1000-2

2

УДК 630*165

Сиволапов, А. И. Лесная генетика и селекция [Текст] : методические указания к выполнению контрольных работ для студентов заочной формы обучения по направлению подготовки 250700 – Ландшафтная архитектура / А. И. Сиволапов ; М-во образования и науки РФ, ФГБОУ ВПО «ВГЛТА». – Воронеж, 2013. – 16 с.

Печатается по решению учебно-методического совета ФГБОУ ВПО «ВГЛТА» (протокол № 7 от 25 мая 2012 г.)

Рецензент заместитель директора по научной работе НИИЛГиС канд. с.-х. наук Н.С. Русин

Ответственный редактор канд. с.-х. наук, проф. А.И. Сиволапов

3

ВВЕДЕНИЕ

Генетика сыграла решающую роль в становлении биологии ХХ века как точной науки. Сегодня генетика вторгается в самые различные области человеческой деятельности: от медицины и охраны окружающей среды до социологии и демографии. Генетика стала основой биотехнологии.

Благодаря переоткрытию и восприятию законов Менделя в начале прошлого века биология вошла в семью точных наук. Генетика прошла огромный путь от менделевских факторов к макромолекулам – белкам и нуклеиновым кислотам. Генетика в настоящее время является одной из важнейших интегрирующих биологических дисциплин, а ее методология продолжает объединять исследования всех форм жизни на земле.

Генетика поздно пришла в Россию, но успешно развивалась: это научные школы Ю.А. Филипченко, Н.К. Кольцова, Н.И. Вавилова. Отечественные генетики внесли выдающийся вклад в науку. Гомологические ряды в наследственной изменчивости Н.И. Вавилова, генетика природных популяций С.С. Четверикова, открытие Б.Л. Астауровым спонтанной модификационной изменчивости, огромный вклад в частную генетику животных и теорию гена А.С. Серебровского, работы Н.В. ТимофееваРесовского, положившие начало молекулярной генетике и молекулярной биологии, генетико-автоматические процессы в популяциях Д.Д. Ромашова и Н. П. Дубинина, блестящие исследования по мутагенезу Г.А. Надсона и Г.С. Филипова, М.Н. Мейселя, В.В. Сахарова, М.Е. Лобашева, И.А. Рапопорта.

Селекция растений – теория и практика улучшения существующих и выведение новых сортов растений. Слово селекция в переводе с латинского selektio означает отбор или выбор. Отбор лучших форм из дикорастущих видов растений – наиболее древний метод селекции. Первоначальное понятие селекции соответствовало содержанию работ по выведению новых сортов путем отбора и размножения лучших форм. Современная селекция применяет отбор, используя при создании исходного материала гибридизацию, полиплоидию и мутагенез. Однако и в настоящее время отбор остается основой селекционной работы: с отбора исходных форм начинается выведение сорта, отбором заканчивается апробация форм и признание нового сорта.

Лесным Кодексом Российской Федерации, принятым Государственной Думой и введенным в действие Правительством Российской Федерации в январе 2006 года, установлено, что для осуществления рационального использования, охраны и защиты лесного фонда и воспроизводства лесов разрабатываются государственные программы устойчивого лесопользования, означающие непрерывное пользование лесом и сохранение биоразнообразия.

Для успешного решения этой задачи важное место имеет внедрение в лесоводство методов селекции. Для улучшения лесных пород на основе селекции возможны два основных пути: 1. Отбор и использование для

4

разведения стихийно возникших в природе ценных форм. 2. Получение новых ценных форм экспериментальным путем (методами гибридизации, мутагенеза, полиплоидии и др.) и их использование.

В лесной селекции, самой молодой, интенсивно развивающейся отрасли лесоводства, первый путь имеет в настоящее время основное значение для практики и массового применения селекции в лесном хозяйстве и зеленом строительстве. Гибридизация на гетерозис – это основное направление получения новых форм искусственным путем. Мутагенез и полиплоидия находят свое применение для получения новых форм растений.

Лесное семеноводство осуществляется в соответствии с Федеральным законом от 17 декабря 1997 года № 149-ФЗ «О семеноводстве» и настоящим Лесным Кодексом.

Повышение качества и ускорение роста создаваемых насаждений в значительной мере зависит от качества используемого посадочного материала. Необходимым условием при этом является обеспечение лесокультурных работ семенами деревьев с лучшими наследственными свойствами и высокими посевными качествами.

Перевод лесного семеноводства на генетико-селекционную основу и создание постоянной лесосеменной базы (ПЛСБ) предполагает последовательное осуществление комплекса научных и организационнохозяйственных мероприятий, в том числе:

-селекционную инвентаризацию насаждений, а также посадок перспективных для лесного хозяйства интродуцентов с выделением плюсовых деревьев и насаждений;

-генетическую оценку плюсовых деревьев (или их клонов) на элитность по семенному потомству в испытательных культурах;

-сохранение генетического фонда путем создания коллекционных участков (архивов клонов) и банков семян плюсовых (элитных) деревьев;

-создание лесосеменных плантаций на основе вегетативного и семенного размножения плюсовых (элитных) деревьев;

-закладку и формирование постоянных лесосеменных участков.

Для успешного выполнения комплекса селекционно-семеноводческих мероприятий необходимы высококвалифицированные специалисты, четко представляющие схему селекционного отбора и сортового семеноводства лесных древесных пород для выращивания высококачественных и продуктивных насаждений и создания лесопарков.

5

1.СОДЕРЖАНИЕ РАЗДЕЛОВ ДИСЦИПЛИНЫ

1.1.Введение. Лесная генетика и селекция, еѐ место для подготовки бакалавров ландшафтной архитектуры и декоративного строительства. Наследственность и изменчивость древесных растений как предмет лесной генетики. Сущность и методы изучения наследственности и изменчивости. Классификация типов изменчивости. Закономерности наследования. Гибридологический анализ. Моногибридное и дигибридное скрещивание. Понятие об аллелях, доминантности, рецессивности, фенотипе и генотипе, гомо- и гетерозиготности. Материальлные основы наследования. Правила Г. Менделя. Правило чистоты гамет.

1.2.Хромосомная теория наследственности. Молекулярные основы наследственности. Взаимодействие аллельных и неаллельных генов. Взаимодействие аллельных генов. Полное и неполное доминирование.

Взаимодействие неаллельных генов. Комплементарность. Эпистаз. Полимерия. Модификации. Молекулярные основы наследственности ДНК и РНК – материальные носители наследственности, их химическая,

физическая и генная сущность. Триплетный код. Механизм репликации ДНК. Полимеразная цепная реакция для изучения и анализа ДНК.

Цитоплазматическая наследственность. Неядерная наследственность (цитоплазматическая, пластидная, митохондриальная, наследование через вирусы). Цитоплазматическая мужская стерильность, гипотезы возникновения ЦМС. Восстановление фертильности. Биохимическая концепция гена. Генетический код. Генный контроль биосинтеза белка.

Генетические основы онтогенеза. Этапы онтогенеза дерева и закономерности осуществления наследственных особенностей на разных этапах. Целенаправленный подбор условий выращивания для доминирования

угибридов желательных признаков.

1.3.Изменчивость. Основы популяционной генетики

Типы изменчивости. Мутационная изменчивость. Определение мутаций. Типы мутаций, их характеристика. Примеры. Параллельная изменчивость. Закон гомологических рядов в наследственной изменчивости Н. И. Вавилова. Индуцированный мутагенез. Получение мутантов древесных пород.

Полиплоидия. Определение полиплоидии, ее биологическая сущность. Классификация полиплоидов: эуплодия, анеуплодия, гаплоидия. Авто-и аллополиплоиды. Миксоплоидия. Эволюция кариотипов древесных. Возникновение полиплоидов в природе и эксперименте. Закономерности наследования при полиплоидии. Размножение полиплодидов. Эпигенетика.

Гибридизация. Гибридогенная изменчивость. Генная инженерия. Гетерозис, типы гетерозиса. Теории гетерозиса. Гибридизация соматических клеток. Гибридизация на уровне молекул ДНК. Геномное конструирование у растений. Примеры для древесных.

6

Общие принципы количественной генетики. Генетика популяций. Популяция в аспекте микросистематики и экологии. Вид – качественный этап эволюционного процесса, структура вида. Популяция – элементарная единица эволюции; популяция в системе биогеоценоза. Структура популяции. Внутривидовой полиморфизм. Категории и формы внутривидовой изменчивости по С. А. Мамаеву. Методы изучения. Понятие

очистых линиях и популяциях по В. И. Иогансену.

1.4.Направления и методы лесной селекции. Аналитическая селекция. Сорт и сортоиспытание

Направления и методы лесной селекции. Отбор. Содержание и теоретические основы отбора как метода селекции. Типы отбора: массовый, групповой, индивидуальный. Отбор провиниенций, эдафотипов и лесосеменное районирование. Отбор популяций, форм, биотипов. Отбор при интродукции. Прижизненная оценка наследственных свойств растений. Ранняя диагностика признаков и свойств плюсовых деревьев.

Определение сорта. Сорт как конечный этап селекционного процесса. Типы сортов по способу получения: сорт-популяция, сорт-гибрид, сортлиния, межлинейные гибриды, сорт-клон. Порядок работы при получении сорта и сортоиспытании. Организация авторского права на сорт.

Системы размножения растений: половое и бесполое. Преимущества и недостатки. Их сущность и роль в сохранении генотипических особенностей родительских растений в потомстве. Практическое применение различных форм размножения. Способы вегетативного размножения: порослью от пня, отводками, корневыми отпрысками, корневищными побегами, черенками, культурой тканей, прививками.

1.5.Синтетическая селекция растений. Получение новых форм растений искусственным путем (путем гибридизации и мутагенеза)

Гибридизация. Гибридизация внутривидовая и отдаленная. Спонтанная гибридизация. Факторы, ограничивающие спонтанную гибридизацию: генетические, физиологические, физические. Получение фертильных гибридов. Задачи, решаемые методом гибридизации. Содержание и порядок работы методом гибридизации. Системы скрещивания, их достоинства, недостатки и практическое применение. Комбинационная способность: общая и специфическая; понятия, генетические основы, методы оценки, практическое применение.

Мутагенез. Мутации и их классификация. Мутагенные факторы, их классификация и оценка эффективности. Теоретические основы индуцированного мутагенеза. Факторы, влияющие на эффективность мутагенеза: вид мутагена и его доза, биология объекта и его состояние, внешняя среда. Порядок работы при проведении индуцированного мутагенеза.

7

Полиплоидия. Определение полиплоидов и их классификация. Искусственное получение полиплоидов. Хозяйственное значение. Оптимальное число плоидности. Полиплоидия и морфогенез. Полиплоидия и апомиксис. Диагностика полиплоидов.

1.6.Организация постоянной лесосеменной базы и других объектов

ЕЛГСК

Состояние лесного семеноводства. Постоянная лесосеменная база и ее структура. Принципы организации сортового семеноводства лесных древесных растений на генетико-селекционной основе. Этапы работ по созданию ПЛСБ. Объекты ПЛСБ. Состав единого лесного генетикоселекционного комплекса (ЕЛГСК). Постоянные лесосеменные участки (ПЛСУ). Отбор насаждений под ПЛСУ, селекционная оценка деревьев, формирование, документация, охрана и защита. Способы закладки ПЛСУ. Лесосеменные плантации (ЛСП). Классификация типов ЛСП. Способы создания плантаций вегетативного происхождения. Способы создания плантаций семенного происхождения. Подбор площадей, выбор растительного материала, схема размещения клонов и семей, агротехника выращивания. Стимуляция семеношения на ЛСП. Документация, охрана и защита ЛСП Организация ЛСП II порядка и ЛСП повышенной генетической ценности. Организация временных лесосеменных участков до формирования постоянной лесосеменной базы. Классификация лесных семян. Организация производственных лесосеменных хозяйств, создание селекционносеменоводческих комплексов.

1.7.Селекция и семеноводство хвойных и лиственных древесных растений. Частная селекция декоративных растений

Селекция сосны, ели, лиственницы, пихты: направления селекции – на быстроту роста и качество ствола, качество древесины, устойчивость к неблагоприятным факторам среды, иммунитет, смолопродуктивность, урожайность и качество семян. Особенности создания лесосеменной базы. Селекция и семеноводство перспективных интродуцентов хвойных растений.

Селекция на быстроту роста и форму ствола. Качество древесины. Аномальные перестройки структуры стебля древесных растений и селекция на декоративность древесины. Особенности создания лесосеменной базы. Селекция на урожайность, качество плодов у дикорастущих орехоплодных, плодовых и ягодных растений. Устойчивость к неблагоприятным факторам среды, иммунитет и др. особенности создания маточно-семенной базы.

Селекция на декоративность однолетних и многолетних травянистых растений. Размеры, форма и окраска цветков и его частей, листьев, длина цветоноса. Увеличение периода цветения как фактор декоративности.

8

Селекция на устойчивость к воздействию техногенных и биотических факторов в условиях города.

Декоративные древесные растения. Особенности наследования и селекция хвойных растений по габитусу и окраске хвои. Краснолистные и разрезнолистные формы лиственных древесных и кустарниковых растений. Устойчивость декоративных древесных и кустарниковых растений в городских посадках и лесопарках. Селекционная оценка древесных растений для озеленения города.

2. УКАЗАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ КОНТРОЛЬНЫХ РАБОТ

При выполнении контрольной работы и подготовке к сдаче зачета необходимо руководствоваться программой курса, усвоить изучаемый материал, проработав рекомендованную литературу.

Контрольная работа выполняется в обычной ученической тетради. Она должна быть написана разборчивым почерком и аккуратно оформлена. Контрольное задание состоит из 10 вариантов, каждый вариант содержит 7 вопросов.

Выбор варианта контрольного задания соответствует последней цифре номера зачетной книжки студента, номер задачи соответствует сумме последних двух цифр номера зачетной книжки.

В работе сначала пишется номер варианта, номер вопроса, его формулировка, а затем ответ.

Если у студента возникают затруднения при изучении каких-то вопросов курса, рекомендуется обращаться за консультацией к преподавателям кафедры (письменно или устно). В конце работы указать использованную литературу, подписать, поставить дату и представить в академию на рецензию до начала сессии.

Положительно выполненная контрольная работа рекомендуется к защите, а студенту высылается рецензия. Если контрольная работа выполнена неудовлетворительно, то ее нужно доработать в соответствии с указаниями рецензента и выслать на повторное рецензирование.

3. ВАРИАНТЫ КОНТРОЛЬНОГО ЗАДАНИЯ

Вариант 1

1. Предмет генетики. Методы изучения наследственности.

2. Комплементарное (дополнительное) действие генов. Эпистаз. 3. Гибридизация соматических клеток.

4. Аналитическая и синтетическая селекция. Биологические основы отбора как метода лесной селекции.

5.Вид и его структура. Популяция ее структура и свойства. Признак и фен. Внутрипопуляционные категории: биотип, клон, форма.

9

6.Особенности климатических и высотнопоясных экотипов лиственницы. Лесосеменное районирование лиственницы.

7.Задача.

Вариант 2

1.Понятие о наследственности и изменчивости. Типы изменчивости. Примеры для лесных пород.

2.Оценка эффектов взаимодействия "генотип-среда" и эффектов последействия.

3. Параллельная изменчивость. Закон гомологических рядов в наследственной изменчивости Н.И. Вавилова.

4.Виды отбора в лесной селекции. Теоретические основы отбора как метода лесной селекции.

5.Селекционная оценка древесных растений, применяемых для озеленения городов и населенных пунктов.

6.Биология цветения тополя, клена.

7.Задача.

Вариант 3

1.Генная инженерия. Трансформация растительных клеток, экспрессия чужеродных генов в растениях. Геномное конструирование у растений.

2.Полимерия.

3. Понятие о полиплоидах, их генетико-селекционное значение. Возникновение полиплоидов в природе. Примеры для древесных.

4.Особенности климатических, почвенных и др. экотипов сосны. Лесосеменное районирование сосны.

5.Биология цветения сосны, ели, лиственницы.

6.Сорт. Типы сортов. Организация оформления сорта.

7.Задача.

Вариант 4

1.Понятие о гамете, зиготе, гаплоидном и диплоидном наборе хромосом; кариотипе; гомозиготности и гетерозиготности организмов, расщеплении и константности их признаков у потомства.

2.Генетические основы систем семенного размножения. Амфимиксис и апомиксис.

3.Хромосомная теория наследственности.

4.Особенности климатических и почвенных экотипов дуба. Районирование переброски семян дуба черешчатого.

5.Техника гибридизации на срезанных ветвях и растущих деревьях.

6.Методы сохранения генофонда древесных растений.

7.Задача.

Вариант 5

1. Химический состав хромосом. ДНК и РНК-носители наследственности.

10

2. Гетерозис. Типы гетерозиса, теории гетерозиса. Примеры у древесных.

3.Моногибридное скрещивание. Понятие об аллелях, доминантности и рецессивности.

4.Особенности климатических и почвенных экотипов ели. Лесосеменное районирование ели.

5.Формы березы по коре. Характеристика этих форм, отбор и размножение.

6.Селекция древесных пород при интродукции.

7.Задача.

Вариант 6

1.Ген, его структура и функции. Триплетный код. Генный контроль биосинтеза белка. ПЦР – диагностика.

2.Цитоплазматическая наследственность.

3.Понятие о внутривидовом полиморфизме. Категории и формы внутривидовой изменчивости по С.А. Мамаеву. Методы изучения.

4.Спонтанные и искусственные полиплоиды древесных. Методы искусственного получения полиплоидов.

5.Биология цветения тополя, клена, дуба, березы, орехов.

6.Временные лесосеменные участки - в чем сущность этой системы? Закладка постоянных лесосеменных участков. Способы закладки.

7.Задача.

Вариант 7

1.Правила Г.Менделя.

2.Цитоплазмотическая мужская стерильность. Восстановление фертильности.

3.Закономерности наследования элементарных признаков в идеальных популяциях (закон Харди-Вайнберга).

4.Формы карельской березы. Размножение карельской березы. Каповые формы у березы, осокоря и ореха, их признаки, значение.

5.Достижения по гибридизации тополя. Характеристика нескольких особо ценных для озеленения, защитного и плантационного лесоразведения новых гибридов тополя, выведенных селекционерами.

6.Селекция и семеноводство кедра сибирского.

7.Задача.

Вариант 8

1.Генетика онтогенеза. Дифференциальная активность генов.

2.Определение, предмет изучения эпигенетики. Отличия в предмете изучения генетики и эпигенетики.

3.Факторы генетической динамики популяций: мутации, изоляции, дрейф генов, миграции, давление отбора. Генетический гомеостаз.

4.Гибридизация как метод лесной селекции. Гетерозис. Подбор пар для скрещивания. Системы скрещиваний. Примеры.