У нас уже 176407 рефератов, курсовых и дипломных работ
Заказать диплом, курсовую, диссертацию


Быстрый переход к готовым работам

Мнение посетителей:

Понравилось
Не понравилось





Книга жалоб
и предложений

 





Название Полиморфизм изоферментов и филогенетические взаимоотношения квойнык видов Дальнего Востока России
Количество страниц 158
ВУЗ МГИУ
Год сдачи 2010
Бесплатно Скачать 24458.doc 
Содержание Содержание
Введение... 4

Глава 1. Обзор литературы...6

1.1. Ботанико-географическое описание елей, сосен и пихт Дальнего Востока России... 6

1.1.1. Ели (род Picea)...6

1.1.2. Сосны (род Pinus)... 8

1.1.3. Пихты (род Abies)... 12

1.2. Преимущества изоферментов и история их становления как генетических маркеров у хвойных видов... 14

1.3. Характер наследования ферментных систем... 19

1.4. Исследование генетической изменчивости природных популяций... 21

1.5. Анализ состояния равновесия и степени подразделенности популяций... 28

1.6. Определение внутри- и межвидовой генетической дифференциации... 32

Глава 2. Материалы и методы... 36

2.1. Получение экспериментального материала... 36

2.2. Электрофоретический анализ... 44

2.3. Обозначение и генетическая символика... 49

2.4. Математическая обработка... 51

Глава 3. Результаты и обсуждение... 55

3.1 Генетическая изменчивость и филогенетические взаимоотношения у пятихвойных сосен... 55

3.1.1 Описание и характер наследования ген-ферментных систем... 55

3.1.2 Частоты аллелей и показатели полиморфизма в популяциях... 60

3.1.3 Оценка равновесия и подразделенность популяций... 74

3.1.4 Внутри-и межвидовая дифференциация... 78

3.2 Генетическая изменчивость и филогенетические взаимоотношения у двухвойных сосен... 82

3.2.1 Описание ген-ферментных систем... 82

3.2.2 Частоты аллелей и генетическая изменчивость популяций... 85

3.2.3 Оценка равновесия и подразделенность популяций... 98

3.2.4 Дифференциация популяций, филогенетические взаимоотношения среди двухвойных сосен и решение спорных таксономических вопросов... 102

3

3.3 Генетическая изменчивость и филогенетические взаимоотношения у дальневосточных елей... 108

3.3.1 Описание ген-ферментных систем... 108

3.3.2 Частоты аллелей и показатели полиморфизма в популяциях... 113

3.3.3 Дифференциация популяций, филогенетические взаимоотношения среди елей и решение спорных таксономических вопросов... 127

3.3.4 Оценка равновесия и подразделенность популяций... 132

3.4 Генетическая изменчивость и филогенетические взаимоотношения у пихт. 136

3.4.1 Описание ген-ферментных систем... 136

3.4.2 Частоты аллелей и показатели полиморфизма в популяциях... 139

3.4.3 Дифференциация популяций и филогенетические взаимоотношения дальневосточных пихт...144

3.4.4 Оценка равновесия и подразделенность популяций... 145

Заключение... 148

Выводы...156

Литература... 158

Введение



4 Введение

Последние десятилетия ознаменовались всесторонним изучением генетических ресурсов природных популяций лесных древесных растений. Это связано с тем, что угроза утраты генетического разнообразия сегодня встает со всей очевидностью, поскольку интенсивное и зачастую нерегламентированное ведение лесного хозяйства приводит к "эрозии" популяционных генофондов, т.е. к их необратимым отрицательным изменениям. Общеизвестно, что уменьшение генетического разнообразия приводит к снижению адаптивных свойств популяций и сопротивляемости к вредителям и болезням.-Это, в конечном счете, ведет к ухудшению состояния популяций, их распаду и вырождению в результате действия стрессовых или иных факторов. Сокращение размеров популяций древесных растений или "их""~гибель может вызвать каскадную реакцию среди живых организмов, т.к. древесные виды являются основными структурными компонентами лесных экосистем. Таким образом, истребление лесов актуализирует проблему сохранения, восстановления и рационального использования их генетических ресурсов.

Данную проблему невозможно решить без учета состояния генофонда, уровня генетической изменчивости и дифференциации природных популяций лесных древесных растений, поэтому все более острой становится необходимость их оценки. Особое значение при исследовании популяций древесных видов имеют генетико-биохимические методы, в частности - электрофоретический анализ изоферментов. Это связано с тем, что применение традиционных методов генетического анализа к этим видам затруднено, вследствие длительности жизненного цикла и полигенного характера наследования морфологических признаков у древесных.

К настоящему времени, использование изоферментов в качестве генетических маркеров позволило не только определить уровень изменчивости и дифференциации популяций растений леса, но и установить эволюционно-филогенетические взаимоотношения среди видов, границы лесосеменных районов, параметры системы скрещивания в искусственных и естественных насаждениях, критерии выделения генетических резерватов и др. (Muller, 1976; Yeh, El-Kassaby, 1980; Szmidt, 1984; Miiller-Starck, 1987, 1995; Hamrick et al., 1992; Krutovskii et al., 1994; Korol, Schiller, 1996; Tani et al., 1996; Гончареико, 1999; Jorgensen et al., 2002 и др.). В основном, эти исследования проведены в США, Канаде, Израиле, Японии, в странах Западной и Северной Европы, а также в Беларуси и, частично, в России.

На территории Дальнего Востока России основными лесообразующими видами являются хвойные растения, включая представителей родов Pinus, Picea и Abies. Однако, генетические исследования хвойных Дальнего Востока России начаты сравнительно

5

недавно и их крайне мало. Практически не известно, каким уровнем генетической изменчивости обладают дальневосточные виды хвойных растений, не ясны таксономический статус и филогенетические взаимоотношения многих представителей сосен, елей и пихт. Необходимость проведения популяционно-генетических исследований не вызывает сомнений, т.к. разработка стратегий и проведение мероприятий по сохранению биологического разнообразия лесов Дальнего Востока невозможны без генетической информации. Более того, результаты исследований популяционных генофондов могут быть использованы и для решения прикладных задач в области лесовосстановления и неистощительного лесопользования.

Целью настоящей работы было изучение генетической изменчивости и дифференциации популяций дальневосточных хвойных растений из родов Ph.us, Picea и Abies, а также определение таксономического статуса и филогенетических взаимоотношений между ними. k

Конкретными задачами исследования природных популяций дальневосточных сосен, елей и пихт были:

1. Провести описание генофондов не менее чем по 20 локусам.

2. Выявить уровень генетической изменчивости.

3. Оценить степень подразделенности и состояние равновесия популяций.

4. Установить закономерности внутривидовой генетической дифференциации.

5. Определить степень генетической дифференциации между видами хвойных растений.

Работа выполнена в лаборатории генетики и селекции Дальневосточного специализированного семеноводческого лесхоза в рамках научно-исследовательской работы "Проведение генетического анализа популяций основных лесообразующих хвойных пород и разработка долговременной программы генетического улучшения лесов Хабаровского края" и частично финансировалась грантом Модельного леса Тассинский" по проекту № 43.6 "Анализ генофонда основных лесообразующих пород МЛГ".

Основная часть результатов получена самостоятельно, а также при участии сотрудника Института водных и экологических проблем ДВО РАН, к.б.н. А. В. Беликова, работавшего под руководством автора. Часть полевых работ проведена совместно с сотрудником Горнотаежной станции ДВО РАН, Б. В. Попковым. Коллегам автор приносит благодарность за участие в совместной работе. Автор также признателен преподавателю Гомельского государственного университета, д.б.н., академику НАН Беларуси Г. Г. Гончаренко за помощь на первых этапах работы и директору БПИ ДВО РАН, д.б.н., академику РАН Ю. Н. Журавлеву за всестороннюю поддержку генетических исследований в Хабаровском крае.

6

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1. Ботанико-географическое описание елей, сосен и пихт Дальнего Востока России 1.1.1. Ели (род Picea)

Для территории Дальнего Востока России различными авторами приводится до 7 видов елей (Воробьев, 1968; Усенко, 1984). Четыре из них, в зависимости от классификации, относятся к секции (подроду) Casicta или секции Omorica (P. ajanensis Fisch., P. microsperma (Lindl.) Carr., P. komarovii V. Vassil. и Р. kamtschatkensis Lacas. Часто виды сводятся в рамки одного - P. ajanensis (Lindl. et Gord.) Fisch. ex Carr. или Р. jezoensis (Sieb. et Zucc.) Carr.) и три к секции Eupicea (или подроду Picea) (P. obovata Ledeb., P. koraiensis Nakai, P. glehnii Mast.) (Овсянников, 1930; Комаров, 1934; Васильев, Уханов, 1949; Бобров, 1978; Schmidt, 1989).

Picea jezoensis (Sieb. et Zucc.) Carr. Ель аянская, "иезская, хоккайдская" (Yeddo spruce, Yezo spruce) в России произрастает в южной и центральной части Хабаровского края, в Приморском крае, юго-востоке Якутии и Амурской области, а также на Сахалине, южных Курильских островах и Центральной Камчатке. Ель аянская - основной лесообразующий вид горных темнохвойных лесов российского Дальнего Востока, которые играют огромную роль в поддержании гидрологического и климатического режима этой территории. За пределами России она встречается на о. Хоккайдо и о. Хонсю в Японии, на северо-востоке Китая и полуострова Корея (Манько, 1987). В зарубежной ботанической литературе ель аянская имеет латинское название "jezoensis", в то время как отечественные исследователи используют для нее два эпитета - "jezoensis" (Васильев, Уханов, 1949; Шиманюк, 1974; Манько, Гладкова, 2002) и "ajanensis" (Овсянников, 1930; Комаров, 1949;Гроздоваидр. 1986).

Ель аянская произрастает в районах с влажным воздухом, в основном на горных склонах и плато, расположенных выше 500 м над уровнем моря и поднимается до верхней границы лесов, где представлена низкорослыми деревьями. Наилучшей производительности еловые насаждения достигают на пологих горных склонах со свежими, достаточно плодородными и хорошо дренированными почвами.

Деревья ели до 35, редко - до 40 м высоты и до 120 и более сантиметров в диаметре, крона правильная, пирамидальная. Кора темно-серая, с возрастом отслаивающаяся отдельными пластинками. Хвоя плоская, немного изогнутая, остроконечная, до 20 мм длины, с сизыми, обращенными вниз устьичными полосками. Шишки овально-цилиндрические, тупоконечные, 3,5-11 см длины и 3-5 см в диаметре. Семена мелкие, около 2 мм длины, с крылом до 8 мм длины и 3 мм ширины. Доживает до 300-350 лет (Воробьев, 1968; Усенко, 1984).

7

Еще в середине 19-го века А. Ф. Миддендорф отмечал огромное морфологическое разнообразие ели аянской в различных частях ареала (Манько, 1987). В Японии на острове Хонсю Мауг в 1890 г. описал новый вид - ель хоккайдскую P. hondoensis (Hondo spruce), которая часто рассматривается как разновидность ели аянской (Крюссман, 1986; Манько, 1987). В. Л. Комаров (1934) при обработке хвойных для "Флоры СССР" ель, произрастающую на Камчатке, признал за особый вид P. kamtschatkensis Lacas. В. Ы. Васильев (1950) считал, что на Дальнем Востоке растет три вида елей из секции Отпогка Wallkm., а именно: собственно ель аянская P. ajanensis Fisch., ель мелкосеменная Р. microsperma (Lindl.) Carr. и описанная им как новый вид ель Комарова P. komarovii V. Vassil., а ель камчатскую он считал одной из безареальных форм аянской ели. Е. Д. ' Солодухин (1962), Д. П. Воробьев (1968), Н. В. Усенко (1984) и В. М. Урусов (1995) признают видовую самостоятельность елей мелкосеменной и Комарова. Большинство же других современных авторов (Бобров, 1978; Манько, Ворошилов, 1978; Манько, 1987; Недолужко, 1995), сходятся в признании единого вида ели. Морфологически близким видом является ель ситхинская P. sitchensis (Bong.) Carr., произрастающая на североамериканском континенте (Козубов, Муратова, 1986)

Picea obovata Ledeb. Ель сибирская (Siberian spruce). Основной ареал этой ели находится в Сибири. На Дальнем Востоке она встречается в Амурской области и в западной и северо-западной частях Хабаровского края, на север доходит по Охотскому побережью до Ямска. Где проходит южная и юго-восточная границы распространения ели сибирской точно не установлено из-за наличия ряда переходных форм с елью корейской, растущей в Приморском крае и юге Хабаровского края.

Чистые насаждения образует редко, растет группами или отдельными деревьями, причем преимущественно на незаливаемых участках речных долин. На горных склонах встречается реже и почти не поднимается выше 450-500 м над уровнем моря. Предпочитает свежие или даже влажные, глубокие и дренированные суглинистые почвы.

Деревья до 30-35 м высоты и до 80-100 см в диаметре, крона ширококонусиая, густоветвнстая, иногда многовершинная. Кора серая или светло-серая, отслаивающаяся, у молодых деревьев - темно-бурая. Хвоя четырехгранная, колючая, 7-20 мм длины, одноцветная. Шишки 5-8 см длины, с гладкими, округлыми и почти цельнокрайними чешуямн. Семена темно-бурые, около 4 мм длины, с крылом 10-12 мм длины. Доживает до 350-380 лет (Воробьев, 1968; Усенко, 1984; Лесная энциклопедия, 1985).

P. koraiensis Nakai. Ель корейская (Korean spruce) распространена по всему Приморью и в южных районах Хабаровского края, южнее 49° с.ш. Основной ареал находится на севере п-ва Корея и северо-востоке Китая.

8

Растет в долинах рек, реже — в нижнем поясе горных склонов. Из всех дальневосточных елей корейская ель наиболее светолюбивая и быстрорастущая.

Вид очень близкий к ели сибирской, отличающийся от нее голыми молодыми побегами, сизоватой, более короткой, 8-15 мм длины, хвоей, более крупными, 6-10 см длины, шишками и темной красновато-бурой корой. Деревья до 30-35 м высоты и до одного и более метров в диаметре. Доживает до 300 лет (Воробьев, 1968; Усенко, 1984).

Как упоминал А. А. Строгий, данный вид был отмечен для флоры России В. Л. Комаровым (Строгий, 1934). Ряд авторов (Овсянников, 1930; Сукачев, 1938; Крюссман, 1986; Потемкин, 1994) не признают видовой самостоятельности ели корейской и относят ее в рамки ели сибирской.

Picea glehnii Mast. Ель Глена (Sakhalin spruce) распространена на юге о-ва Сахалин, в основном в Муравьевской низменности Тонино-Анивского полуострова, на о-вах Шикотан, Кунашир и Итуруп, а за пределами России - на о-ве Хоккайдо (Япония). Ель Глена имеет ограниченный ареал и внесена в Красную книгу бывшего СССР (Денисова, 1984).

Растет на сырых и заболоченных участках низменностей и вблизи моря. Местами образует еловые мари с низкорослыми деревьями. На Кунашире и Итурупе она растет и на песчаных холмах (Денисова, 1984).

Деревья до 17 м высоты, а в Японии на Хоккайдо - до 45 м высоты и до 140 м в диаметре (Воробьев, 1968). Кроны конические. Кора красновато-коричневая, отслаивающаяся. Хвоя четырехгранная, короткая, 6-9 мм длины. Шишки овально-продолговатые, 4-7 см длины и 1,5-2 см в диаметре. Чешуи с округлыми, цельными, а иногда с зазубренными краями. Семена мелкие, каштаново-красноватые, с крылом около 10 мм длины (Воробьев, 1968; Усенко, 1984; Бобров, 1978).

1.1.2. Сосны (род Pinus)

Для Дальнего Востока описано 5 видов сосен (Воробьев, 1968; Усенко, 1984; Бобров, 1978). В зависимости от классификации, сосны разделяют на два или три подрода. На основании деления рода по Е. L. Little и W. В. Critchfild (1969), три дальневосточных вида сосен относятся к подроду Pinus (ранее Diploxylon) секции Pinus подсекции Syhestres (P. sylvestris L., P. densijlora Sieb. et Zucc. и P. funebris Кот.) и две - к подроду Strobus (ранее Haploxylori) секции Strobus подсекции Cembrae (Pinus koraiensis Sieb. et Zucc. и Pinus pumila (Pall.) Regel.).

Pinus sylvestris L. Сосна обыкновенная (Scots pine). Основной ареал сосны обыкновенной расположен в Европе, охватывая почти всю европейскую часть России, а

9

также - в западной Сибири, Забайкалье и Якутии. Кроме того, эта сосна произрастает в Монголии и прилегающих районах Китая. На Дальнем Востоке сосна обыкновенная образует леса в западной части Амурской области, где она обычна к западу от р. Зея (Уварова, 1969). На территории Хабаровского края сосна имеется в бассейнах рек Горин, Амгунь и Уда (Шиманюк, 1962). Территория бассейна верхнего Амура от левобережья р. Зея до предгорий Малого Хингана Б. П. Колесниковым (1945) охарактеризована как район прошлого массового распространения сосны, ныне почти полностью истребленной человеком. В Приморском крае сосна обыкновенная имеется только в посадках. Наиболее старые посадки — в Шмаковке и близ Уссурийска, в бассейне р. Супутинки (Уварова, 1967).

Крупное дерево, до 35 и более метров высоты и 90 см в диаметре, с округлой кроной и светлой красно-бурой трещиноватой корой. Хвоя до 7, реже 8 см длины и около 1,5 (2) мм ширины, сизо-зеленая, в пучках по 2. Шишки на более или менее длинных ножках, отклоненные вниз, обычно одиночные, реже по 2-3, овально-конические, 3-7 см длины и 2-3,5 см толщины, при созревании широко раскрывающиеся. После высыпания семян шишки могут оставаться на дереве год или даже два. Щитки на концах зрелых шишек выпуклые, почти ромбические. Семена яйцевидные, 3-4 мм длины, различной окраски (от светло-серых до темно-коричневых, почти черных), с пленчатым крылом 12-16 мм длины.

К почвенным условиям сосна нетребовательна. Наилучшую производительность она имеет на глубоких гумусированных свежих и рыхлых супесчаных почвах, но растет и на сухих песчаных местах, скалистых обнажениях горных склонов, торфяных болотах и известняковых обнажениях. В районах вечной мерзлоты в Хабаровском крае и Амурской области сосна избегает мест с близким залеганием мерзлого слоя и занимает возвышенные холмы и террасы речных долин с дренированными песчаными и супесчаным;; почвами. Деревья сосны обыкновенной в лучших условиях произрастания доживают до 300-350 лет (Строгай, 1934; Воробьев, 1968; Усенко, 1984; Бобров, 1978).

В пределах своего современного ареала сосна обыкновенная отличается большой

морфологической изменчивостью, на основании изучения которой выделены различные

•. подвиды или географические расы этой сосны, ряду которых придан даже видовой

таксономический статус (Комаров, 1934; Сукачев, 1938; Правдин, 1964; Бобров, 1978;

Побединский, 1979; Лесная энциклопедия, 1986)

Pinus densiflora Sieb. et Zucc. Сосна густоцветковая (Japanese red pine) произрастает на полуострове Корея, основных островах Японии (Хонсю, Сикоку и Кусю), на северо-востоке Китая и юге Приморского края в России. В Приморском крае сосна густоцветковая растет в районах Хасанском, Октябрьском, Пограничном, Ханкайском,

10

Хорольском, Черниговском, Спасском, Уссурийском и Шкотовском. Растет она небольшими группами на крутых, обычно южных склонах с сильно щебнистой почвой, а местами и прямо на скалах. Сосна образует здесь небольшие, обособленные друг от друга насаждения. Есть на песках о. Сосновый озера Ханка (Воробьев, 1968).

В 1901 году В. Л. Комаров описал для южно-уссурийского края и северной части п-ва Корея новый вид - P. funebris, который отличался как от сосны обыкновенной, так и от сосны густоцветковой (Комаров, 1949). В. Л. Комаров назвал этот вид сосной погребальной при описании ее на кладбищах в северной части Кореи (часто используют и другие тривиальные названия - могильная, кладбищенская). В дальнейшем, однако, В. Л. Комаров в своей обширной работе "Флора СССР" (Комаров, 1934) указал на близость сосны погребальной и сосны густоцветковой, причем P. funebris упоминалась как северная географическая раса сосны густоцветковой. В. М. Урусов (Урусов, 1974, 1995), основываясь на анализе строения генеративных органов хвои сосны погребальной, указал на ее гибридное происхождение в результате интрогрессивной гибридизации сосны обыкновенной и сосны густоцветковой. Однако, несмотря на работы В. М. Урусова, И. Ю. Коропачинский (1989) вообще не упоминает сосну погребальную в обзоре сосудистых растений российского Дальнего Востока, а В. А. Недолужко (1995) отнес приханкайские популяции к сосне обыкновенной.

Дерево до 30 м высоты и 70-80 см в диаметре. В Приморском крае таких крупных экземпляров почти не сохранилось, и эта сосна представлена здесь деревьями, очень редко превышающими 10-18 м (Воробьев, 1968). Кора старых деревьев серая, на молодых ветвях красноватая, светлая, мелкочешуйчатая. Крона широкая, раскидистая, иногда несколько однобокая. Произрастая, как правило, на гребнях и склонах гор по морскому побережью, деревья подвергаются постоянным ветрам, в результате чего формируются неправильные, флагообразные кроны. Стволы большей частью сбежистые, нестройные. Хвоя различной величины, от 5 до 10 см длины и около 1 мм ширины, темно-зеленая, в пучках по 2. Молодые шишки почти сидячие, прямые; зрелые шишки серые на очень коротких ножках. Длина шишек около 5 см, щитки ромбические, почти плоские. Семена длиной 5 мм и шириной 2,5 мм, преимущественно кофейно-пестрые, крылатки кофейные, с коричневыми полосами. Семена, в отличие от семян сосны обыкновенной, вылетают в самом начале октября.

Сосны густоцветковая и могильная в России признаются редкими видами и занесены в Красную книгу в 1978 г. (Красная книга СССР, 1984).

Pinus koraiensis Sieb. et Zucc. Сосна корейская, "сосна кедровая корейская, сосна кедровая маньчжурская, кедр корейский" (Korean pine) — один из основных и наиболее

11

ценных лесообразующих видов юга Дальнего Востока. Северная граница ее распространения на побережье проходит в районе г. Советская Гавань, а на Амуре - у с. Софийск, западная граница - на Буреинском хребте. Основные массивы лесов с участием сосны корейской расположены в Приморском крае и на юге Хабаровского края. Верхняя граница леса с более или менее значительным участием сосны корейской проходит на южных склонах на высоте 700-750 м, а на северных - на высотах порядка 500-600 м над уровнем моря. С продвижением к северу верхняя граница кедровых лесов постепенно снижается до 250 м над ур. м. Вместе с сосной корейской произрастают: на юге Приморья цельнолистная пихта, в горах и на севере - аянская ель, а местами - лиственница. Обычно в кедровниках много лиственных пород. Так, из пород первого яруса весьма характерны береза желтая, ребристая и липа амурская. Для второго и третьего ярусов характерна на J севере и в горах белокорая пихта, а на юге клены, дубы, диморфант, мелкоплодник, граб. Сосна корейская и леса с ее участием обычно занимают сухие горные склоны и древние речные террасы. На участках с постоянным избыточным увлажнением сосна не растет, неблагоприятна для нее и постоянная высокая влажность воздуха.

За пределами России сосна корейская произрастает в северо-восточной части п-ва Корея и в Китае, изолированные местонахождения есть в Японии в горах о. Хонсю.

Крупное дерево, достигающее 35-42 м высоты и 150 и более сантиметров в диаметре ствола. Крона у кедра корейского мощная, довольно густая, у молодых деревьев округло-яйцевидная, к старости - продолговато-цилиндрическая, веерная или обратноконическая, а у перестойных — обычно многовершинная. Кора стволов коричнево-серая с красноватым оттенком, шелушащаяся, до старости остается сравнительно тонкой. Хвоя 8-12 см длины, в поперечном сечении трехгранная, с шероховато-зазубренными ребрами, сидит в пучках по пять штук, держится на ветвях два-четыре года. Шишки 7-17 см длины, удлиненно-яйцевидные, весом 100-150 г, при созревании не раскрываются. Только при падении от сильного удара из шишки может выпасть часть семян, остальные семена распространяются грызунами, птицами (кедровка и др.), кабанами и другими представителями лесной фауны. Семена 12-16 мм длины, бескрылые, округло-клиновидной формы, серовато-коричневые, с плотной кожурой, имеющей толщину около 1 мм.

Сосна корейская доживает обычно до 350-400 лет, но нередко встречаются 500-летние экземпляры, а иногда и старше (Соловьев, 1958; Колесников, 1956; Воробьев, 1968, Усенко, 1984).

Pinus pumila (Pall.) Regel. Сосна приземистая, "кедровый стланик" (Dwarf stone pine, Japanese stone pine). Основной ареал кедрового стланика находится в России, где он

12

встречается от Забайкалья до Охотского побережья, Камчатки и до устья р. Анадырь, Также произрастает на Курильских островах и Сахалине, в Приамурье и Приморье. В горы кедровый стланик поднимается до 500 - 800 м на севере ареала и до 1600 - 2000 м на юге, где образует труднопроходимые кустарниковые заросли (Крылов и др., 1983). За пределами России встречается в Корее. В Японии он обычен на Хоккайдо, где растет на горах на высотах порядка 1000 м, а в горах о, Хонсю образует заросли на высотах между 2500 и 3250 м.

Крупный кустарник с приподнимающимися ветвями. Иногда встречаются и прямостоячие экземпляры, до 5 м высоты, преимущественно в долинах рек. Кора темно-серая, почти гладкая, хвоя в пучках по 5, сизо-зеленая густая, 4-8 см длины и 0,5-1 мм ширины. Шишки мелкие, 4-5 см длины, яйцевидные или удлиненные. Семена до 6-10 мм длины и 4-6 мм ширины, кожура их деревянистая, но более тонкая, чем у семян сосны корейской. В естественных условиях кедровый стланик возобновляется главным образом семенами. Распространению его семян, сравнительно тяжелых и бескрылых, способствуют питающиеся ими белка, соболь, бурундук, мыши, медведь, а из птиц -глухарь, кукша, щур и особенно кедровка.

Нетребовательность к почвам и приспособленность к суровому климату обеспечили стланику возможность произрастать в самых разнообразных условиях обширного ареала: на скалах, каменистых склонах и песчаных дюнах. Также он формирует насаждения среди моховой тундры, в условиях вечной мерзлоты. Кедровый стланик растет медленно, доживая до 200 - 250 лет (Воробьев, 1968, Усенко, 1984).

1.1.3. Пихты (род Abies)

Для территории Дальнего Востока России приводится до 6 видов пихт (Воробьев, 1968, Усенко, 1984). На основании деления рода по Л. Е. Маценко, четыре вида относятся к серии Nephrolepides секции Bracteata: пихта стройная A. gracilis Kom., пихта Вильсона A. wilsonii Miyabe et Kudo, пихта сахалинская A. sachalinensis Mast, и пихта почкочешуйная или белокорая A. nephrolepis Maxim. Пихта Майра A. mayriana Miyabe et Kudo относится к серии Veitchiana этой же секции, а пихта цельнолистная A. holophylla Maxim. - к серии Homolepides секции Piceaster (Крылов и др., 1986) Ниже дается описание только двух видов — пихты сахалинской и пихты почкочешуйной, которые изучались в данной работе.

Abies nephrolepis (Trautv.) Maxim. Пихта почкочешуйная, пихта белокорая (Manchurian fir) растет по всему Сихотэ-Алиню, по Приамурью, в Буреинских горах, по побережью Татарского пролива. Северная граница ареала пихты белокорой проходит по

13

хребту Джугджур на широте около 56° и опускается к Удекой губе, где выходит к морю примерно на 54° с. ш. На запад доходит до бассейна р. Зеи. На Сахалине, Камчатке, Курильских и Шантарских островах этот вид пихты не встречается. За пределами Дальнего Востока России произрастает в Северо-Восточном Китае и севере п-ofi Корея.

Стройное дерево, достигающее 20-25, редко - 28 м высоты и 35-40, иногда до 50 см в диаметре ствола. Крона густая, остроконическая. Кора смолоду гладкая, светлая, с беловатыми пятнами; такой же она остается в верхней части и на старых стволах. В комлевой части старых деревьев кора темно-серая, трещиноватая.

Хвоя плоская, мягкая, сверху блестящая, снизу с двумя серебристыми полосками устьиц, на верхних плодущих ветвях коротко остроконечная, а на бесплодных боковых ветвях — слегка раздвоенная на концах; держится на ветвях до 10 лет.

Шишки овально-цилиндрические, тупые, прямостоячие, смолоду малиновые, позднее темно-фиолетовые, а к моменту созревания бурые, 5-6 см длины и 2-2,5 см толщины. Семена клиновидно-овальные, граненые, 5-7 мм длины, с крылышками 10-14 мм длины.

Теневынослива. Нуждается в сравнительно влажном климате. Лучше растет на дренированных, достаточно плодородных гумусированных глинистых и суглинистых почвах. На переувлажненных почвах растет плохо, заболоченных мест не выносит.

Смолоду растет медленно, но затем рост усиливается, в 100-летнем возрасте достигает высоты 20-24 м. По быстроте роста обгоняет ель аянскую, но не вырастает до размера последней. Доживает до 150-180, редко -до 200 лет (Фалалеев, 1982; Усенко, 1984).

Abies sachalinensis (Fr. Schmidt) Mast. Пихта сахалинская (Sakhalin fir) произрастает на значительной территории Сахалина, продвигаясь на север до полуострова Шмидта включительно. Южнее 48° с. ш. встречается редко. Растет на Курильских островах (Шикотан, Кунашир, Итуруп). За пределами России произрастает в Японии на о. Хоккайдо, где она растет во многих провинциях в горных темнохвойных и смешанных лесах. Стройное дерево высотой до 25-40 м и до 50-70 см в диаметре ствола. Кроны густые, узко конические, с острой вершиной. Ветви длинные, расходящиеся горизонтально. Кора молодых стволов светло-серая, гладкая, на старых деревьях -красноватая, продольнотрещиноватая. Хвоя 2,5-3,5 см длины, мягкая, сверху темно-зеленая, блестящая, снизу с двумя серебристыми полосками, с округлым или мелковыемчатым окончанием.

Шишки темные, с коричневато-лиловым оттенком, продолговато-цилиндрические, туповершинные, длиной 6-8 см и толщиной 2-3 см. Семена коричневые, угловатые, длиной 5-6 мм, крылышки коричнево-фиолетовые, по длине равные семени.

14

Растет на свежих суглинистых и суглинисто-песчаных почвах. Встречается и на бедных скелетных почвах горных склонов. Теневынослива. Требовательна к теплому и влажному воздуху. Доживает до 180-200, редко - до 250 лет (Усенко, 1984).

Пихта сахалинская морфологически близка к пихте белокорой, причем В. Л. Комаров (1949) указывал, что по анатомическому строению хвои они трудно различимы. Кроме того, у пихты сахалинской были выделены две разновидности: var. mayriana Miyabe et Kudo и var. nemorensis Wils., которые отдельные авторы считают самостоятельными видами - пихтой Майра и пихтой Вильсона (Васильев, 1949; Воробьев, 1968; Усенко, 1984).

1.2. Преимущества изоферментов и история их становления как генетических

маркеров у хвойных видов

К настоящему моменту генетический характер наследования установлен для огромного количества морфологических признаков у многих животных и сельскохозяйственных растений. Более того, на таких растениях как кукуруза, пшеницы, ячмень, томаты и др. появилась возможность в специальных скрещиваниях проводить локализацию (т.е. определять точное расположение) генов в хромосомах и даже вносить нужные гены, создавая сочетание необходимых селекционеру признаков (Genome mapping in plants, 1996).

Несколько изменчивых альтернативных признаков найдены и у древесных видов хвойных растений. Изменчивость обнаружена по таким признакам, как форма семенной чешуи, цвет семенных крылаток и семян, число семядолей проростка и др. (Правдин, 1964, 1975; Урусов, 1974; Райт, 1978; Мамаев, Попов, 1989; Фролов, 1993; Потемкин, 1994). Имеются и морфологические варианты с вредным или летальным эффектом, такие как, например, альбинизм (Морозов, 1978; Cram, 1983). Однако, определить контролируется ли тот или иной признак у древесных конкретными генами или зависит от случайных обстоятельств (например, благоприятное и неблагоприятное освещение, повреждения и т.д.) является трудной, а порой и неразрешимой задачей. Так скажем проведение на хвойных видах экспериментов, аналогичных менделевским по установлению характера наследования цвета семян, потребует около ста лет из-за длительности жизненного цикла. Таким образом, использование морфологических признаков в качестве маркеров в селекционных экспериментах на хвойных видах бесперспективно, по крайней мере, в ближайшее время.

Другой класс изменчивых признаков у хвойных был обнаружен по монотерпенам. Оказалось, что высокий и низкий уровни монотерпенов контролируются генами, но в

15

отличие от морфологических маркеров, различия по монотерпенам найдены только между популяциями, а не между отдельными деревьями. Кроме того, они маркируют несущественную часть генома, отражающую чувствительность организма к факторам окружающей среды, и поэтому оказались пригодны только для изучения генетической изменчивости на географической и экологической основе (Phillips, Croteau, 1999; Forrest et al., 2000; Duncan et al., 2001; Sagnard et al., 2002; Manninen et al., 2002). Как отмечает Адаме, анализ монотерпенов проводится довольно дорогостоящим методом газовой хроматографии и занимает много времени. Следует также подчеркнуть, что, как и для морфологических признаков, в случае анализа монотерпенов, необходимо проведение скрещиваний в нескольких поколениях (Adams, 1983). В связи со всем вышеизложенным монотерпены вряд ли можно рекомендовать в качестве удобных генетических маркеров в селекции хвойных.

Новый класс генетических маркеров появился в середине 80-х годов благодаря развитию методов выделения, клонирования и рестрикции ДНК. На основе рестрикции ДНК был разработан метод анализа, носящий название полиморфизм по длине фрагментов рестрикции (ПДРФ; англ.: RFLP - restriction fragment lenth polymorphism).

Решающую роль в развитии ДНК маркеров сыграл метод полимеразной цепной реакции (ПЦР; англ.: PCR - polymerase chain reaction), и разработанные на его основе маркеры полиморфизма ДНК. К ним относятся: полиморфизм ДНК на основе случайной амплифицикации (англ.: RAPD - random amplified polymorphic DNA), варьирующее число тандемных повторов (англ.: VNTR - variable number of tandem repeats) или минисателлиты, микросателлиты (англ.: SSR- simple sequence repeats), однонуклеотидный полиморфизм (англ.: SNP - single nucleotide polymorphism) и другие, включая маркеры на основе комбинации различных методов, например, полиморфизм по длине фрагментов амплификации (англ.: AFLP - amplified fragment length polymorphism), который сочетает в себе методы рестрикции ДНК и полимеразной цепной реакции. Причем, в анализ включается как ядерная, так и рибосомальная, хлоропластная и митохондриальная ДНК (Brown, Kresovich, 1996; Алтухов, Салменкова, 2002). Все эти маркеры полиморфизма ДНК стали активно использоваться в популяционной и эволюционной генетике хвойных видов с 90-х годов (Wagner, 1992; Boscherini et al., 1994; Tsumura et al., 1994, 1995, 1996; Aagaard et al., 1995, 1998; Isabel et al., 1995, 1999; Vendramin et al., 1995; Ziegenhagen et al., 1995; Szmidt et al., 1996, 1998; Lu et al., 1997; Stefanovic et al., 1998; Parducci, Szmidt, 1999; Thomas et al, 1999; Wang et al., 1999; Hayashi et al., 2000; Terry et al., 2000; Fazekas, Yeh, 2001; Hwang et al., 2001; Parducci et al., 2001; Walter, Epperson, 2001; Semerikov, Lascoux, 2003 и др.).

16

Необходимо отметить, что использование фрагментов ДНК в качестве молекулярно-генетических маркеров требует высочайшей квалификации специалистов, уникального оборудования (большинство процессов роботизировано) и существенных денежных вложений (Molecular genetic analysis of populations, 1992).

Наиболее перспективным для решения прикладных и фундаментальных вопросов лесной генетики оказалось направление, получившее название генетики изоферментов. Одним из главных методов, лежащих в основе нового направления, является метод разделения белков и ферментов в электрическом поле путем электрофореза (Корочкин и др., 1977; Айала, 1984). Достоинство этого метода состоит в том, что по числу и расположению окрашенных красителем белковых и ферментных фракций на специальной гелевой пластине можно непосредственно судить о генах, имеющихся в каждом растении. Окрашенные фракции получили название изоферментов и стали широко использоваться в качестве маркеров для селекционных и генетических экспериментов на различных видах древесных, в основном хвойных (Rudin, Lingren, 1977; Adams, 1981, 1983; Falkenhagen, 1985; Cheliak et al., 1987, 1988; Geburek et al., 1987; Adams et al., 1988, 1992; Adams, Birkes, 1989, 1991; Miller et al., 1989; Muona, 1990; Millar, Libby, 1991; Muller-Starck, 1991; Millar, Westfall, 1992; Savolainen, Karkkainen, 1992; Westfall, Conkle, 1992; Xie, Knowles, 1992; Jermstad et al., 1993; Mitton et al., 1993; Ennos, Tang Qian, 1994; Mejnartowicz, Lewandowski, 1994; Ziegenhagen et al., 1995; Burczyk et al., 1997; Gomory et al., 1998; Pichot et al., 2000).

Изоферменты (наследуемые фракции ферментов) или как их еще называют изозимы, имеют целый ряд неоспоримых преимуществ по сравнению с другими классами наследуемых генетических маркеров:

1. Современные методы электрофореза дают возможность без чрезмерных временных затрат анализировать большое количество изоферментных локусов (генов) у многих древесных (Conkle et al., 1982; Cheliak, Pitel, 1984).

2. На одном геле можно анализировать одновременно по 60 и более образцов и, соответственно, сразу определять их генотипы. При хорошо налаженной работе в некоторых лабораториях исследователи анализируют от 100 до 200 образцов в день по 11-20 генам каждый (Adams, 1983; Cheliak et al., 1987).

3. Все известные в настоящее время изоферменты наследуются моногенно, проявляются кодоминантно и, в основном, расщепляются в соответствии с Менделевским соотношением. Это позволяет сразу после электрофореза типировать как гомозиготные, так и гетерозиготные фенотипы и генотипы без проведения специальных анализирующих скрещиваний.

4. Важным преимуществом изоферментов является то, что они могут быть

17

проанализированы в различных тканях, включая хвою, почки, пыльцу, эндоспермы, зародыши семян и др. (Conkle, 1971a; Pitel, Cheliak, 1982; Mitton et al., 1979; Cheliak et al., 1985; Govindaraju, Dancik, 1986 и др.). По общему признанию наилучшее электрофоретическое разрешение наблюдается в тканях семян. Так, например, у Pseudotsuga menziesii Fr. удалось проанализировать 29 генов в эндоспермах и 23 в зародышах семян, в то время как в почках и однолетней хвое взрослых и саженцев -только 18 и 12 генов, соответственно (Adams, 1983). К тому же, следует отметить, что более 80% исследованных в почках и хвое локусов обнаруживается в эндоспермах и зародышах. Таким образом, имея возможность анализировать одни и те же локусы в различных тканях, можно легко проводить генетические сравнения между родителями и потомками.

Семена хвойных имеют еще ряд неоспоримых преимуществ перед вегетативными тканями (Rudin, Ekberg, 1978; Neale, Adams, 1981; Cheliak, Pitel, 1984; Friedman, Adams, 1985): условия хранения хорошо известны для большинства видов; небольшой объем хранящегося семенного материала может представлять собой большой набор генотипов; ткани семян свободны от таннинов и фенолов; наличие в семени гаплоидного (IN) мегагаметофита и диплоидного (2N) зародыша позволяет легко определить гаплотип пыльцы в генотипе зародыша; наследование и сцепление генов может быть определено без специальных скрещиваний и анализа потомков в поколениях.

5. Как генетические маркеры, изоферменты могут служить идеальным инструментом для описания генетической структуры природных и искусственных популяций (Левонтин, 1978; Айала, 1984). Генетическая структура (частоты встречаемости аллелей по большой совокупности генов) является устойчивой, эволюционно сложившейся характеристикой популяций - ее индивидуальным генетическим портретом. Нарушение генетической структуры популяции в ходе лесопользования может легко привести к ее гибели. Кроме того, анализ изоферментов дает возможность глубоко исследовать генетическую изменчивость популяций и видов, так как позволяет определить число полиморфных локусов в генофонде популяций, степень гетерозиготности отдельных деревьев и величину генетических различий между популяциями и видами.

Впервые разделение белков под действием электрического поля было продемонстрировано в 30-е годы XX столетия Тизелиусом. Тизелиус показал, что глобулины сыворотки крови можно разделить на несколько фракций методом электрофореза в свободном растворе. В настоящее время электрофорез проводится в различных гелях (поддерживающих средах) - агаровом, полиакриламидном, крахмальном и др. Наиболее широкое применение в генетике и селекции получил метод электрофореза
Список литературы
Цена, в рублях:

(при оплате в другой валюте, пересчет по курсу центрального банка на день оплаты)		 1425
Скачать бесплатно 24458.doc 





Найти готовую работу


ЗАКАЗАТЬ

Обратная связь:


Связаться

Доставка любой диссертации из России и Украины

Вход для партнеров

Регистрация

Восстановить доступ

Материал для курсовых и дипломных работ


Ссылки:

Выполнение и продажа диссертаций, бесплатный каталог статей и авторефератов

Счетчики:

Besucherzahler
счетчик посещений

© 2006-2022. Все права защищены.
Выполнение уникальных качественных работ - от эссе и реферата до диссертации. Заказ готовых, сдававшихся ранее работ.