определений науки лесная селекция сформулировал М.М. Котов (1997) в своем последнем учебнике «Генетика и селекция» (Котов, 1997). При этом М.М. Котов понятие «лесная селекция» отделяет от понятия «лесная генетика».
Лесная селекция – это наука, разрабатывающая теорию и методы выявления и практического использования существующих в природе форм и выведения новых сортов древесных и кустарниковых растений с целью повышения устойчивости, экологической ресурсной и рекреационной значимости растений и лесов.
Лесная генетика – это наука о закономерностях наследования и изменении наследственных основ организма лесных деревьев и кустарников.
Более широкое понятие о генетике определяет её как систему знаний о наследственности и изменчивости организмов. Соответственно, ветвь генетики, изучающая наследственность и изменчивость лесных организмов, относят к лесной генетике. При этом специфическим объектом лесной генетики выступают многолетние древесные и кустарниковые растения.
Попробуем рассмотреть содержание данного определения. Одним из центральных моментов лесной селекции является поиск в природе форм, несущих хотя бы один ценный признак (быстрый рост, высокое качество ствола, устойчивость к холодам, засухе, засоленности почв, вредителям и болезням, декоративность, технические и хозяйственные признаки плодов и семян и др.). Именно эти перспективные формы являются исходным материалом для создания новых высокопродуктивных и устойчивых сортов, обеспечивающих повышение качества используемых в лесном хозяйстве деревьев и кустарников. Вместе с тем в определении содержится указание на необходимость выведения новых сортов. Это соответствует современному состоянию лесной селекции, которая сейчас активно применяет широкий арсенал средств помимо отбора в природных популяциях.
Селекция лесных деревьев осуществляется путем практического применения лесной генетики и заключается обычно в испытании различных диких видов и их внутривидовых таксонов и определении, какие из них растут лучше при посадке в специфических условиях. В современных селекционных программах, реализующихся во многих странах с развитым лесоводством, предполагается достичь этого посредством отбора, например на быстроту роста или устойчивость к вредителям, высокое качество или декоративность древесины или повышенный выход и лучший химический состав живицы. Полученные таким образом новые формы (гибриды, а в перспективе и сорта) используются при закладке лесных культур, целевых промышленных плантаций, защитных и рекреационных насаждений.
Современная селекция (в целом), и лесная селекция в том числе, широко применяет при создании базы исходного материала для отбора гибридизацию, полиплоидию, мутагенез, методы биотехнологии и генной инженерии. Однако и в настоящее время отбор остается основой селекционной работы, а в лесной селекции – самым распространенным приемом селекционного совершенствования лесов. Именно с отбора исходных форм (плюсовых и элитных деревьев) начинается выведение сорта, и отбором заканчивается апробация выделенных форм и признание нового сорта.
Н.И. Вавилов (196****) называл селекцию наукой об эволюции растений и животных, управляемой человеком. Он выделял в селекции как науке следующие теоретические разделы.
Учение об основных направлениях селекционной работы (селекция на иммунитет, селекция на урожайность и технические качества продукции).
Учение об исходном материале.
Учение о наследственной изменчивости.
Учение о роли среды в выявлении сортовых признаков и свойств.
Теорию гибридизации.
Теорию селекционного процесса.
Частную селекцию отдельных культур (селекция сосны, селекция тополя, селекция облепихи и т.д.).
На текущий момент такое представление о структуре теоретических направлений в селекции как науке является общепризнанным во всем мире.
В соответствии со структурой основных теоретических разделов селекции (в целом), сформулированных Н.И. Вавиловым (19**), порядок организации работ по лесной селекции можно представить следующими основными этапами (по М.М. Котову, 1997):
Постановка задач и выбор направления селекции.
Изучение внутривидового полиморфизма, видового состава в пределах одного или нескольких близких родов с точки зрения соответствия их поставленной задаче.
Изучение особенностей наследования и изменчивости селектируемых признаков.
Выбор метода селекции.
Осуществление селекционного процесса.
Основные генетические законы едины для всего живого – и для деревьев, и для людей, и для плодовых мушек. Вместе с тем характер наследования признаков и методы экспериментирования с этими группами различны. Поэтому лесная селекция и лесная генетика представляют собой самостоятельную область изучения с характерными для неё проблемами.
Проблемы, стоящие перед лесной селекцией (по Дж. В. Райту, 1978, стр. 13).
В лесной селекции на современном этапе её развития при постановке задач и организации работ рассматривают следующие основные проблемы.
1. Использование в лесной селекции и лесной генетике косвенных признаков.
Известно, что проявление большинства отличительных признаков (фенотипа) живых организмов, в т.ч. деревьев и кустарников, контролируется генами и условиями внешней среды. Опознают гены косвенными методами (хотя, по сообщениям информационных агентств в США удалось «расшифровать» геном человека): выращиванием потомств деревьев (испытательные культуры) и наблюдения за их признаками. В этой связи методы испытания наследственных качеств деревьев и кустарников по их проявлению у потомства – неразрывно связанные этапы лесных селекционно-генетических исследований. Потомства (семенные или вегетативные) при их испытаниях выращивают в одинаковых условиях (на выровненном экофоне) и в нескольких повторностях опытов, что дает основания признать особи с преимуществами в проявлении признаков как наследственно обусловленные формы.
2. Фактор неопределенности и необходимость проведения продолжительных опытов.
Хотя в большинстве лесных исследований селекционеры приходят к выводам, что «потомки высоких деревьев растут быстрее», такие выводы обычны и однозначны, когда речь идет в отношении обычных хорошо изученных видов. На этой теоретической платформе построена вся работа по отбору плюсовых деревьев, в этом и состоит смысл их отбора. Однако в лесной селекции эти правила редко бывают абсолютными. Почти всегда существует некоторое количество деревьев с необъяснимой изменчивостью. Во многом данная ситуация обусловлена слабой изученностью объектов, недостаточной информационной базой об изменчивости и наследственности признаков древесных растений, несовершенством методологии и применяемых методик исследования. Благодаря этим многим неопределенностям продолжительность проведения опытов по селекции древесных пород оказывается весьма значительной. На современном этапе фактор продолжительности проведения исследований по лесной селекции является неотъемлемой чертой большинства практических и теоретических программ по лесной селекции.
3. Элемент времени.
Деревья и кустарники являются многолетними, и более того – долгоживущими организмами. Возраст некоторых деревьев исчисляется многими сотнями лет. Кроме того, им, как правило, до вступления в период плодоношения или семеношения требуется много лет. Этим селекция древесных и кустарниковых растений существенно отличается от селекции травянистых сельскохозяйственных культур. Последние в благоприятных условиях могут давать два урожая в год. Некоторые виды древесных пород образуют семена за несколько лет, другие же растут так быстро, что достигают возраста генеративной спелости к 10 годам. В этой связи селекционная работа с древесными и кустарниковыми породами достаточно сложна, а методы её проведения имеют свои особенности. Окончательный однозначный ответ на вопрос о наследственном превосходстве той или иной формы (плюсового дерева) или того или иного гибрида можно получить только в итоге длительных наблюдений, когда растения достигнут возраста спелости. На это могут уйти десятки лет. Вместе с тем время не является таким сильно ограничивающим фактором, как это может показаться поначалу. Трудности такого порядка можно облегчить одновременной работой по нескольким схемам. Достоверный результат по одной из них можно получить за 10 лет, по второй – за 11 лет, по третьей – за 12. Кроме того, сократить период до вступления в фазу плодоношения или семеношения можно с помощью прививок, которые начинают цвести в более раннем возрасте. В дополнение к этому существует возможность определения лучших по росту растений в раннем возрасте, например уже в питомнике. Главной проблемой в этом случае является обеспечение соответствия результатов ранней диагностики результатам оценок в возрасте рубки (например, в 40 и более лет). Обнадеживает то, что во многих подобных опытах полученные результаты заслуживают доверия.
Необходимость воспроизводства семян.
Возобновление растений семенами – обязательная часть любой селекционной работы. Особенно это касается селекции злаков, которые культивируют для получения урожая семян, следовательно, необходимо, чтобы их урожаи были высокими и регулярными. Деревья, как правило, выращивают не на семена, и у многих из них плодоношение либо не нужно вообще, либо желательно только иногда. В соответствии с этим лесной селекционер, желающий выяснить вопросы семеноводства, должен включить в план опытных работ проведение опытов по стимуляции цветения и семеношения (плодоношения).
Недостаток основной генетической информации о деревьях.
Селекция деревьев и кустарников на научной основе ведется уже более 150 лет, но только в последние 50 лет она стала интенсивной. Кроме того, многолетние по своей природе деревья и кустарники являются более сложным объектом селекционных исследований (смена поколений у них происходит за более продолжительные периоды, чем, например, у злаков, и оценку генетического качества объектов можно получить только в возрасте нескольких десятков лет – 50 и более). Это обусловливает сложность получения и как следствие недостаток генетической информации даже в отношении хорошо изученных древесных видов. Например, можно установить, что произойдет в первом поколении у сосны обыкновенной после самоопыления, но получить сведения об этом процессе в ряду хотя бы пяти поколений достаточно сложно, если не невозможно. Селекционерам лесоводам приходится работать над такими проблемами, которые уже решены для многих сельскохозяйственных культур (например, пшеницы или кукурузы). По тем же причинам приходится констатировать то, что селекционеры по зерновым работают, как правило, с материалом уже улучшенным в высшей степени, поскольку он подвергался отбору в десятках и сотнях поколений. Селекционеры-лесоводы обычно начинают работать с дикими разновидностями или с деревьями, среди которых отбор проводился не более, чем в двух – трех поколениях. Поэтому в селекции древесных пород скрыты огромные возможности улучшения растений, и многие простые опыты могут привести очень ощутимым результатам.