Генетика лиственницы Сибирской

Данный  признак связан с длиной шишек. Эндогенная изменчивость числа чешуй характеризуется  низким и средним уровнями изменчивости (С = 5-23%) и не имеет существенных различий у разных видов лиственниц. Средний  коэффициент вариации числа чешуй в пределах популяции для сибирской лиственницы равен 11%. Различие в среднем число чешуй у отдельных деревьев в разные годы достигает 15-16 чешуй, но в среднем для популяции этот показатель более или менее стабилен из года в год [Дылис, 1961].

Исследования  показали, что по форме шишек между  лиственницами сибирской и даурской нет существенных различий. Форму шишек характеризовали как отношение их ширины к длине. Это отношение для сибирской лиственницы в среднем равно 0,81. При сравнительном изучении формы шишек выделяют только пять основных групп:

-овальные - ширина значительно меньше длины и самая широкая часть расположена посередине;

-яйцевидные - ширина меньше длины и самая широкая часть расположена ближе к основанию;

-широкояйцевидные - длина шишек чуть больше ширины или равна ей и самая широкая часть расположена ближе к основанию;

-шаровидные - длина шишек равна их ширине, и самая широкая часть находиться посередине;

-сплюснуто-шаровидные - ширина всегда значительно больше длины.

Форма шишек  зависит главным образом от географических факторов. В пределах сравнительно небольшого географического района популяции лиственницы имеют близкие значения формы шишек. Степень изменчивости формы шишек прямо пропорциональна величине шишек, поэтому наиболее изменчива форма шишек у лиственницы сибирской, а наиболее стабильна - у даурской. Форма шишек является признаком довольно строго наследуемым, что доказано экспериментально

В дендрологических описаниях видов и форм по очертанию  верхнего края выделяют чешуи округлые, прямосрезанные, выемчатые и реже зазубренные. В популяциях сибирской лиственницы особи с круглыми чешуями составляют чаще всего 80-100%, до 20% представлено особями с прямыми и реже слабо выемчатыми чешуями.

У сибирской  лиственницы встречаются одни и  те же формы по окраске семенных чешуй женских шишек - красношишечная и зелёношишечная. В популяциях сибирской лиственницы преобладают красношишечные особи, которые в ряде случаев составляют свыше 90% всех деревьев. Зелёношишечные встречаются очень редко, лишь у восточных границ ареала достигая 9%. Деревья с шишками, имеющими чешуи желтой окраски, в популяциях сибирской лиственницы не встречаются.

У северо-восточной  границы ареала сибирской лиственницы (Талханская популяция) деревья с пыльниками розовой окраски составили 65,7 %, с желто-розовыми - 33,8 %, с зелеными, желтыми и зелено-желтыми - 0,5 %.

 Изменчивость вегетативных органов

Обстоятельное исследование изменчивости этого признака проведены Н.В. Дылисом, в результате чего установлены его строгая наследуемость и определенная географическая дифференциация  [Дылис, 1961].

Для лиственниц характерно преобладание побегов светлой  пигментации независимо от условий  местопроизрастания и географического  распространения. Однако значительная доля приходиться и на побеги более темной окраски. Таким образом, по этому признаку изучаемые виды отличаются от сибирской и дальневосточных лиственниц.

          Длина хвои

          Длина хвои изменяется как в различных частях кроны, так и на побегах разного возраста. Крона образована удлиненными ростовыми побегами, на которых хвоя расположены одиночно и спирально, и укороченными побегами , с пучками хвоинок (по 20-40 в каждом).  Установлено, что эндогенная изменчивость длины хвои у восточно - сибирских лиственниц весьма значительна. Так, в популяциях лиственницы сибирской средняя длина хвои варьирует от  26,3 до 31,0 мм.

            Форма кроны

             Изучая формовое разнообразие лиственницы по характеру кроны в Восточной Сибири, Н.В. Дылис отмечает, что наиболее часто встречаются яйцевидно-пирамидальная и пирамидальная. А в насаждениях более старого возраста - цилиндрическая или продолговато-яйцевидная формы кроны. В насаждениях лиственницы в Приангарье преобладают деревья с цилиндрической (25,8-44,7%), а также с овально-яйцевидной (23,8-39,8%) формами кроны. Для крупных деревьев более характерна пирамидальная форма кроны, для оставшихся в росте деревьев - флагообразная форма[Дылис,1961].

Количество  хвоинок в пучке варьирует  от 20 до 45 хвоинок.

Мужские колоски (микростробилы) одиночные, шаровидной или овальной формы, бледно-жёлтого цвета, диаметром 5—6 мм, расположены на концах укороченных побегов; женские — широкояйцевидно-конические, длиной 10—15 мм, пурпурные или розовые, реже бледно-зелёные или беловатые.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  4  Методы изменения наследственности

             4.1 Мутагенез

Мутагенез – получение новых  признаков под влиянием физических и химических факторов на семена, пыльцу, проростки. При этом происходит разрывы ДНК, перестановки азотистых оснований, нарушение принципа комплиментарности.

Мутагенные  факторы применительно к лесным древесным породам делят на физические и химические. К основным физическим мутагенам относятся: температура, ультразвук, ультрафиолет, рентгеновские лучи, гамма-лучи, нейтроны [Любавская,2005].

Известно  множество химических соединений, обладающих мутагенной активностью: перекиси, гидроксиламины, аналоги оснований ДНК, соли тяжелых металлов, некоторые ароматические соединения (алкалоиды, лекарственные препараты, гербициды) и др. Химические мутагены вызывают преимущественно генные мутации.

Различают стимулирующие, критические, летальные  и оптимальные дозы мутагенов. Дозы мутагена определяются мощностью источника  излучения, концентрацией и продолжительностью их воздействия на растения. Дозы, при  которых всхожесть семян составляет около 50% контроля, а выживаемость 20-30% числа всходов, называются критическими. Дозы, вызывающие гибель обрабатываемого материала, называются летальными, а дозы, при которых на единицу выживаемости растения получается наибольшее количество мутаций, называются оптимальными [Котов,1997].

ДНК обладает способностью восстанавливать свои поврежденные части.

1. Фотореактивация (ДНК может восстанавливаться при обычном свете);
2. Темновая репарация ( восстановление в темноте);
3. Антимутагены ( витамины,колхицин,антибиотики, температура).

С помощью  мутагенеза были выведены: черный тюльпан, шиповник без шипов, дуб карликовый, морозоустойчивые цитрусовые и т. д.

Для получения  мутанта лиственницы сибирской  следует взять 400 грамм пыльцы и  воздействовать на нее температурой  + 50˚С на 1 час. Опыляем растения, ждем созревания семян, после высаживаем. Проводим  уходы за растениями и наблюдаем в течение всей жизни. Размножаем вегетативно, прививкой.

          4.2 Полиплоидия

Полиплоидия -  кратное увеличение числа хромосом в клетках. При полиплоидии наблюдаются отклонения от диплоидного (2n) числа хромосом в соматических клетках и от гаплоидного — в половых; могут возникать клетки, в которых каждая хромосома представлена трижды (Зn — триплоиды), четырежды (4n — тетраплоиды) и т. д. Кратное увеличение числа хромосом в клетках может возникать под действием высокой или низкой температуры, радиации, грозовые явления, повреждения вредителями и  т. д.[Любавская, 1982].

Искусственное получение полиплоидов:

1. обработка семян, проростков раствором колхицина, который  препятствует образованию перегородки в клетке после удвоения числа хромосом, подавляя процесс расхождения хромосом к полюсам. Но т.к. рост клетки и деление хромосом при этом не прекращается, а клеточная перегородка не образуется, то возникает клетка с увеличенным вдвое числом хромосом;

2) ветки,  срезанные в период созревания  пыльцы (в период профазы первого деления мейоза), помещают в термостат при 38-40°С на 1,5-3 часа с последующим их выдерживанием при 18-20°С и относительной влажности воздуха 70-80 %, пока пыльца не начнет высыпаться из пыльников. Этой пыльцой опыляют опытное растение для получения триплоидных семян;

3) опыление  растений пыльцой, облученной  рентгеновскими лучами.

С помощью  колхицина получены 3^х и 4^х-плоидные формы более чем у 500 видов растений. В водных растворах колхицин используют в концентрациях 0,1-0,02 % при экспозициях 20-24 часа. Наряду с колхицином используют также нафталин, гидрохлорид, закись азота, аценафтен, аппиоль, ауранцию [Буторова, 2011].

С помощью  полиплоидии были выведены: арбуз  без семян, сорт хлеба «Тритикале», облепиха однодомная, осина вьющаяся, пирамидальная.  Естественные полиплоиды: пырей, слива, пшеница, осина гигантская, ель золотистая.

Классификация полиплоидов:

1.Автополиплоиды (кратное увеличение  числа хромосом по отношение  гаплоидов);

2.Аллоплоиды (приобъединение разных хромосомных наборов);

3.Анеуплоиды (количество хромосом  не кратных гаплоидов).

В свою очередь  анеуплоиды подразделяют:

- моносомики (не хватает одной  хромосомы);

- нуллесомики (не хватает двух хромосом);

- трисомики (одна хромосома лишняя).

Для получения  полиплоида лиственницы сибирской замачиваем семена в нафталине с концентрацией 0,02 % на 24 часа. После промываем семена и высеваем, производим уходы до появления всходов. После их появления проверяем на число хромосом. Растения, у которых изменилось число хромосом, оставляем и наблюдаем за ними в течение всей жизни. Самые лучшие экземпляры размножаем вегетативно прививкой.

     4.3 Генная инженерия

         Генная инженерия – целенаправленное изменение структуры генов, создания генов искусственным путём. Целью этого направления является генетическое конструирование, т.е. создание клеток и организмов с заранее запланированными свойствами.  Для успешной пересадки генов необходимо знать, где какой ген находится [Буторова, 2011].

Генная  инженерия решает такие важные задачи, как:

1. получение геномов путем выделения их из клеток или синтез;
2. получение рекомбинантных (искусственно полученных)  молекул ДНК;
3. клонирование генов;
4. введение генов в клетку и синтез чужеродного ей белка.

Методы  генной инженерии:

1.С помощью  ферментов (рестриктаза разрезает ДНК в необходимом месте, лугаза приклеивает нужный ген);

2.С помощью  бактерий и вирусов ;

3.С помощью  химических стимуляторов (поливиниловый  спирт – способствует внедрению  чужого гена);

4.С помощью  электроимпульсов;

5.С помощью  микроснарядов (титановые или вольфрамовые частицы с нанесенным геном);

6.С помощью  микроинъекций (введение гена в клетки организма-хозяина или в его яйцеклетку).

     В 1975 г. пересажены гены у шелкопряда. Винограду пересадили ген морозоустойчивости от капусты брокколи, розе - ген синей окраски от гладиолуса, томатам – ген устойчивости к гниению. Мыши пересадили ген гормона роста крысы. В США вывели карликовые формы клена, груши, которые можно выращивать под линиями электропередач, чтобы исключить их обрезку. 

Проблемы  генной инженерии:

- не научились  управлять вводимым геном;

- неверные  генетические карты;

- опасность  генной инженерии для человека[Буторова, 2011].

С помощью  генной инженерии можно пересадить ген устойчивости к галлице от пихты сибирской.

 

 

        

 

 

 

 

 

 

 

 

 

         5 Размножение ценных особей

Лиственница сибирская развивается быстро на самых различных типах почвы, однако предпочитает глубокие, содержащие известь. Лучше других видов рода переносит городские условия, более других засухоустойчива, устойчива против вредителей и болезней. Ценнейшая порода для групповых, аллейных и одиночных посадок. Очень хороша в сочетании с березами, рябиной, кленами, липой, елью, пихтой, кедром сибирским, можжевельниками, рододендронами. В культуре с XIX века [Вебсадовод.ru].

Месторасположение: лиственницы, пожалуй, самые неприхотливые из хвойных северных широт, они способны расти даже в городских условиях, не терпят только застойную влагу в почве. Долговечны. Имеют хорошо развитую корневую систему, глубоко уходящую в почву. Растут быстро. Дымо- и газоустойчивы. Зимостойки.

Посадка: высаживать лиственницы на постоянное место следует как можно раньше, оптимальный срок — в 1-2-летнем возрасте. Лучшее время посадки — осень после листопада или ранняя весна до распускания почек. Расстояние между растениями 2-4 м, места открытые, солнечные, лишь лиственница японская выносит затенение. Лиственницы легко переносят пересадку до 20-летнего возраста. Корневая система глубокая и обеспечивает полную ветроустойчивость. На молодых тонких корнях имеется микориза, которую важно не повредить при посадке. Глубина посадки 70-80 см [Вебсадовод.ru].