Введение
Аспект лесного хозяйства/лесоводства
Древесное селекционирование – это применение принципов генетики, репродуктивной биологии и экономики для генетического улучшения и управления лесными деревьями. В отличие от селекционного разведения скота, зерновых культур и садовых цветов на протяжении последних нескольких столетий, селекция деревьев, за исключением плодовых, является относительно недавним явлением. Типичная программа древесного селекционирования начинается с отбора лучших фенотипов (плюс-деревьев) в естественном или посаженном лесу, часто на основе скорости роста, формы дерева и признаков адаптации к условиям произрастания. Это применение массового отбора повышает средние показатели леса. Потомство получают от отобранных деревьев и выращивают на испытательных плантациях, которые служат генетическими опытами. На основе этих испытаний можно отобрать лучшие генотипы среди родительских деревьев. Отобранные деревья обычно размножают семенами или черенкованием, а семенные плантации создаются, когда требуется улучшенный посевной материал. В качестве альтернативы, лучшие генотипы можно непосредственно размножать черенками или методами in vitro и использовать непосредственно в клональных плантациях. Первая система часто используется для сосен и других хвойных пород, в то время как вторая характерна для некоторых лиственных пород (тополя, эвкалипты и другие). Цели программы древесного селекционирования варьируются от повышения урожайности и адаптации к конкретным условиям до устойчивости к вредителям и болезням, свойств древесины и т.д. В настоящее время древесное селекционирование начинает использовать быстрый прогресс в области генетики и геномики растений.
Tree breeding is the application of genetic, reproductive biology and economics principles to the genetic improvement and management of forest trees. In contrast to the selective breeding of livestock, arable crops, and horticultural flowers over the last few centuries, the breeding of trees, with the exception of fruit trees, is a relatively recent occurrence. A typical forest tree breeding program starts with selection of superior phenotypes (plus trees) in a natural or planted forest, often based on growth rate, tree form and site adaptation traits. This application of mass selection improves the mean performance of the forest. Offspring is obtained from selected trees and grown in test plantations that act as genetic trials. Based on such tests the best genotypes among the parents can be selected. Selected trees are typically multiplied by either seeds or grafting and seed orchards are established when the preferred output is improved seed. Alternatively, the best genotypes can be directly propagated by cuttings or in vitro methods and used directly in clonal plantations. The first system is frequently used in pines and other conifers, while the second is typical in some broadleaves (poplars, eucalypts and others). The objectives of a tree breeding program range from yield improvement and adaptation to particular conditions, to pest and disease resistance, wood properties, etc. Currently, tree breeding is starting to take advantage of the fast development in plant genetics and genomics.
Оптимизация
Производители древесины стремятся повысить эффективность своей деятельности за счет оптимизации селекции деревьев. Ученые разрабатывают инструменты, направленные на повышение эффективности программ селекции. Оптимизация может заключаться в адаптации стратегий и методов к конкретным видам, группам популяций, структуре генетической изменчивости и способу наследования важных признаков для достижения максимальной выгоды за единицу времени. Оптимизация обычно проводится на следующих уровнях: стратегия селекции (соответствующая интенсивность селекции, структура и размер селекционной популяции, план поддержания генетического разнообразия), методы селекции (типы скрещиваний, методы испытаний и отбора, размер и продолжительность испытаний популяции) и методы внедрения генетически улучшенного материала (семенные плантации и клональное лесоводство: генетический вклад, размер). Часто используются компьютерные симуляторы: стохастические – основанные на детерминированных и случайных алгоритмах; и детерминированные – основанные на детерминированных алгоритмах. Стратегии селекции сравнивались по годовому прогрессу в долгосрочной селекции при заданных годовых затратах, учитывая генетический прирост, генетическое разнообразие, составляющие затрат и временные составляющие. Для ели обыкновенной представляется выгодным клонировать полные родственные группы, а затем проводить отбор по клональной продуктивности, в то время как для сосны обыкновенной наиболее эффективной представляется двухэтапная стратегия: сначала фенотипический предварительный отбор, а затем испытание потомства отобранных деревьев.
Улучшение состояния деревьев
Генетически изменчивая популяция и метод отбора генетически превосходящих особей обеспечивают основу для улучшения деревьев путем селекции. По сути, программа улучшения деревьев направлена на выделение и оценку генетической составляющей изменчивости в одном или нескольких интересующих признаках. В простейшей схеме циклы отбора сокращают доступную популяцию в определенном направлении для усиления желаемых признаков, а затем размножение отобранных деревьев используется для расширения популяции с улучшенными характеристиками. Стратегии селекции варьируются в зависимости от вида и целей, но все они используют схемы скрещивания для получения информации и нового материала. Выбор подходящей стратегии селекции и схемы скрещивания является ключевым решением в любой программе селекции. Kiss (1986) использовал двухфакторный дизайн в Британской Колумбии для изучения изменчивости внутри и между отдельными популяциями белой ели, как в Британской Колумбии, так и в восточной части Северной Америки. Программа селекции белой ели, начатая в 1986 году Канадской лесной службой в Приморских провинциях, использовала два типа скрещивания: поликросс для оценки клонов по общей комбинационной способности и парное скрещивание для получения материала для селекции второго поколения (Fowler et al. 1988). Систематический обзор Ньютона (2003) о реакции прироста белой ели и трех других североамериканских хвойных пород на методы улучшения лесных деревьев показал, что правильный отбор потомства по происхождению может обеспечить прирост высоты молодняка примерно на 12% к 20 годам для белой ели и соответствующий прирост товарной продуктивности (среднегодового прироста товарного объема древесины) на 26% к 50 годам для плантаций, созданных при номинальной начальной плотности на участках среднего и хорошего качества. Кроме того, предварительные оценки, полученные на основе отдельных исследований, показали, что стратегии отбора первого поколения для белой ели могут увеличить товарную продуктивность примерно на 20% к 45 годам.
Избранная библиография
Уайт, Т. Л., Адамс, У. Т. и Нил, Д. Б. 2007. Лесная генетика, CABI. 2007 Госта Эриксон, Ингер Экберг и Дэвид Клэпхэм. Введение в лесную генетику. 1984. Прикладное лесоводство: улучшение лесных пород. Брюс Зобель, Джон Талберт, Университет Северной Каролины, John Wiley & Sons, Inc.