Лесная селекция и генетика

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

ФГБОУ ВПО "Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет им. С.М. Кирова"

Кафедра лесных культур

Контрольная работа

по курсу: селекция растений

Выполнил:

студент ЛХФ,

Иванов Иван Иванович

Санкт-Петербург

2000 г.

Содержание

1. Генетическая оценка плюсовых деревьев по семенному потомству в испытательных культурах

2. Мутагенные факторы. Значение индуцированных мутаций в лесной селекции

3. Значение отдаленной гибридизации в селекции древесных пород

4. Селекция при интродукции лесных и декоративных древесных пород

5. Временные лесосеменные участки (ВЛСУ), их отвод, проведение селекционных мероприятий по повышению урожайности семян

6. Селекция осины: направления, методы, результаты

7. Расчёт площади объектов постоянной лесосеменной базы

Список литературы

1. Генетическая оценка плюсовых деревьев по семенному потомству в испытательных культурах

Плюсовые деревья отбираются для определенных селекционных целей (быстрота роста, очищенность от сучьев, смолопродуктивность, технические и декоративные свойства древесины и т.д.). Эти деревья представляют необходимую часть общей вариабельности вида и представляет генетическую ценность в связи с отбором их в определенном направлении.

Плюсовое дерево - это самое лучшее дерево по продуктивности и хозяйственной ценности формы, выделенной в результате генетико-селекционного анализа популяции данного вида в определенных конкретных лесорастительных условиях. В обширных естественных ареалах у видов лесообразователей меняется доля участия ценных форм в общем составе древостоев и сочетание в них морфологических и хозяйственных признаков. Поэтому критерии для выделения плюсовых деревьев конкретизируются в зависимости от внутривидовой таксономии данной древесной породы. Общим при этом является то, что критерием для выделения насаждений определенной селекционной категории будет доля участия в них плюсовых деревьев, выделенных в данных лесорастительных условиях. В итоге многолетней работе по селекционной инвентаризации естественных насаждений и культур основных пород лесообразователей России к плюсовым деревьям выработаны нормативы требований.

Плюсовое дерево должно значительно превосходить соседние деревья по росту и диаметру и, в конечном счете, по массе древесины. При обязательной одновозрастности и одинаковой площади питания с рядом растущими одновидовыми экземплярами они должны иметь высокий прирост в высоту и по диаметру, хорошее самоочищение от тонких сучьев, без наростов на стволе и косослоя, полнодревесный и прямой ствол, устойчивость к болезням. Высота плюсового дерева на 15-20% выше средней высоты насаждения, а диаметр на 30-35%. Это деревья без каких - либо пороков и повреждений, с превосходной очищенностью от сучьев, с полной сглаженностью мест старых мутовок. Бессучковая часть ствола плюсового дерева около 3/5 высоты дерева для сосны и 1/2 - для ели. Крона равномерно развита, густо охвоена.

Плюсовые деревья, показавшие при семенном размножении высокий уровень наследования хозяйственно ценных признаков и свойств, выделяются в группу элитных деревьев.

2. Мутагенные факторы. Значение индуцированных мутаций в лесной селекции

Как в природе, так и в опытах мутации возникают под влиянием различных воздействий, называемых мутагенными факторами, или мутагенами. Искусственная изменчивость при воздействии мутагенными факторами, или, мутагенами, называется индуцированным мутагенезом. В отличие от естественного мутагенеза при искусственном воздействии мутагенами изменчивость увеличивается в десятки раз. Измененные организмы подвергаются отбору.

Порядок и содержание мутационной селекции включает следующие этапы:

1) цель работы;

2) выбор мутагенных факторов;

3) изучение наследственной изменчивости подопытных видов и форм по влияниям мутагенов;

4) определение направления мутационной селекции;

5) производственное испытание, отбор и выбраковка мутантов.

Мутагенные факторы применительно к лесным древесным породам делят на физические и химические. К основным физическим мутагенам относятся: радиация, температурные шоки, ультрафиолетовые лучи. В мутационной селекции наиболее широко применяются ионизирующие излучения, которые по своей природе подразделяются на волновые и корпускулярные. К волновым излучениям относятся ультрафиолетовые лучи, рентгеновские лучи и гамма-лучи. К корпускулярным излучениям относятся б-частицы, протоны нейтроны, дейтроны и др. Ионизирующие излучения при проникновении в клетку действуют непосредственно на наследственные структуры.

Наименьшей проникающей способностью обладают ультрафиолетовые лучи, рентгеновские и гамма-лучи. Проникающая способность корпускулярных излучений выше, чем у гамма - лучей, более чем в 20 раз. Источниками ультрафиолетовых лучей, эффективных при облучении пыльцы, являются ртутно-кварцевые лампы, рентгеновских лучей - рентгеновские установки, гамма-лучей - радиоактивные изотопы, корпускулярных излучений - ядерные колонки.

Химические мутагены, насчитывающие более 400 наименований, разделяют на 5 групп.

1. Ингибиторы азотистых оснований, входящих в состав нуклеиновых кислот. Их действие заключается в подавлении синтеза гуанина и тимина. К ним относятся кофеин, теобромин, этилуретан и др.

2. Аналоги азотистых оснований, также входящие в нуклеиновые кислоты. Они включаются в ДНК на место тимина. Это кофеин, 5-бромурацил и др.

3. Алкилирующие соединения, вызывающие нарушение точности авторепродукции молекул ДНК под воздействием этих соединений. К ним относятся: иприт, нитрозоэтилмочевина и др.

4. Окислители, восстановители и свободные радикалы, вызывающие замену в молекуле ДНК пар оснований А-Т на Г-Ц. Эта группа мутагенов объединяет азотную кислоту, перекиси, альдегиды, соли тяжелых металлов.

5. Акридиновые красители, образующие в результате реакции с ДНК комплекс, препятствующий нормальной редупликации.

Химические мутагены вызывают преимущественно генные мутации, физические - генные и хромосомные. Характер мутаций изучают на основе оценки чувствительности растения к мутагену. Оказалось, что слабое воздействие мутагена стимулирует процессы жизнедеятельности растений. С усилением воздействия мутагенов стимулирующий эффект возрастает и достигает предела, затем постепенно падает и снижается до нуля. После этого он оказывает противоположное действие - начинает подавлять процессы жизнедеятельности и тем больше, чем сильнее воздействие. Подавляющее воздействие мутагенов возрастает с повышением дозы воздействия до полной гибели клеток, органа или всего растения.

3. Значение отдаленной гибридизации в селекции древесных пород

Скрещивание организмов, относящихся к разным видам и родам, называется отдалённой гибридизацией. Отдалённая гибридизация делится на межродовую и межвидовую. Цель отдалённой гибридизации - создание растительных форм и сортов, сочетающих признаки и свойства разных видов и сортов. В практическом и теоретическом отношении она представляет исключительный интерес, поскольку отдалённые гибриды очень часто отличаются повышенной мощностью роста и развития, крупностью плодов и семян, зимостойкостью и засухоустойчивостью.

Все типы скрещивания успешно применяются к лесным древесным растениям. Они позволяют в ряде случаев создавать оригинальные комплексные программы применительно к особенностям той или иной группы видов. Перспективным приёмом создания таких программ является включение внутривидовой и межвидовой гибридизации по родовым комплексам.

Лесные древесные растения выращиваются обычно с целью получения вегетативной массы, поэтому стерильность гибридных растений не может препятствовать их выращиванию в промышленных масштабах. Применение межвидовой гибридизации близких видов в некоторых родовых комплексах древесных пород из разных районов произрастания имеет большое значение для получения гетерозисных межвидовых гибридов. Если такие географически изолированные виды отобрать и посадить вместе, то можно получить гибрид между ними от свободного переопыления.

Успешные примеры межвидовой и межродовой гибридизаций лесных древесных растений показали перспективность селекции путём гибридизации. В России и зарубежных странах межвидовая гибридизация с отбором лучших тополей для вегетативного размножения на промышленных плантациях используется в лесоразведении при ускоренном выращивании сырья для целлюлозно-бумажной промышленности. Не меньшее значение в интенсификации лесного хозяйства имеет селекция на быстроту хвойных.

Таким образом, испытание потомства в гибридных популяциях необходимо вести по частной методике применительно к биологии данной породы и в соответствии с задачами, поставленными перед селекционерами промышленностью.

4. Селекция при интродукции лесных и декоративных древесных пород

Несмотря на бесспорное преимущество местной дендрофлоры в диких лесных фитоценозах, в настоящее время имеются доказательства о превосходстве некоторых интродуцированных видов по объёму выращиваемой древесины по сравнению с местными видами. Например, культуры интродуцированных видов лиственницы в европейской части России дают больший запас, чем местные породы - лесообразователи. Необходимость введения экзотов в лесные культуры в некоторых случаях вызвана бедностью дендрофлоры местных природных лесов.

Внесённые вмешательством человека в жизнь природы изменения привели в некоторых странах к необратимым нарушениям экологического равновесия и создали условия, намного отличающиеся от тех, в которых происходил на протяжении миллионов лет естественный отбор. Многие изменения происходили настолько интенсивно и быстро, что местные виды не успели выработать адекватные изменения и оказались такими же неприспособленными к ним, как и интродуценты. В связи с этим создание искусственных посадок из отселектированных видов и форм в индустриальных центрах становится проблемой времени.

Трансформация насаждений при помощи изменения состава лесов - в ряде случаев практическая необходимость. Классические методы ведения хозяйства с естественным лесовосстановлением ценных видов при концентрированных вырубках не оправдались, так как возобновление идёт малоценными породами. В целом ряде случаев, вопреки хорошим условиям для роста местных видов выращивание некоторых экзотов становится более выгодным.

Широколиственные породы растут хорошо, обладают ценными качествами древесины, но их посадки и выращивание обходятся очень дорого. Виды сосны и ели, как местные, так и интродуцированные, растут хорошо, обладают менее ценными качествами древесины, но их легко выращивать. Выбор ассортимента видов, форм и сортов древесных растений для современных посадок и для лесов будущего требует больших исследований. Существуют общие правила и методы генетико-селекционной оценки, помогающие выбрать из большого числа видов наиболее перспективные. Эти методы позволяют шире использовать наряду с местными видами и формами многие виды и формы интродуцентов.

Интродуцированные деревья и кустарники широко применяются для озеленения городов, особенно в южных районах. Плантации из интродуцентов широко распространены во многих странах с тёплым субтропическим климатом. В некоторых странах интродуцированные виды на 95% обеспечивают местную деревообрабатывающую и бумажную промышленность. Таким образом, в некоторых районах разведение экзотических видов является единственным способом улучшения лесных сырьевых ресурсов. С другой стороны, некоторые лесорастительные зоны имеют настолько хорошие условия для роста местной растительности, что не нуждаются в искусственном введении интродуцентов ни с лесохозяйственной, ни с экономической точек зрения. Существуют и промежуточные районы, в которых выгодно комплексное соотношение местных видов и экзотов, где будущее принадлежит гибридному сортоводству.

Введению интродуцентов благоприятствуют несколько факторов:

1. Невозможность выращивать местные виды.

2. Бедность дендрофлоры в районах интродукции. Экзоты успешно растут в районах с бедной лесной флорой.

3. Различия в адаптивности видов являются причиной введения экзотов не только в районах с обеднённой дендрофлорой.

4. Значительное изменение среды обитания в результате вмешательства человека в ряде случаев приводит к целесообразности и преимуществу разведения интродуцированных видов.

5. Сходство климата районов интродукции с местом происхождения экзотов - объективный показатель успешного выращивания экзотов.

6. Внутривидовое генетическое разнообразие экзотов часто определяет успех интродукции данного вида.

7. Использование экзотов в качестве исходных родительских особей для гибридизации оправдывает широкое проведение интродукции некоторых видов.

8. Интродукция монотипичных родов, состоящих из одного вида, даёт виды устойчивые к вредителям и болезням не только в природном ареале, но и при переброске в дальние районы.

Таким образом, интродукция экзотов - один из наиболее неиссякаемых источников обогащения местной дендрофлоры и исходного материала для селекции. Накоплены данные, свидетельствующие о том, что интродукция древесных растений становится экономической проблемой, а испытание интродуцентов переводится на селекционно-генетическую основу. Страны, имеющие долгосрочные программы ведения лесного хозяйства, переводят работу по ведению интродуцентов на прочную селекционную основу с организацией сортового семеноводства из отобранных по хозяйственно ценным признакам популяций и особей. Налаживаются комплексные исследования по методике интродукции и испытанию новых видов, долгосрочные сотрудничества между заинтересованными странами по обмену видами древесных растений, по сбору семян и документации их использования. Появилась необходимость организации производственной сети семеноводства перспективных интродуцентов на селекционно-генетической основе подобно сортовому семеноводству местных пород лесообразователей. Селекционно-генетическая оценка интродуцированных видов включает испытание межпопуляционной и внутрипопуляционной изменчивости экзотов и возможности отбора лучших популяций и форм для использования последней при разведении в новых районах. Программа по выращиванию экзотов приводится в соответствии с общими планами развития лесной промышленности.

5. Временные лесосеменные участки (ВЛСУ), их отвод, проведение селекционных мероприятий по повышению урожайности семян

Временные лесосеменные участки (ВЛСУ) закладываются в приспевающих или спелых насаждениях, в которых проведены селекционные рубки, улучшающие состав и усиливающие плодоношение. ВЛСУ могут быть двух видов:

1) Участки, в которых производится одноразовый сбор семян с поваленных деревьев (сосны, ели, лиственницы) при рубке в год обильного плодоношения;

2) Участки в насаждениях дуба, бука, кедра и других пород, у которых жёлуди и шишки собирают с земли.

Временный характер этих участков может быть определён периодом вступления в плодоношение постоянных лесосеменных участков. ВЛСУ должны закладываться в нормальных спелых и приспевающих насаждениях не менее чем на один ревизионный период. При определении площади закладки ВЛСУ исходят из фактической потребности в семенах, средней урожайности насаждений и возможности хозяйственного освоения (т.е. заготовки) урожая с расчётом полного обеспечения предприятий лесного хозяйства до момента начала "работы" постоянных лесосеменных участков и семенных плантаций.

Для усиления плодоношения и улучшения качества семян (наследственных и посевных) применяют изреживание древостоев, удобрения, известкование почвы и др. При изреживании древостоя основное внимание уделяется качественному улучшению его состава и усилению плодоношения, что достигается интенсивными проходными и двухприёмными семенолесосечными рубками. Чем выше возраст, т.е. чем ближе срок сплошной рубки, тем интенсивнее должны быть меры ухода. Основное требование к ВЛСУ - строгое соблюдение в них сроков рубки древостоев. Эффективнее всего рубка в наиболее урожайный (семенной) год и в период полной или близкой к ней физиологической спелости семян той или иной древесной породы. Изреживание на семенных участках проводится за счёт удаления низкокачественных малопродуктивных минусовых деревьев, благодаря чему реализуется принцип массового отбора. Таким образом, исключается не только возможность заготовки семян с минусовых деревьев, но и их участие в переопылении, т.е. в формировании состава генотипов будущего поколения.

6. Селекция осины: направления, методы, результаты

Ускорение роста всех древесных пород - одно из важных направлений селекции в лесоводстве. Большинство видов тополя (прежде всего осины) представляют собой исходный, природой отселектированный материал для быстрого выращивания древесной массы, с которыми в северных широтах древесная порода не может конкурировать по скорости роста. За быстрый рост тополя заслуженно называют эвкалиптами севера. Вследствие быстрого роста осина слабо устойчива к болезням и вредителям. Поэтому селекция на быстроту роста многих тополей, в том числе и осины, сопровождается отбором на иммунитет.

Организация хозяйства по выращиванию здоровой осины, самого распространённого тополя в нашей стране, имеет огромное лесоводственное и промышленное значение.

На основе многолетних исследований осинников Яблоков А.С. пришёл к выводу, что здоровую осину можно выращивать только целенаправленными селекционными методами. Им разработана система селекционно-лесоводственных мероприятий ведения хозяйства по выращиванию ценной древесины осины на основе отбора в лесах клонов здоровой и быстрорастущей осины и содействия их размножению, т.е. заменой отрицательной селекции положительной. Схема селекционного процесса по выращиванию здоровой осины включает следующие этапы:

1. Селекционная инвентаризация спелых и приспевающих осинников. По лесоустроительным материалам проводится выборка материалов с описанием мест, где встречается высококачественная по росту, производительности и добротности осина в составе лесов: в насаждениях с господством её по составу или в примеси с другими породами. Обычно здоровые деревья заметно отличаются от больных по внешнему виду (цветом и трещиноватостью коры), по типу ветвления и суковатости, а также быстроте роста.

2. Второй этап селекционного процесса - проведение индивидуального отбора быстрорастущих и иммунных плюсовых и лучших деревьев.

3. Заключительный этап селекционного процесса - разработка методов размножения отобранных насаждений и ценных форм вегетативным и семенным путём.

В связи с возможностью семенного и вегетативного размножения для выращивания высокопродуктивных культур здоровой осины, в первую очередь в малолесных районах и вблизи целлюлозно-бумажных комбинатов, рекомендуются два направления сортоводства: клоновое сортоводство с вегетативным размножением отселектированных форм корневыми отпрысками, корнями и прививкой; гибридное сортоводство - получение гибридных семян первого поколения от наиболее перспективных вариантов скрещивания хозяйственных форм осины. Способность осины легко размножаться в естественных условиях корневыми отпрысками используется и для искусственного вегетативного размножения здоровой осины.

Семенное размножение осины целесообразно проводить гибридными семенами от искусственного опыления отобранных ценных форм осины другими формами и видами тополя. Для получения гибридных семян осины в производственных масштабах рекомендуется проводить гибридизацию на крупных сучьях (скелетных ветвях) срубленных деревьев непосредственно в лесу.

Создание семенных и маточных плантаций осины - неотложная задача лесоводства для сохранения ценных жизненных форм её в идее клонов или единичными деревьями. Маточники для вегетативного размножения ценных форм осины можно создавать корнями, корневыми отпрысками и сеянцами. В маточниках можно систематически заготавливать корневые отпрыски и путём стимулирования плодоношения деревьев превращать их в семенные участки. Для получения высококачественных сортовых семян необходимо создавать постоянные прививочные плантации с соответствующим размещением клонов. Прививку осины проводят окулировкой и копулировкой. Высокий процент приживаемости прививок (до 90%) получается при боковой прививке вприклад.

Большой производственный интерес представляет создание прививочных семенных плантаций из ценных форм осины и белого тополя для получения гибридных семян от свободного переопыления этих видов. Осина легко скрещивается с тополем в местах перекрещивания их ареалов. В итоге работы селекционеров нашей страны по межвидовой гибридизации осины с тополем в пределах секции белых тополей получены ценные сорта, пригодные для разведения в соответствующих географических районах.

7. Расчёт площади объектов постоянной лесосеменной базы

Постоянная лесосеменная база (ПЛСБ) включает следующие объекты:

ПЛСУ, ЛСП, маточно-семенные заказники и др.

Рассчитать площадь объекта ПЛСБ, исходя из потребности лесного предприятия в семенах и посадочном материале главной лесообразующей породы (ель) для создания ежегодного объёма лесных культур.

Ежегодная потребность в семенах (С год ) определяется по формуле:

С год = С к+ Сд,

где С к - потребное количество семян для ежегодного создания лесных культур, кг.;

Сд - потребное количество семян для дополнения лесных культур, кг.

Показатель Сд определяется исходя из планируемого нормативного процента дополнения культур. В среднем для расчётов

Сд = 0,1 ЧС к

С к = К/В ЧН,

где К - потребность предприятия в посадочном материале главной породы для создания лесных культур (тыс. штук), которая определяется по формуле

семенной дерево мутация урожайность

К=ПЧГ,

где П- ежегодная площадь создания лесных культур (4500 га);

Г - густота посадки лесных культур, тыс. шт./га (для ели - 3,5-4,0);

В - норма выхода стандартного посадочного материала (сеянцев) с единицы площади посевного отделения, тыс. шт./га. Для подзоны южной тайги норма составляет: для ели - 1700;

Н - норма высева семян на единицу площади посевного отделения, кг/га (для ели - 70).

К=4500Ч4,0=18000 тыс. шт.

С к =18000/1700Ч70= 741,2 кг.

Сд = 0,1 Ч741,2= 74,1 кг.

С год =741,2+74,1=815,3 кг.

Определение площади объекта (П об ) ПЛСБ производится по формуле

П об = С год /У,

где У - урожайность лесосеменного объекта, кг/га.

П об =815,3Ч10=81,5 га.

Список литературы

1. Гуляев Г.В., Дубинин А.П. Селекция и семеноводство.- 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Агропромиздат, 1987. - 352 с.: ил. - (Учебники и учебные пособия для учащихся техникумов).

2. Лесная селекция: методические указания и контрольные задания для студентов заочного обучения лесохозяйственного факультета по направлению 250100 "Лесное дело"/ сост.: М.Е. Гузюк, С.П. Гусев. - СПб.: СПбГЛТУ, 2013. - 32 с.

3. Любавская А.Я. Лесная селекция и генетика. Учебник для вузов. - М.: Лесная промышленность, 1982 - 288 с., ил.

4. Царёв А.П. Селекция и репродукция лесных древесных пород: учебник / А.П. Царёв, С.П. Погиба, В.В. Тренин. - М.: Логос, 2003. - 520 с.

Размещено на Allbest.ru