Содержание
Введение
1 Биологическая характеристика вида
1.1 Современный ареал
1.1 Морфологические признаки
1.2 Экология вида
2 Наследственность
3 Изменчивость
3.1 Понятие об изменчивости
3.2 Изменчивость морфологических и анатомических признаков
3.3 Размер хвой
4 Методы изменения наследственности
4.1 Мутагенез
4.2 Полиплоидия
4.3 Генная инженерия
Введение
ель кавказская биологический селекция
Генетика - это наука о наследственности и изменчивости древесных растений.
На протяжении многих лет генетика как наука является очень актуальной.
Она имеет большую значимость для лесного хозяйства, так как с помощью этой науки можно управлять изменчивостью древесных растений, а значит выводить новые сорта, получать нужные признаки, повышать продуктивность и устойчивость к болезням и неблагоприятным внешним условиям, улучшать качество древесины и т.д.
Генетика позволяет расширить ареал древесных растений, ведь лес является главным источником кислорода. Основной задачей генетики древесных пород является получение и размножение таких экземпляров, которые превосходили бы остальные по ряду хозяйственно-ценных признаков.
Решить эту задачу можно, используя следующие методы выведения сортов: мутагенез, полиплоидия, генная инженерия.
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.
В настоящее время также ведется изучение биоразнообразия лесных растений для выведений в дальнейшем новых сортов (Булыгин, Ярмишко 2001).
Биологическая характеристика вида
Современный ареал
Кавказская или восточная ель (PiceaorientalisCarr., AbiesorientalisPoir., Pinusorientalis L.) — свойственна исключительно западной части Кавказского перешейка; образует обширные леса в Батумской области, Гурии, Мингрелии, Имеретии, Сванетии и в районе реки Куры (Ахалцыхский и Горийский уезды); встречается в Черноморском округе, Дагестане и восточной части Терской области. А также пунктами ее произрастания являются истоки р. Псезуапсе, Военно-Грузинская дорога (близ Арагвы), на Малом Кавказе -Триалетский хребет. Поднимается в горы до 800-200м. Ниже 300м не растет из-за чрезмерного тепла летом и зимой. В Закавказье преимущественно произрастает в Аджарской АССР. Растет в Турции.
По данным Н.А. Буша, восточная граница ели восточной доходит до р. Тютюн-су, по Я.С. Медведеву-до р. Урух. Восточной границей следует считать Военно-Грузинскую дорогу.
В последнее время ель восточная обнаружена в верховьях Бакурт-хеви,притока Черной Арагвы,близ с. Салерно, а также по Духомеи,ниже Казантказа (Канчавели). По Малому Кавказу на востоке доходит до с. Приют по дороге из Коджори в Мангалиси (Капер, 1954).
Морфологические признаки
Ель кавказская доживает до 500 лет и более, достигает высоты 45-60м и диаметра 1,2-2м. До 20 лет прирост по высоте незначительный, с 25 до 75 лет рост усиливается, а затем опять несколько снижается. Обладает красивой, пирамидального типа кроной. Молодые ветви и верхняя часть ствола серая и гладкая, кора нижних частей стволов старых деревьев темно-серая с буроватым оттенком, трещиноватая и отслаивающаяся пластинками. Ветви расположены кольцеобразно, на одном годичном побеге могут возникать дополнительные боковые побеги, которые маскируют мутовчатость ветвления. Хвоя неясночетырехгранная и немного сплюснутая, с устьичными щелями на каждой стороне, расположена на побеге настильно и густо покрывает побеги, на вершине притупленная, темно-зеленая и блестящая. Мужские колоски продолговато-цилиндрические, карминово-красного цвета.Корневая система поверхностная, поэтому иногда ель кавказская вываливается ветром (Капер,1954,Коровин 2001,Холявко 1978).
Экология вида
Ель кавказская - порода приморского климата. Произрастает в замкнутой горами области, вокруг юго-восточной бухты Черного моря. Большое количество осадков, влажность воздуха и почвы благоприятствует ее росту.Засуху не переносит.В сухом климате растет плохо и быстро погибает.Теневыносливая порода и при внезапном освещении сильно повреждается и даже гибнет.Теплолюбива и по сравнению с видами ели высоких широт более жароустойчива. В условиях ареала везде вполне морозостойка. Выдерживает кратковременные морозы до -25-30град.С., но часто повреждается поздними весенними заморозками.Мирится с мелкими почвами, характерными для крутых склонов, но высокопроизводительные насаждения развиваются только на мощных, достаточно увлажненных почвах. Наилучший рост ели кавказской наблюдается на свежих суглинистых почвах. Почва в зоне произрастания ели имеет бурый цвет и подзолистый характер. Произрастает также на почвах, содержащих известь. К минеральному составу почвы нетребовательна. Ель кавказская имеет большое почвозащитное значение в горах Кавказа. Растет в виде чистых насаждений или в смеси с пихтой, буком, сосной и грабом. Селится по затемненным склонам и по глубоким закрытым ущельям. Возобновляется успешно под пологом леса.(Капер,1954,Коровин 2001,Холявко 1978).
Наследственность
Определение наследственности как свойство организмов обеспечивать материальную и функциональную преемственность поколений, определённый план строения и характер их индивидуального развития, а также норму реакции на условия внешней среды приводится в работе А.Я. Любавской "Лесная селекция и генетика" (1982). Такое понятие включает учение о наследственности как основном свойстве живых существ воспроизводить себе подобных в системе поколений. Оно указывает, что наследственность является итогом исторического развития предков, представленного программой индивидуального развития особей. Наследственность рассматривается как свойство, как вещество и как взаимоотношение определенных биологических структур между собой и внешней средой. Преемственность поколений, и есть наследственность. Учение о наследственности неразрывно связано с именем Г. Менделя, открывшего дискретность наследственных факторов. Он разработал метод генетического анализа, при помощи которого была раскрыта материальная природа факторов наследственности.
В первом десятилетии ХХ в. Учение о наследственности утверждалось на основе многочисленных опытов с растениями, животными и микроорганизмами. Многообразие и сложность явлений наследственности требовали более совершенных методов исследований. Хромосомная теория наследственности, созданная Т. Морганом в 1910 г., утвердила материалистическую сущность генетики и показала, что ген представляет собой материальную структуру в хромосомах ядра клетки.
Важнейшим событием в изучении наследственности в период 1944-1953 гг. явились результаты исследований, доказавших, что не белок, а молекулы дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК), входящей в состав хромосом, несут в себе запись (код) генетической информации.
В результате структурного анализа молекулы ДНК оказалось, что сущность наследственности заключена в воспроизведении процессов материального взаимодействия молекул закодированной структуры генетической информации ДНК и белков в сложной, постоянно развивающейся системе живого организма. Живое отличается от не живого способностью воспроизводить себе подобное. Это возможно только потому, что живая система несёт в себе закодированную в молекулярных структурах генетическую информацию, программирующую воспроизведение. Без этой информации, т.е. без наследственности, не может быть жизни.
Таким образом, ген, как единица наследственности, определяет отдельный элементарный признак, который в свою очередь может отражать структуру белковой молекулы. При изучении наследственности как одного из свойств живого организма различают два понятия: наследственность и наследование. В понятие наследственности входит свойство генов детерминировать построению специфической молекулы, развитие признаков и план строения организма. Наследование отражает процесс передачи задатков наследственно детерминированных признаков и свойств организма от одного поколения к другому при размножении.
Открытие Г. Менделем явлений доминирования, расщепления и независимого комбинирования признаков относится к закономерностям наследования.
Наследственность изучается на разных уровнях организации живой материи: молекулярном, хромосомном, клеточном, организменном и популяционном (Любавская, 1982).
Главными клеточными структурами, ответственными за сохранение и передачу по наследству специфических видовых признаков, являются ядро и содержащиеся в нем хромосомы. Комплекс хромосом в клетке называется хромосомным набором. Различают два основных типа хромосомных наборов: гаплоидный и диплоидный. Гаплоидный (одиночный) набор имеют клетки гаметофита (включая половые клетки), он обозначается буквой п. Диплоидный набор образуется в процессе оплодотворения и состоит из двух гаплоидных наборов – материнского и отцовского. Буквенное обозначение его-2п.
Число хромосом в вегетативных (соматических) клетках различных видов растений может варьировать, но для клеток одного вида, за редким исключением, оно остаётся постоянным. Разные виды организмов различаются между собой не только числом хромосом в наборе, но и их индивидуальной морфологией. Когда говорят о морфологии хромосом, то чаще всего имеют в виду метафазные хромосомы. На стадии метафазы и ранней анафазы митоза и мейоза легче всего определяются форма и размеры хромосом. В это время они имеют вид нитей или палочек, округлых в сечении (Тренин, 1988). При описании отдельных хромосом обычно указывают на следующие признаки: размер хромосомы и ее отдельных частей, наличие и местоположение первичных и вторичных перетяжек, присутствие спутника хромосомы. Совокупность всех морфологических признаков (включая и число хромосом), по которым возможна идентификация данного хромосомного набора, называется кариотипом.
Форма каждой хромосомы определяется положением первичной перетяжки, где располагается центромера. Кроме первичной перетяжки хромосомы могут иметь вторичные перетяжки.
Кариотип является одной из характеристик того или иного вида растений. Особенности кариотипа наряду с другими признаками учитываются при решении сложных проблем эволюции и систематики растений. В лесной генетики и селекции кариотипический анализ необходим при оценке причин не скрещиваемости.
Кариотип - это совокупность хромосом типичных для данного вида. Хромосомы являются носителями наследственной информации, состоят из РНК и ДНК.
Кариотип у ели кавказской 24 хромосомы(Царёв и др., 2000).
Изменчивость
Понятие об изменчивости
Изучение изменчивости организмов – одна из основных проблем биологии. Многие исследователи в той или иной форме выделяли изменчивость, вызванную процессами гибридизации.
Изменчивостью называют различия признаков и свойств между двумя или группой особей, предками и потомками одного и того же или разных видов растений и животных (Любавская, 1982). В зависимости от масштаба исследований известно несколько уровней внутривидовой изменчивости: различия отдельных частей организма – метамерная изменчивость; несхожесть некоторых признаков у отдельных особей – индивидуальная изменчивость и в группе особей одного вида – групповая, или внутрипопуляционная изменчивость и межпопуляционная изменчивость. По характеру изменения признаков и свойств различают прерывистую и непрерывную (клинальную) изменчивость. Эти типы изменчивости отмечают при рассмотрении признака или свойства во времени и пространстве.
При изучении изменчивости выделяют качественные и количественные признаки. Качественными называют такие признаки, различия по которым можно установить глазомерно. Количественными называют такие признаки, различия по которым нельзя или трудно установить глазомерно. Для их определения необходимо производить измерения, взвешивания, подсчет.
Изменчивость морфологических и анатомических признаков
Ч. Дарвин впервые установил, что изменчивость является основным (самым постоянным) свойством всех живых организмов, поэтому в природе отсутствуют особи абсолютно идентичные по всем признакам и свойствам.
И.И. Шмальгаузен определял изменчивость как свойство живых организмов воспроизводить себе подобных, но не тождественных потомков.
Ч. Дарвин разделил изменчивость на наследственную и ненаследственную. Он показал, что в основе органической эволюции лежит разнонаправленная неопределённая (наследственная) изменчивость. Он считал, что источником изменчивости должны быть влияния изменённых условий существования. При этом "влияния на потомство могут быть или определенными или неопределенными". Отсюда возникло деление изменчивости на определенную и неопределенную:
1) определенная, или массовая, изменчивость, когда все или почти все потомство особей, подвергшихся известным воздействиям, изменяется одинаково;
2) неопределенная, или индивидуальная, изменчивость, когда под влиянием одинаковых воздействий появляются разнообразные уклонения особей. Изменчивость Ч. Дарвин относил к одному из свойств организма, поэтому специфика реакции определяется в основном особенностями каждого организма, а не характером воздействия.
Появление у отдельных особей новых признаков, которых не было у его родителей, названо мутационной изменчивостью.
Ненаследственной, или модификационной, изменчивостью называют изменения, возникающие у животных и растений под влиянием окружающей среды.
В 1911 г.В. Иоганнсен ввел в генетику понятия генотип и фенотип. Генотип – это комплекс генов, полученный организмом от его родителей. Фенотип – это комплекс всех внешних и внутренних признаков, сформировавшихся на основе генотипа во взаимодействии с условиями внешней среды. В соответствии с этими понятиями различают генотипическую и фенотипическую изменчивость.
С.А. Мамаев делит изменчивость древесных растений на два типа: внутри видовую и внутриорганизменную, или эндогенную. Внутривидовая изменчивость подразделяется на несколько форм:
1. индивидуальную
2. половую
3. хронографическую (сезонную и возрастную)
4. экологическую
5. географическую
6. гибридогенную
7. эндогенную
Для генетических исследований важное значение имеют два научных открытия Н.И. Вавилова:
1. Теория вида как системы
2. Теория параллельной внутривидовой изменчивости (закон гомологических рядов)
Сравнивая изменчивость внутри разных родов, он обнаружил параллелизм повторяемости процессов. Одни и те же признаки повторяются в разных видах и родах.
Размер хвой
Хвоя густо сидящая, длинной 5-10 мм и шириной 1 мм, слегка сплюснутая, притупленная, жесткая, прямая, с сильным блеском, темно-зеленая. Сидит спирально на невысоких четырехгранных подушечках,
Древесина ели кавказской ценится как строительный материал,используется для производства фанеры, изготовления токарных и столярных изделий, в бумажной и целлюлозной промышленности,а также при производстве музыкальных инструментов. Кора ели кавказской содержит до 7,35% дубильных веществ,живица-почти до 23% скипидара. Однако основная ценность лесов ели кавказской, так же как и лесов пихты, определяется их защитными, водорегулирующими и климатоопределяющими особенностями. Обладая красивой,пирамидального типа кроной, нежной окраской хвои, ель кавказская используется для озеленения. Особенно велико ее значение для паркового и лесопаркового строительства на Кавказе,в горах и у берега моря. Высокой декоративностью обладают формы ели кавказской с золотистой хвоей. Используют ее для посадки единичными деревьями,создания групп и аллейных посадок.
В условиях ареала ель кавказская вполне удовлетворительно возобновляется семенами. В культуре обычно размножается семенами при весеннем посеве. Возможно размножение черенками в условиях искусственного тумана. Формы размножают прививкой на саженцы ели кавказской (Холявко, 1978).