Введение. Курс лекций по дисциплине «Лесная селекция и генетика» для студентов

Курс лекций по дисциплине «Лесная селекция и генетика» для студентов

по специальности 050807 – Лесохозяйственное дело

Лекция 1

Введение

Общие понятия о генетике и селекции растений. Краткий исторический обзор развития генетики и селекции.
Селекция в точном переводе с латинского на русский язык означает отбор. В таком первоначальном смысле и определялись методы селекции. Отбор начали применять в начале возникновения человеческого общества, животноводства и растениеводства. Однако наибольшее распространение отбор получил со второй половины 19 века, когда появился труд У. Дарвина. «Происхождения видов» В это время было уже выведено много культурных растений и пород домашних животных.

У древесных растений отбор также имеет очень длинную историю, особенно при выведении различных декоративных сортов: пестролепестных, плакучих, пирамидальных и т.п.

В настоящее время селекцию понимают гораздо шире. Лесная селекция, это во - первых:

1. Наука о методах отбора в естественных популяциях или искусственного получения форм и сортов лесных пород, имеющих хозяйственную ценность.

2. Отрасль лесохозяйственного производства, занимающаяся выведением и размножением ценных и биологически устойчивых форм и сортов лесных пород.

Другими словами, лесная селекция разрабатывает способы воздействие на древесные растения с целью изменения их наследственно обусловленных свойств и качеств в желательную для человека сторону.

Основная задача генетики и селекции - это получение и размножение таких экземпляров, которые превосходили бы остальные по ряду хозяйственно-ценных признаков. Решить эту задачу можно, используя следующие методы селекции: отбор, гибридизацию, мутагенез, полиплоидию и геноинженерию. Но для решения этой задачи необходимо знать закономерности наследования признаков, межвидовую и внутривидовую изменчивость, наличие хозяйственных форм, которые изучает генетика. Она является базой селекции. Генетика (от греческого генезис - происхождение) - наука о законах наследственности и изменчивости организмов и методах управлении ими. Основы современной генетики заложены Г.Менделем, открывши в1865 г. законы наследственности. Но его открытия оставались не известными до начала 20 века, когда они были переоткрыты вновь. Большой вклад в развитие генетики внесла школа американского генетика Т.Х. Моргана, который обосновал хромосомную теорию наследственности (1910г.). Большой вклад внесли советские генетики: В.Н. Сукачев, С.С. Четвериков, Н.И. Вавилов открыл закон гомологических рядов наследственной изменчивости. К 50-70 гг. 20 века были получены данные о химической природе и тонком строении генов, которые позволили разработать методы их синтеза и выделения. В 70-х годах возник новый раздел генетики, так называемая генетическая инженерия, которая занимается целенаправленным конструированием новых сочетаний генов. Начиная с середины 20 века существенное место в генетике заняли работы по цитогенетике (на уровне клетки) лесных пород. Для многих видов хвойных пород установлен набор хромосом. Количество соматических (не половых) клеток иное по сравнению с половыми, оно обозначается как 2п и называется диплоидным набором.

Лесная селекция тесно связана с систематикой, анатомией, морфологией, физиологией, экологией древесных растений, дендрологией, интродукцией и другими науками. В лесной селекции выделяют следующие направления:

1. селекция на общую продуктивность;

2. качественные показатели;

3. устойчивость к экстремальным факторам;

4. устойчивость к вредителям леса.

Рассмотрим эти направления более подробно. При селекции на общую продуктивность основное внимание уделяют отбору и разведению форм и сортов, дающих наибольшее количество древесины. Еще в 1921г. В.Н, Сукачев определил основное направление селекции древесных пород - решать вопросы «преодоления времени в лесоводстве», т.е. разрабатывать методы ускоренного выращивания наших лесов. Большой вклад в разработку научных основ селекции отдельных пород внесли М.К. Турский, В.Д. Огиевский, А.С. Яблоков, А.В. Альбенский, Н, А. Коновалов и др.

Селекцию на качественные показатели ведут по различным признакам: смолопродуктивность, урожайность, товарность, капообразование, качество плодов и т.д. Следует остановится на работах по селекции грецкого ореха в Кыргызстане и в республиках Средней Азии. Первые исследования по формовому разнообразию и отбору лучших форм ореха грецкого проводились с 1930 годов (А.Е. Дъяченко, Н.М.Молота) Г.М. Аксаков, В.М. Ровский, С.Я. Соколов, С.С. Калмыков). В годы Великой Отечественной войны (1941-45гг) работы по селекции были прекращены и, к сожалению, были утеряны данные о выделенных формах. В Кыргызстане селекцией ореха грецкого занимались А.Ф. Зарубин - им было выделено свыше 20 хозяйственно ценных форм ореха грецкого. Д.И. Прутенским и В.С. Шевченко за период работы по отбору (1954-73гг) выделено и описано 220 форм ореха грецкого, из которых 80 рекомендовано в качестве маточников для вегетативного размножения, 20 - скороплодных форм - в качестве маточников и семенных деревьев и 120 деревьев - в качестве семенных. Причем, три формы - Бомба, бумажная и кистевидная - являются перспективными для использования в селекционной работе при выведении новых сортов ореха грецкого. Сортом называют совокупность растений с улучшенными по сравнению с исходными биологическими признаками, устойчиво передающимся потомству при семенном и вегетативном размножении.

Многообразие форм ореха грецкого проявляется в морфологических особенностях строения его плодов, в биологии цветения, в плодоношении, морозостойкости, иммунности и т.д. Причем следует отметить, что все выделенные и отобранные в природе лучшие формы грецкого ореха объединены по ряду признаков в 6 групп:

1. поздневесенние вегетирующие;

2. имунные;

3. крупноплодные;

4. скороплодные;

5. кистевидные;

6. тонкокорые.

Формовое разнообразие ели тянь-шаньской.

Первые сведения и описание ряда форм ели тянь-шаньской появились в работах Б.И. Быкова (1950), А.И. Федорова (1960), Э.М. Березина (1970) и др. С 1965 г. исследования по формовому разнообразию ели тянь-шаньской в Кыргызстане были начаты Н.К. Камчыбековым. Им были выделены формы:

1) по характеру ветвления побегов:

гребенчатая форма;

неправильна гребенчатая;

щетковидная;

компактная;

плоско ветвистая.

2) по характеру роста и конфигурации

крону – конусовидная

узко конусовидная колоновидная

3) по цвету зрелых шишек:

зелено-шишечная;

темнокоричнево-шишечная;

фиолетово-шишечная.

4) по окраске семян:

светлокоричневые; темнокоричневые; коричневые; серые.

5) по цвету коры:

краснокорая

серокорая.

6) по характеру трещиноватости коры:

Гладкая

Продольно трещиноватая;

чешуйчатая.

7) по длине шишек:

крупношишечная;

среднешишечная;

мелкошишечная.

При селекции на устойчивость к экстремальным факторам выделяют и отбирают формы наиболее засухоустойчивые, зимостойкие и по отношению к заморозкам - поздне-весенним и ранне-осенним. Последний признак, а именно отношение к поздним весенним заморозкам учитывает при селекции ореха грецкого в один из важных, т.к. от этого зависит в дальнейшем урожайность ореха грецкого.

Селекция по отношению вредителям леса означает отбор иммунных форм. Устойчивость (иммунность) к болезням и вредителям зависит от биологических особенностей растения.

Лучшие сорта и формы слабо или совсем не повреждаются основными болезнями и вредителями для какой-либо данной породы и в определенной климатической зоне. Так, наиболее широко распространено заболевание ореха грецкого бурой пятнистостью (возбудитель - марсония) сеянцы поражаются мучнистой росой), у древесины наблюдаются различные гнили (щетинисто-волосатый трутовок вызывает сердцевинную гниль), из вредителей наиболее распространены: ореховая плодожорка (поражает плоды), ореховые тли, ореховая моль, ореховые клещи, ореховая златка (повреждает ствол и ветви). Деревья, которые слабо повреждаются или совсем не повреждаются выше перечисленными болезнями и вредителями представляют особую ценность для дальнейшей селекционной работы.

Ранее на территории бывшего Советского Союза была целая сеть научных учреждений АН СССР, ВАСХНИЛ и ГОСЛЕСХОЗА СССР. В бывших союзных республиках работали научно-исследовательские институты и опытные станции, -в тематике которых значительное место занимали вопросы лесной селекции. В системе ГОСЛЕСХОЗА СССР был создан Центральный научно-исследовательский институт лесной генетики и селекции, который координировал исследования этого профиля.

Периодически проводились различные научно-методические координационные совещания с участием генетиков, селекционеров и семеноводов, издавались труды. Достижения лесной селекции освещались в журналах: " Лесное хозяйство", " Лесоведение", " Ботанический журнал", и т.д. Для внедрения достижений лесной селекции в лесохозяйственную практику были оборудованы научно-производственные объединения различного рода с сетью семлесхозов, питомников, станций занимающихся за рубежом. В ряде стран Западной Европы появились первые монографии по селекции и генетике лесных пород. Это работа датского ученого Сирах-Ларсена " Генетика лесных культур", вышедшая в 1956 г. в Великобритании, Б.Линдквиста " Генетика в шведской лесоводственной практике", опубликованная в 1948 г. в Швеции, в1959 г. в Западной Германии вышел в свет труд доктора Э. Ромидера и доктора Т. Шеенбаха " Генетика и селекция лесных пород".

Таким образом, лесная селекция дает основу для повышения уровня лесокультурного дела (чем выше будут наследственные качества семян, тем лучше потомство из них вырастет), повышение продуктивности лесов при проведении различных лесохозяйственных мероприятий - улучшение породного состава, применение более рациональных способов выращивания и воспитания, сокращение сроков возобновительного периода, улучшение санитарного состояния насаждений и т.д.

И, можно сказать, что охрана и рациональное использование лесов в разных государствах находятся в полном соответствии с развитием образования, науки и уровнем сознательности и культуры людей. Н.И.Вавилов называл селекцию наукой об эволюции растений и животных, управляемой человеком, он писал, что селекция как наука, включает следующие теоретические разделы:

1. Учение об основных направлениях селекционной работы (упоминалось ранее);

1. Учение об исходном материале;

2. Учение о наследственной изменчивости;

2. Учение о роли среды в выявлении сортовых признаков и свойств;

3. Теорию гибридизации;

4. Теорию селекционного процесса (общая селекция);

3. Частную селекцию отдельных культур (селекцию смолы, селекцию ели, селекцию ореха грецкого и т.д.).