Генетика лиственницы Гмелина (Larix gmelinii)

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

ФГБОУ ВО "Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М.Ф. Решетнёва"

Лесохозяйственный факультет

Кафедра селекции, лесных культур и озеленения

Пояснительная записка к курсовой работе

Генетика лиственницы Гмелина (Larix gmelinii)

Руководитель: Проф. О.Ф. Буторова

Выполнила: А.Н. Мамаева

Красноярск, 2017 г.

Реферат

Целью курсовой работы является выявление особенностей лиственницы Гмелина и использование их на практике.

Задачи данной работы - это рассмотрение лиственницы Гмелина с точки зрения лесной генетики, изучение генетической структуры популяции, а также изучение естественных мутационных процессов и роль наследственности. лиственница генетика лесной

Ключевые слова: лиственница Гмелина, генетика, наследственность, изменчивость, мутагенез, полиплоидия, генная инженерия, размножение.

В курсовой работе будут рассмотрены: биологическая характеристика вида (современный ареал, морфологические признаки, экология вида, значение в народном хозяйстве), наследственность и изменчивость, методы изменения наследственности (мутагенез, полиплоидия, генная инженерия), размножение ценных особей лиственницы.

Содержание

Введение

1. Краткая характеристика вида

1.1 Современный ареал

2. Изменчивость генеративных органов

2.1 Методы изменения наследственности

2.2 Генная инженерия

2.3 Размножение ценных форм и особей

Заключение

Список использованных источников

Введение

В лесном хозяйстве большое внимание уделяется повышению продуктивности создаваемых лесных насаждений. Немаловажное значение принадлежит генетике, которая позволяет познать законы наследственности и изменчивости, получить представление о формах и методах сохранения популяций, изучить ценные формы и особи, использовать полученные данные в практической деятельности.

Основной задачей генетики лесных, плодовых и декоративных древесных пород является получение и размножение таких экземпляров, которые превосходили бы остальные по ряду хозяйственно-ценных признаков.

Лиственница как хозяйственно ценная порода давно привлекает внимание исследователей как в плане систематики, так и изучения экотипов. Среди хвойных пород она является наиболее используемой в гибридизации породой. У нее получен целый ряд гетерозисных, быстрорастущих, хозяйственно ценных гибридов. Активизация исследований по ее вегетативному размножению, включая колониальное микроразмножение, позволит в будущем разработать экономически эффективные методы репродукции ее форм.

1. Краткая характеристика вида

1.1 Современный ареал

Лиственница Гмелина, или даурская (L. gmelinii), имеет ареал, охватывающий Восточную Сибирь и Дальний Восток. Его западная граница совпадает с восточной границей ареала лиственницы сибирской, северная от реки Пясины идет в низовья р. Хатанги (на 72° 40' с.ш. находится самый северный остров редколесий этого вида, как и хвойных вообще) и далее на восток по границе с тундрой, вплоть до среднего течения реки Анадыря. Оттуда восточная граница ареала лиственница Гмелина проходит к побережью Охотского моря и от низовьев реки Уды к устью реки Буреи. В целом ареал лиственницы Гмелина охватывает район Российской Федерации с наиболее суровым континентальным климатом; часто эта лиственница растет на почвах с близкой к поверхности вечной мерзлотой. Популяционная структура этого вида изучена еще недостаточно, но у нее выделяют западную и восточную географические расы. Западная - собственно лиственница Гмелина - распространена в верховьях реки Амура и западнее реки Лены. Восточная произрастает к востоку от реки Лена, а по Амуру спускается до реки Зеи [11].

Морфологические признаки.

В лучших условиях произрастания лиственница Гмелина может достигать 40-45 м высотой и до 1 -1,5 м в диаметре. Однако на сфагновых болотах она имеет вид корявого дерева всего 4-6 м высотой, а высоко в горах приобретает стланиковую форму.

Кора стволов красноватая, на старых деревьях (эта лиственница живет 350-400 лет) темноватая, толстая в нижней части, с менее глубокими трещинами, чем у л. сибирской. Однолетние побеги светло-оранжево-желтые или красновато-коричневые, часто с белым налетом, иногда с редкими волосками. Почки такие же мелкие, как у лиственницы сибирской, желтовато-коричневые, блестящие. Хвоя светло-зеленая, 1,5-3 (6) см длиной, распускается раньше, чем у лиственницы сибирской, нередко до того, как оттает почва в зоне корней. Северо-восточные популяции лиственницы Гмелина отличаются очень коротким циклом вегетирования: пожелтение и опадание хвои у них начинаются уже во второй половине августа и завершается в сентябре. Популяции юго-западной части ареала вегетируют длительнее - до конца сентября - середины октября.

Семена созревают в конце августа - в сентябре и обычно опадают уже осенью. Зрелые шишки мелкие, 15-30 мм длиной, содержат 4-6 рядов спирально расположенных семенных чешуй. Семенные чешуи светло-коричневые, блестящие, голые, плоские, лопатообразные, вверху усеченные и иногда по краю несколько выемчатые или неправильно-мелкозубчатые, у основания шишки хорошо заметны кроющие чешуи (рис. 1). Семена косообратно-яйцевидные, 3-4 мм длиной, с одной стороны плоские, с другой - выпуклые, светлые. Крыло 8-9 мм длиной, на одной стороне блестящее, на другой - матовое. Масса 1000 шт. около 3 г [2].

Рис 1. Шишки лиственницы Гмелина

Экология вида

На хорошо дренированных мощных суглинках лиственница Гмелина образует глубокую, мощно развитую корневую систему. На заболоченных почвах с близким залеганием вечной мерзлоты или на мелких и каменистых развивает поверхностную корневую систему из густой сети боковых корней, что обеспечивает высокую ветроустойчивость деревьев. На заболоченных местообитаниях образует придаточные корни. Этот вид - наиболее зимостойкое дерево тайги. Тем не менее, в суровых условиях стволы лиственницы Гмелина часто покрыты морозобойными трещинами. Данный вид лиственницы теневыносливее лиственницы сибирской и хуже ее очищается от мертвых сучьев. В благоприятных почвенных условиях растет быстро. Чаще образует чистые древостои, но может также расти в смеси с елями сибирской и аянской, с пихтами сибирской и белокорой, с кедром сибирским, березами повислой и плосколистной, а по долинам рек - с тополем душистым. В подлеске обычен кедровый стланец. Лиственница Гмелина растёт на склонах гор, в долинах рек, на болотах (марях), на почвах различного механического состава, но сухие почвы уступают сосне. Лучшим ростом отличается на аллювиальных почвах, где переносит довольно длительное затопление, и на почвах, подстилаемых содержащими известь горными породами [1].

Значение в народном хозяйстве

Для медицинских целей у лиственницы добывают живицу, которая применяется для получения скипидара и канифоли. Живицу добывают методом подсочки на химлесхозах.

В составе живицы до 16% эфирного масла, содержащего пинен, дипентен, сильвестрен, сильвестреновую кислоту. Помимо эфирного масла, в живице содержится твердая смола, называемая канифолью, которая почти полностью состоит из абиетиновой кислоты. В листьях (хвое) лиственницы также найдено эфирное масло (около 0,2%), которое состоит из пинена, борнеола и борнилацетата. Кроме эфирного масла, в хвое содержится до 0,2% витамина С, клеящее вещество и т. д. В коре лиственницы найдены дубильные вещества, гликозид кониферин и камедь.

В медицинской практике применяется эфирное масло лиственницы, или так называемый "венецианский терпентин" (скипидар). Его используют в виде мазей, пластырей или в чистом виде как наружное, раздражающее и отвлекающее средство при ревматизме, миозитах, невралгии, подагре и в других случаях. В виде ингаляций, скипидар применяют при бронхитах, бронхоэктазине, абсцессах, гангрене легких, катаре верхних дыхательных путей как антимикробное и дезодорирующее средство. При приеме внутрь следует учитывать, что скипидар обладает раздражающим действием па почки и мочевыводящие пути. Применяется также камедь лиственницы, собираемая из подгоревших стволов на бывших лесных пожарах. Ее используют в качестве эмульгатора при изготовлении эмульсий. Хвоя лиственницы находит применение как антицинготное средство, причем наибольшее содержание витамина С наблюдается в конце июня и в конце августа, поэтому отвары, приготовленные из собранной в этот период хвои, более активны, чем в другие периоды.

В народной медицине у лиственницы используют не только перечисленные выше продукты, но также и смолистые выделения растения, кору и облиственные побеги. Названные продукты в виде горячих настоев назначают при грыже. Венецианский скипидар, так же как и скипидар из сосны и других хвойных пород, применяют в народе при радикулитах, ишиасе, невралгических болях, при зубной боли, как наружное болеутоляющее и отвлекающее средство. В прошлом скипидар широко применяли в смеси с эфиром в виде капель при желчных камнях и как антидот при отравлениях препаратами фосфора. При зубной боли в народе скипидар применяют в виде ком­прессов, накладываемых на участок кожи лица напротив больного зуба. Наконец, при радикулитах также используют компрессы, поверх которых накладывают горячую грелку. Листья используют как витаминное средство, а камедь и лиственничный клей - внутрь, как обволакивающее [3].

Наследственность

Наследственность - это свойство живых организмов передавать свои признаки потомству. Благодаря этому свойству все живые существа сохраняют в своих потомках характерные черты вида. Такая преемственность наследственных свойств обеспечивается передачей генетической информации. А хромосома - это самовоспроизводящийся элемент клеточного ядра, несущий генетическую информацию. Хромосомы представлены комплексами нуклеиновых кислот и белка. Функционально хромосома представляет собой нить ДНК с огромной функциональной поверхностью. Количество хромосом постоянно для каждого конкретного вида. Каждая хромосома образована двумя морфологически идентичными взаимно перевитыми нитями одинакового диаметра - хроматидами. Они тесно соединены центромерой - специальной структурой, управляющей передвижениями хромосом при делении клетки. В зависимости от положения хромосомы тело хромосомы делится на два плеча. Это в свою очередь и определяет четыре основных типа хромосом:

1 тип - Резко неравноплечая (акроцентрическая) хромосома. Её центромера расположена ближе к концу хромосомы и одно плечо при этом длинное, а другое очень короткое.

2 тип - Неравноплечая (субметацентрическая) хромосома. Центромера находится ближе к середине хромосомы и делит ее на неравные плечи: короткое и длинное.

3 тип - Равноплечая (метацентрическая) хромосома. Её центромера находится в самом центре тела хромосомы и делит на равные плечи.

4 тип - Телоцентрическая хромосома центромера расходится на конце хромосомы.

Длина хромосом варьирует в разных клетках от 0,2 до 50 мкм, диаметр - от 0,2 до 2 мкм. Наиболее крупные хромосомы у растений имеют представители семейства лилейных, у животных - некоторые амфибии. Длина большинства хромосом человека составляет 2-6 мкм.

Лиственница Гмелина является одним из основных лесообразующих видов Восточной Сибири. Несмотря на широкое распространение и большую экологическую значимость, генетическое разнообразие данного Вида изучено недостаточно. Кариологические исследования являются составной частью изучения генетических ресурсов и необходимы для использования генофонда мирового разнообразия хвойных. Кариотип лиственницы Гмелина ранее изучался в Эвенкии, Читинской области Монголии. Между тем, у видов с обширным ареалом может наблюдаться межпопуляционная кариотипическая изменчивость, для выявления которой необходимо изучение структуры кариотипа в разных районах естественного распространения вида. Результаты кариологических исследований широко применяются при изучении биоразнообразия растений, структуры и состава популяций, помогают понять процессы микроэволюциии видообразования.

В диплоидном наборе лиственницы Гмелина содержится 24 хромосомы. Частота встречаемости миксоплоидных проростков, содержащих единичные клетки с измененным числом хромосом (2n=12, 2n=26, 2n=48) у лиственницы Гмелина выше, чем у других видов хвойных по литературным данным, и составляет 39,1%. Частота встречаемости клеток с хромосомными мутациями у лиственницы Гмелина составляет 2,1% и соответствует уровню естественного мутагенеза, установленному для других видов хвойных. Кариотип изученной популяции содержит 6 пар (I-VI) длинных метацентрических и 6 пар (VII-XII) более коротких субмета- и субакроцентрических хромосом. В пределах выделенных групп хромосомы имеют сходные морфометрические параметры[10].

2. Изменчивость генеративных органов

Размеры зрелых женских шишек (длина и ширина) и число семенных чешуй в шишке являются важными признаками при изучении систематики и внутривидовой изменчивости лиственницы. В то же время эти признаки очень изменчивы, причем факторами их изменчивости являются не только генетические особенности отдельных деревьев и популяций, но и экологические условия произрастания. В предыдущих исследованиях были установлены пределы колебания этих признаков в различных районах Восточной Сибири, выявлены некоторые особенности их географической изменчивости, однако четкие закономерности их вариации до сих пор не определены. Анализ изменчивости размеров шишек и числа семенных чешуй в шишке лиственницы Гмелина, в южных и северных популяциях Восточной Сибири показал, что внутрипопуляционная вариация этих признаков несколько стабилизируется при возрастании географической широты расположения популяции. Например, в Эвенкии и Якутии различия между деревьями по длине и ширине шишек в пределах популяции проявляются на низком уровне (Cv = 8,9 - 10,9%). При продвижении на юг в район Западного Забайкалья вариация данных признаков увеличивается и достигает среднего уровня по длине шишек (Cv = 13,1%). Индивидуальная вариация размеров шишек в различных районах Забайкалья превышает 20%, что соответствует повышенному уровню изменчивости. Коэффициенты вариации числа семенных чешуй в шишке также увеличиваются в южных популяциях до среднего уровня[4].

Можно предположить, что подобная стабилизация морфометрических признаков шишек в северных широтах обусловлена очень коротким периодом вегетации и низкой семенной продуктивностью произрастающих там генотипов, адаптивный потенциал которых слишком мал, чтобы вызывать значительные вариации данных признаков. Низкий уровень разнообразия в северных популяциях связывает с отсутствием межвидовой конкуренции в этих районах ареала, что вызывает слабую семенную продуктивность и слабое развитие органов семеношения. Вторым фактором, вызывающим внутрипопуляционную изменчивость в южных районах ареала, является миграция генов в результате гибридизации между сибирскими видами лиственницы. При изучении географической изменчивости данных признаков установлено, что размеры шишек лиственницы Гмелина существенно изменяются как с запада на восток, так и с юга на север. Деревья с наиболее крупными шишками были обнаружены в окрестностях поселка Майла в республике Бурятия. Длина шишек здесь значительно больше значений, полученных в Эвенкии и Якутии. По данным А.П. Абаимова, в популяциях лиственницы Гмелина по ряду пунктов можно наблюдать незначительное уменьшение размеров шишек с нарастанием континентальности климата в направлении от западной окраины ареала на восток [2].

Размеры семян

По мнению В.Н. Сукачева, размеры семян имеют как диагностическое, так и филогенетическое значение. В качестве примера им были приведены данные об отношении длины крыла к длине семени у четырех видов лиственниц, причем подчеркивалось, что слабое развитие крыла является признаком более примитивным. Н.В. Дылис указывает, что различия по размерам семян являются не простыми наследственными модификациями, обусловленными различиями в условиях жизни, а уклонениями, довольно строго наследуемыми даже при глубокой перемене условий существования. В исследованиях установлено, что внутрипопуляционная вариация размеров семян изменяется от низкого до повышенного уровня (Cv = 9,6 - 27%). При этом какой-либо географической закономерности в характере вариации этих признаков не прослеживается. Географическая изменчивость показателей размера семян проявляется как в широтном, так и в долготном направлениях. Можно предположить, что основным фактором, вызывающим их изменчивость, как и морфометрических показателей шишек, является процесс гибридизации лиственниц Гмелина и Каяндера. У лиственницы Гмелина размеры семян увеличиваются в южном направлении [7].

Изменчивость вегетативных органов

Хвоя - самый чувствительный орган, быстро реагирующий на условия окружающей среды и определяющий рост и развитие других органов растения, поэтому размеры хвои очень изменчивы даже в пределах кроны одного дерева. Различия в морфологии и анатомии хвои - устойчивый диагностический признак вида, который давно используется исследователями в систематике. По мнению В.Н. Сукачева, длина хвои может служить хорошим диагностическим признаком для систематики лиственниц, но для объективного определения показателей данного признака необходимы обширные биометрические исследования, так как длина хвои сильно варьирует. Несмотря на это, данный признак широко используется для характеристики изменчивости многих видов сосен и елей. Выявлена некоторая видовая специфика длины хвои: у сибирской лиственницы она больше, чем у лиственницы Гмелина. Однако сильная зависимость этого признака от многих факторов затрудняет его использование для диагностических целей. Внутривидовая вариация этого признака характеризуется низким, но чаще средним и высоким уровнями [13].

По мнению М.В. Круклис и Л.И. Милютина, этот признак имеет определенное филогенетическое значение - большее число хвоинок является прогрессивным с эволюционной точки зрения признаком. Несмотря на значительную вариацию числа хвоинок в пучке, обусловленную эколого-географическими факторами, возрастом насаждений, положением дерева в древостое, установлена видовая специфика данного признака [10].

Популяционная изменчивость числа хвоинок в пучке характеризуется низким и средним уровнями изменчивости для лиственниц сибирской, Гмелина и их гибрида лиственницы Чекановского (коэффициенты вариации составляют 6 - 19%, 6 - 17% и 8 - 17% соответственно). В целом, наибольшее число хвоинок в пучке отмечено для лиственницы Гмелина от 10 до 54 шт, причем их наибольшее значение было обнаружено в зоне контакта ареала с лиственницей сибирской. Исследования внутривидовой изменчивости количества хвоинок в пучке показывают, что в пределах популяции на севере Средней Сибири коэффициент вариации изменяется от среднего до повышенного уровня. Повышенная вариация обнаружена в горной популяции 2 (Сv = 21%). Во всех южных популяциях проявлялся преимущественно средний уровень изменчивости (Сv=14,6-19,0%). При рассмотрении межпопуляционной изменчивости по данному признаку установлено, что в южных популяциях лиственницы сибирской наблюдается в среднем большее число хвоинок в пучке по сравнению с северными. В значительной степени данное отличие можно объяснить сильной зависимостью этого признака от экологических условий произрастания. Судя по литературным данным на северо-востоке Средней Сибири (в районе Подкаменной Тунгуски) было выявлено довольно большое число хвоинок в пучке (30 шт). Авторы объясняют это явление влиянием гибридизационного процесса между лиственницами сибирской и Гмелина [14]. Окраска молодых (одногодичных) побегов и их опушенность Окраска молодых побегов является важным признаком в систематике и филогении лиственниц. Из литературных данных следует, что лиственница сибирская относится в основном к "светлопобеговым" лиственницам и в ее насаждениях преобладают особи с соломенно-желтой окраской (по шкале А.С. Бондарцева) годичного побега с различной вариацией оттенков [8].

2.1 Методы изменения наследственности

Мутагенез

Мутагенез - процесс возникновения наследственных изменений организма - мутации. Существует несколько классификаций мутаций по различным критериям. В современной учебной литературе используется и более формальная классификация, основанная на характере изменения структуры отдельных генов, хромосом и генома в целом. В рамках этой классификации различают следующие виды мутаций [5]:

· геномные

· хромосомные

· генные

При хромосомных мутациях происходят крупные перестройки структуры отдельных хромосом. В этом случае наблюдаются потеря (делеция) или удвоение части (дупликация) генетического материала одной или нескольких хромосом, изменение ориентации сегментов хромосом в отдельных хромосомах (инверсия), а также перенос части генетического материала с одной хромосомы на другую (транслокация), крайний случай - объединение целых хромосом.

На генном уровне изменения первичной структуры ДНК генов под действием мутаций менее значительны, чем при хромосомных мутациях, однако генные мутации встречаются более часто. В результате генных мутаций происходят замены, делеции и вставки одного или нескольких нуклеотидов, транслокации, дупликации и инверсии различных частей гена. В том случае, когда под действием мутации изменяется лишь один нуклеотид, говорят о точечных мутациях. Изучение процесса мутагенеза является важной составной частью цитогенетического мониторинга популяций хвойных [15].

Для получения мутанта лиственницы Гмелина беру 100 граммов пыльцы, воздействую на неё с помощью высокой температуры(38С-40С) в течение получаса. Затем опыляю растения и провожу наблюдение за ними. Далее отберу лучшие экземпляры, и буду размножать вегетативно (черенками).

Полиплоидия.

Полиплоидия - это наследственная изменчивость, связанная с кратным увеличением числа хромосом. В широком смысле слова под полиплоидией понимается изменчивость числа хромосом вообще. История полиплоидии начинается с открытия, сделанного московским профессором И.И. Герасимовым, который в 1890 г. воздействуя на водоросль спирогиру низкой температурой и некоторыми наркотиками, обнаружил, что у нее задерживается деление клеток. При этом увеличивались размеры самих клеток ядер и появлялись некоторые другие особенности. Позднее было установлено, что такие изменения клеток растений связаны с увеличением числа хромосом. Это явление стали по предложению Г. Винклера в 1916 г. называть полиплоидией.

Исходным набором хромосом любого полиплоидного ряда является гаплоидное их число, иначе называемое основным числом и обозначаемое символом х. Таким образом, основное число-это гаплоидное число хромосом, кратное увеличение которого образует данный полиплоидный ряд. Совокупность генов гаплоидного набора хромосом называется геномом.

Полиплоидия играет очень большую роль в эволюции растений, она возникла в природе как естественное следствие полового процесса. Диплоидное состояние можно рассматривать как первый шаг в развитие полиплоидии, а первую зиготу, образовавшуюся в результате оплодотворения, - как первую полиплоидную форму. Полиплоидия вызывает глубокие и разносторонние изменения природы растений. Общая закономерность наследственной изменчивости, вызываемой полиплоидией, заключается в увеличении размеров ядер и клеток, а также устьиц и числа хлоропластов в их замыкающих клетках, увеличении размера пыльцевых зёрен и некоторых органов растений: листьев, цветков, плодов и семян, а также вегетативной массы и общей мощности растений [14].

Долгое время считалось, что это явление свойственно всем полипоидам. Полиплоиды, как правило, более крупные и мощно развитые, но среди них есть формы, не отличающиеся по этим признакам от диплоидов и даже уступающие им. Основываясь на большом количестве экспериментальных данных, можно утверждать, что для каждого рода или семейства растений существует свой оптимальный уровень плоидности, обеспечивающий наиболее благоприятное протекание всех биохимических и физиологических процессов, лежащих в основе жизнедеятельности организма. Например, для хвойных растений наиболее благоприятно диплоидное состояние.

Отрицательный эффект полиплоидии обычно выражается в понижении семенной продуктивности и удлинении вегетационного периода. Многие полиплоидные формы растений более позднеспелые в сравнении с диплоидными, от которых они произошли. Это объясняется замедленным делением клеток, снижением темпов обмена веществ в более крупных клетках, уменьшением содержания ростовых веществ. Многие природные полиплоидные виды обладают групповой устойчивостью к заболеваниям. Например, высоко полиплоидные дикие виды картофеля обладают морозостойкостью, устойчивостью к грибным и вирусным заболеваниям, поэтому их используют для гибридизации с сортами культурного картофеля.

Различают два типа возникновения полиплоидии: митотический и мейотический. Первый из них связан с нарушениями митоза в соматических клетках, второй - с нарушением мейоза - процесса образования микро- и макроспор [9].

В процессе эволюции и при экспериментальных воздействиях полиплоидные формы возникают преимущественно в результате нарушений митоза. Так как вероятность образования и слияния при оплодотворении нередуцированных гамет очень невелика, мейотическая полиплоидия происходит реже. Естественные и экспериментально возникающие полиплоиды делятся на три основные группы: автополиплоиды, аллополиплоиды и анеуплоиды.

Особую группу хромосомных изменений составляют организмы, имеющие в соматических клетках не увеличенное, а уменьшенное в два раза по сравнению с диплоидным число хромосом. Это так называемые гаплоиды. Они делятся на моногаплоиды и полигаплоиды. Первые получают из диплоидных, а вторые из полиплоидных форм. Гаплоиды иногда встречаются в естественных условиях, а также могут быть получены искусственным путем [12].

Для получения полиплоидов замочу семена лиственницы Гмелина в растворе аппиоля 0,1-0,02% на три часа, далее выну семена из раствора, промою их, затем высею данные семена и буду наблюдать за ними до момента всхожести. Далее подсчитаю количество хромосом и сделаю вывод о получении того или иного полипоплоида. После этого отберу лучшие экземпляры, и буду размножать вегетативно (черенками).

2.2 Генная инженерия

Генная инженерия (генетическая инженерия) - совокупность методов и технологий, в том числе технологий получения рекомбинантных рибонуклеиновых и дезоксирибонуклеиновых кислот, по выделению генов из организма, осуществлению манипуляций с генами и введению их в другие организмы [8].

Генная инженерия - составная часть современной биотехнологии, теоретической основой ее является молекулярная биология, генетика. Суть новой технологии заключается о направленном, по заранее заданной программе конструировании молекулярных генетических систем вне организма (in vitro) с последующим внедрением созданных конструкций в живой организм. В результате достигается их включение и активность в данном организме и у его потомства. Возможности генной инженерии - генетическая трансформация, перенос чужеродных генов и других материальных носителей наследственности в клетки растений, животных и микроорганизмов, получение генно-инженерно-модифицированных (генетически модифицированных, трансгенных) организмов с новыми уникальными генетическими, биохимическими и физиологическими свойствами и признаками, делают это направление стратегическим.

С точки зрения методологии генная инженерия сочетает в себе фундаментальные принципы (генетика, клеточная теория, молекулярная биология, системная биология), достижения самых современных постгеномных наук: геномики, метаболомики, протеомики с реальными достижениями в прикладных направлениях: биомедицина, агробиотехнология, биоэнергетика, биофармакология, биоиндустрия и так далее.

Одним из приоритетных направлений в современной биологии является изучение популяционно-генетической структуры, внутривидового разнообразия и дифференциации популяций основных лесообразующих видов хвойных. Генетическое разнообразие на популяционном и внутривидовом уровнях - базовая составляющая общего биологического разнообразия, сохранение которого рассматривается наукой в качестве одной из важнейших проблем человечества. Исследование генетических процессов, протекающих в природных популяциях, имеет не только теоретическое значение для познания закономерностей внутривидовой дифференциации и микроэволюции вида, но и характеризуется важным прикладным аспектом - возможностью обоснования путей сохранения генофонда и селекционного улучшения вида на популяционной основе. Особую актуальность в связи с этим имеет изучение внутривидовой изменчивости наиболее ценных в хозяйственном отношении видов [13].

Генная инженерия подразумевает и пересадку генов, процедура которой включает введение нуклеиновой кислоты в лекарственной форме, которая вместо случайного распространения включается в ДНК клеток, что приводит к коррекции мутации хромосомной ДНК, превращая неактивный ген в активный или нормализуя активность аномально функционирующего гена. Несмотря на видимые преимущества генной коррекции (устранения мутации) по сравнению с введением экзогенной ДНК, что теоретически может привести к возникновению нежелательных побочных эффектов, применение технологий генной коррекции может быть очень сложно в случае заболеваний, обусловленных сотней различных мутаций. Поэтому этот вид пересадки генов ограничен лечением моногенных заболеваний [8].

2.3 Размножение ценных форм и особей

Лиственница трудно черенкуемая порода, хотя и отмечены отдельные успешные опыты по ее черенкованию. Для небольших объемов она может размножаться прививкой и культурой in vitro. Однако массовое вегетативное размножение ее пока не представляется экономически эффективным. Ввиду этого основной путь размножения ценных отселектированных форм лиственницы является семенным на специальных плантациях. Для лиственницы выделяют следующие основные типы прививочных семенных плантаций: 1) типичные прививочные плантации, создаваемые из маточников одной расы или экотипа определенного вида лиственницы; 2) внутривидовые гибридные плантации, при закладке которых используются маточники различных климатипов одного вида лиственницы; 3) межвидовые гибридные плантации, которые создаются из биотипов разных видов лиственницы.

На плантациях первого типа выращивается вегетативное потомство выдающихся биотипов ценной местной расы или экотипа того или иного вида лиственницы. Поскольку для создания таких плантаций используются местные деревья, то ожидается смещение наследственных свойств в семенном потомстве в положительную сторону. В основе создания гибридных прививочных плантаций (2-го и 3-го типа) лежит принцип внутривидовой и межвидовой гибридизации и получения в семенном потомстве эффекта гетерозиса. Плантации 1-го типа могут создаваться как из непроверенных по потомству плюсовых деревьев (плантации I порядка), так и из проверенных по потомству плюсовых деревьев или экотипов (плантации II порядка). Для создания плантаций более высокого порядка или биклоновых гибридно-семенных плантаций 2-го или 3-го типа необходима генетическая оценка исходных родительских деревьев, включающая как их общую комбинационную способность, так и специфическую комбинационную способность отдельных комбинаций этих деревьев [6].

Лучшие результаты дает создание плантаций привитым посадочным материалом. Необходимо учитывать следующие биологические особенности, присущие лиственнице:

* Пыльца лиственницы в отличие от пыльцы сосны и ели более тяжелая и лишена воздушных мешков, поэтому разносится ветром на незначительные расстояния. В перекрестном опылении на плантации участвуют, главным образом, близко расположенные смежные экземпляры привитых саженцев.

· Самоопыление не свойственно лиственнице. При самоопылении у нее образуются преимущественно пустые семена (явление партеноспермии).

· Высокий процент полнозернистых, всхожих семян формируется только при перекрестном опылении.

Эти особенности позволяют упростить схему смешения используемых клонов на многоклоновых плантациях. Для типичных плантаций лиственницы вполне достаточно, чтобы каждый из привитых саженцев одного клона был окружен в смежных посадочных местах саженцами других клонов. Официальный ОСТ (56-74-96) рекомендует размещать во всех направлениях между растениями одного клона не менее трех растений других клонов. При размещении клонов на гибридных плантациях в каждом из смежных мест с материнским клоном высаживаются, как правило, четыре привитых саженца клона-опылителя. Для производственных условий рекомендуют три схемы размещения клонов:

· порядное чередование растений материнских и отцовских клонов через один;

· посадка в каждом ряду растений материнских и отцовских клонов через один; при этом первое дерево в нечетных рядах может быть материнского клона, а в четных - отцовского, чтобы достичь шахматного расположения растений материнского и отцовского клонов;

· в четных рядах производится смешение растений материнского и отцовского клонов через одно дерево, а в нечетных рядах высаживаются только отцовские растения.

При размещении саженцев на семенных плантациях лиственницы рекомендуется расстояние между рядами 8 м, а в рядах 6-8 м. В зависимости от местных условий и конкретных требований к плантациям эти размеры могут меняться

Большое применение находит лиственница в промышленности и технике. Благодаря прочности, устойчивости по отношению к гниению древесина лиственницы используется как превосходный строительный материал, особенно для шахтного и свайного строительства, а также в целлюлозно-бумажной промышленности. Терпентин лиственницы является ценным продуктом для химической промышленности и применяется для синтеза многих веществ, имеющих большое значение в народном хозяйстве [14].

Заключение

В результате выполнения данной курсовой работы, я узнала, что лиственница является ценным деревом, имеющим большое значение в народном хозяйстве. Она является породой быстрорастущей, оставляя позади сосну и ель.

Для выведения сорта отбором необходимо знать закономерности наследования признаков, межвидовую и внутривидовую изменчивость, наличие хозяйственных форм и запросы потребителей, что позволит сформулировать цель отбора и провести работу по заданной программе. Гибридизация, или скрещивание проводится с целью получения гибридов путем искусственного опыления, что позволяет получить гибрид, содержащий в генотипе признаки обоих родителей. Мутагенез и полиплоидия позволяют при помощи физических и химических воздействий получить измененные организмы, часть из которых может обладать ценными свойствами. Генная инженерия открывает возможность создания сорта по заданной программе.

Исследуемые виды лиственницы Сибири характеризуются значительным разнообразием морфологических признаков.

Основными факторами, вызывающими изменчивость этих признаков у восточносибирских лиственниц являются: процесс их интрогрессивной гибридизации, приводящий к образованию новых гибридных форм, а также разнообразие экологических условий в пределах произрастания лиственницы, что связано с ее высокой экологической толерантностью.

По морфометрическим признакам шишек не проявляется изменчивость, так как часто географические различия между фенотипами перекрываются реакцией растения на локальные экологические условия произрастания

В результате обработки семян лиственницы химическими мутагенами повышается их грунтовая всхожесть, сохранность семян, усиливается рост и ветвление корней. Стимуляция линейного роста надземной части растений обнаруживается к третьему году вегетации.

Список использованных источников

1. Авроров, Ф.Д. Экология и селекция лиственницы / Ф.Д. Авроров // Проблемы региональной экологии. - Томск: Спектр, 1996.- Вып.7.- 213 с.

2. Абаимов, А.П. Лиственничные леса и редколесья Севера Сибири (Разнообразие, особенности экологии и лесообразовательного процесса): автореф. Дис-и докт. биол. наук / А.П. Абаимов. - Новосибирск, 1997. - 32 с.

3. Дылис, Н.В. Лиственница / Н.В. Дылис.- М. : Лесн. пром-ть, 1981.- 97 c.

4. Барченков, А.П. Изменчивость видов рода Larix Mill.: автореф. дис. канд. биол. наук / А.П. Барченков. - Красноярск, 2007. - 17 с.

5. Гуляев, Г.В. Генетика. - 3-е изд., перераб. и доп. / Г.В. Гуляев. - М. : Колос. - 1984. - 351 с.

6. Елагина, В.А. Характеристика древесных растений / В.А. Елагина и др. - Красноярск, 1998. - 75 с.

7. Кокорин, Д.В. Изменчивость морфологических признаков: автореф. дис. канд. с.-х. наук / Д.В. Кокорин - Красноярск: ИЛСО РАН, 2002. - 17 с.

8. Колесниченко, В.Н. Генная инженерия древесных растений / В.Н. Колесниченко. // Лесоведение. - 1989. - №6. - с. 73 - 81.

9. Котов, М.М. Генетика и селекция. Часть 1.: учебник для вузов / М.М. Котов. - Йошкар-Ола: МарГТУ, 1997. - 280 с.

10. Круклис, М.В. Лиственница Гмелина/ М.В. Круклис, Л.И. Милютин. - М.: Наука, 1977. - 210 с.

11. Кеппен, Ф. Географическое распространение хвойных деревьев в Европейской России и на Кавказе / Ф. Кеппен.- СПб, 1885. - 634 с.

12. Любавская, А.Я. Лесная селекция и генетика: учебник для вузов / А.Я. Любавская. - М.: Лесн. пром-сть, 1982. - 288 с.

13. Мамаев С.А. Формы внутривидовой изменчивости древесных растений / С.А. Мамаев. - М. : Наука, 1972. - 284 с.

14. Царев, А.П. Селекция и репродукция лесных древесных пород / А.П. Царев, С.П. Погиба, В.В. Тренин // Учебник - М.: Логос, 2001. - 520 с.

15. Методы изменения наследственности: [Электронный ресурс]. 2016. URL: http://biofile.ru/bio/35066.html

Размещено на Allbest.ru