13570 (Генетика лиственницы сибирской)

Федеральное агентство по образованию Российской Федерации

ГОУ ВПО "СИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ"

ЛЕСОТЕХНИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ

Кафедра селекции и озеленения

Генетика лиственницы сибирской

Пояснительная записка

(СиО.000000.101)

Руководитель:

_____________________Н. А Шенмайер

(подпись)

__________________________

(оценка, дата)

Разработал:

Студент группы 2604

___________________Е.С. Синюгин

(подпись)

_____________________________

(дата)

РЕФЕРАТ

Курсовая работа выполнена на основе анализа литературных источников. Рассматриваются вопросы биологических особенностей вида, наследственности, изменчивости, мутагенеза, полиплоидии и генной инженерии.

Курсовая работа занимает 38 страниц и использованы 16 источников литературы.

ЛИСТВЕННИЦА СИБИРСКАЯ, ИЗМЕНЧИВОСТЬ, МУТАГЕНЕЗ, ПОЛИПЛОИДИЯ, МУТАЦИИ, КАРИОТИП, НАСЛЕДСТВЕННОСТЬ, ГЕННАЯ ИНЖЕНЕРИЯ.

Содержание

1. Биологические особенности вида 5

1.1 Ареал 5

1.2 Условия произрастания 5

1.3 Характеристика внешнего вида 7

1.4 Хозяйственное значение 10

2. Наследственность 12

3. Изменчивость 18

3.1 Изменчивость генеративных органов 20

3.1.1 Длина шишек 20

3.1.2 Число чешуй в шишке 21

3.1.3 Форма шишек 22

3.1.4 Форма края семенной чешуи 23

3.1.5 Опушенность семенной чешуи 23

3.1.6 Цвет семенных чешуй 24

3.1.7 Окраска пыльников 25

3.2 Изменчивость вегетативных органов 25

3.2.1 Окраска молодых побегов 25

3.2.2 Длина хвои 26

3.2.3 Форма кроны 26

4. Методы изменения наследственности 28

4.1 Мутагенез 28

4.2 Полиплоидия 30

4.3 Генная инженерия 34

Заключение 37

Библиографический список 38

Основной задачей генетики лесных, плодовых и декоративных 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: отбор, гибридизация, мутагенез, полиплоидия, генная инженерия.

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.

1. Биологические особенности вида

1.1 Ареал

Громадные территории центральных районов Сибири занимает лиственница сибирская. Лиственница сибирская произрастает в Сибири от нижнего и среднего течения Оби до Байкала: от тундры на севере до Алтая и Саян на юге. В европейской части России она распространена к востоку от Онежского озера и Белого моря, захватывает Урал, спускаясь до южных его предгорий. В горах лиственница сибирская поднимается до верхней границы леса (на Алтае до 2400м). Основные массивы лиственничных лесов приурочены к горным районам Южной Сибири. Низкогорные лиственничники характеры для Кузнецкого Алатау, Усинской котловины в Западном Саяне, бассейнов Канна и Маны в Восточном Саяне (Ирошников, 1978г). Лиственница сибирская образует несколько самостоятельных рас. Н.В. Дылис (1961г) в связи с разнообразием условий произрастания и экологической неоднородностью лиственницы сибирской выделил несколько климатипов, или географических рас (полярная, алтайская, саянская, енисейская, ленская и байкальская). Лиственница обладает очень широким экологическим ареалом. В пределах границ своего распространения она формирует леса в самых разнообразных климатических и почвенных условиях – от засушливых центральных районов Азии (Тува, Монголия) до лесотундры на северо-востоке азиатской части России.

1.2 Условия произрастания

Успешный рост и высокая продуктивность лиственницы – это соответствие ее биологических особенностей экологическим условиям произрастания. Чем полнее удовлетворены биологические особенности и требования лиственницы к условиям жизни, или биология ее соответствует экологии, то есть климатическим, почвенным, фито - и зооценотическим условиям, тем лучше растут образуемые лиственницей лесные насаждения и формируют устойчивые и продуктивные древостои.

Лиственница как ботанический род сформировалась в условиях гор и континентального климата. Это определило высокую ее требовательность к сухости воздуха, большому количеству тепла в период вегетации и низким температурам в зимний период. Наличие этих условий при достаточном количестве воды в почве определяет повышенную транспирацию и ассимиляцию лиственницы, способствует быстрому росту, прямоствольности, устойчивости к заболеваниям, в том числе ракам (Dasyscypha Willcommii Hart), выживаемость в борьбе с другими породами. В.И. Богоявленский (1940 г) приводит примеры высокой энергии роста лиственницы сибирской в условиях горного и подвижного воздуха с достаточным количеством воды в почве для Хакасии, Горной Шории и др. районов Сибири. При большой влажности и пониженных температурах воздуха в период вегетации у лиственницы замедляется транспирация, нарушается интенсивность дыхания и ассимиляции; она медленно растет, болеет, покрывается лишайниками, дает большой опад. Жаркое лето, быстро сменяющее весну, при достаточном количестве влаги в почве благоприятно для роста лиственницы. Особенно чувствительна к застою воздуха и повышенной его влажности лиственница сибирская.

Лиственница светолюбива и не переносит затенения, культивируют ее на открытых, хорошо освещаемых местоположениях. В таких условиях хвоя лиственницы обладает высокой фотосинтетической способностью и при наличии воды и пищи в почве определяет хороший рост.

Лиственница лучше растет на склонах. К химическому составу почв лиственница не требовательна (Попов, 1983).

В засушливых условиях у границы своего ареала в центральных районах Сибири лиственничные леса часто граничат с сухими степями. Леса здесь размещаются на северных склонах гор и растут на мелких сухих каменистых почвах. Живой напочвенный покров в таких лиственничниках представлен степными ксерофитами. Такие типы леса в некоторых южных горных районах Сибири являются господствующими.

Однако, произрастая в условиях резкого недостатка влаги, лиственница образует очень низкие по производительности (V – Vа классы бонитета) древостои, отличающиеся небольшими полнотами. Достаточно устойчивы лиственничные леса и в условиях избыточного увлажнения. Обширные массивы лиственничников на избыточно увлажненных почвах можно встретить в пределах границ всего ареала распространения лиственницы. Чаще всего лиственница занимает заболоченные участки, образовавшиеся в связи с наличием на небольшой глубине слоя вечной мерзлоты, где она не имеет серьезных конкурентов (Онучин, 1959). Высокая устойчивость лиственницы на почвах с близким уровнем мерзлоты объясняется способностью лиственницы образовывать придаточную корневую систему. При поднятии мерзлого горизонта нижние ярусы корней лиственницы вмерзают в почву. Выше уровня мерзлоты сейчас же образуются новые придаточные корни, вследствие чего корневая система расположена в несколько ярусов (Тихомиров, 1973).

В пределах своего естественного ареала лиственница образует леса на почвах, содержащих большое количество кальция, и на кислых почвах. По требовательности к различным элементам минерального питания, по данным Г.Ф. Морозова (Тихомиров, 1973), лиственница среди основных наших древесных пород занимает предпоследнее место, уступая только сосне обыкновенной.

1.3 Характеристика внешнего вида

Лиственница (Larix), род хвойных летне-зеленых деревьев семейство сосновых. Однодомные деревья, обычно крупные, высотой до 35-50 м, диаметром до 1 м. В течение всей жизни лиственницы общая форма ее кроны яйцевидно-коническая, причем в молодости – более узкая, к старости – широкая, с более тупой вершиной. Ветви отходят под углом, более или менее приближающимся к прямому; при этом более старые характерно изгибаются: будучи сначала немного направлены вверх, они затем отгибаются к низу, а потом снова несколько приподнимаются к верху. На худшей почве крона формируется более узкой. Крона образована удлиненными ростовыми побегами (ауксибластами), на которых листья (хвоя) расположены одиночно и спирально, и укороченными побегами (брахибластами), с пучками хвоинок (по 20-40 в каждом). Брахибласты развиваются на ауксибластах второго года жизни и старше. Хвоя лиственницы узколинейная, мягкая, к вершине немного расширенная, ярко-зеленая с сизоватым налетом, на удлиненных побегах одиночная, прямая или слегка согнутая, на укороченных побегах сидит пучками, чаще по 30-50 штук не равной длины. В разрезе овальная, с более выпуклой верхней стороной и более плоской, но с несколько выдающимся килем с низу. Хвоя в длине колеблется очень значительно (от 12 до 45 мм), а на быстрорастущих длинных верхушечных побегах достигает даже свыше 10 см. Наиболее обычной, типичной длиной хвои лиственницы сибирской надо считать 30-35 мм. Ширина хвои тоже сильно колеблется, начиная от 0,6 мм и до 1,0 мм, но на очень сильных верхушечных побегах она достигает ширины до 2,5 мм. Она распускается рано весной, перед осенним листопадом желтеет, обладает высокой продуктивностью фотосинтеза (в 1,5-2 большей, чем хвоя ели и сосны). Основное значение в сложении коры и в физиологических функциях имеет пучковая хвоя (на ее долю приходится до 90% и более общей массы хвои) (Дылис, 1981).

Кора на молодых побегах светло-серо-буроватая, потом темнеет и сереет, к старости делается очень толстой, глубоко-бороздчатой, отделяющейся значительными кусками. На старых деревьях в нижней части ствола кора достигает иногда свыше 10 см толщины. У взрослых деревьев ствол одет продольно глубоко-трещиноватой толстой коркой, которая хорошо защищает его от огня (Коровин, 2001). Лиственница начинает "цвести" при свободном состоянии в возрасте около 15 лет, иногда и ранее, в сомкнутом насаждении – около 20-30 лет. "Цветки" появляются рано весной одновременно с хвоей. Мужские "соцветия" (микростробилы) овально-шаровидные, желтоватые, расположены на безлистных укороченных побегах, преимущественно с нижней стороны ветвей. Состоят из многочисленных тычинок, несущих пыльцу, которая не имеет воздушных мешков и разносится не далеко. Женские "соцветия" (шишечки или макростробилы) продолговатые красные, розовые, зеленые, расположены вертикально, состоят из спирально сидящих на общем стержне чешуй. Опыляются ветром, оплодотворение наступает через месяц. Шишки созревают к осени, раскрываются тогда же или зимой и рассеивают свои крылатые семена на значительные расстояния (в отличии от ели и сосны семена прчно сочленены с крылом). После этого шишки могут сохранятся на дереве несколько лет. Плодоношение начинается в 3-5 лет до старости (Дылис, 1961). Семена косо-обратнояйцевидные, длиной 4-6 мм, твёрдые, серовато или желтовато-светло-бурые; крылышко 4-5 мм. длиной, ланцетовидное, с одной стороны – прямое, с другой – закруглённое; вместе с семенем длина 12-13 мм. Всхожесть семян Сибирской лиственницы обычно не очень велика и быстро падает. Корневая система лиственницы сильно разветвлена, глубокая, с хорошо развитым стержневым корнем. Её строение в значительной степени зависит от особенностей почвы. Укрепляется прочно и неветровальна, по крайней мере, если растет на достаточно сухих почвах. Размножается лиственница семенами (особенно хорошо на участках, пройденных низовыми пожарами), отводками, в культуре – также летними черенками. Растет лиственница первые годы быстро, имея максимум прироста между 30-40 годами, когда её прирост в отдельные годы достигает 1 м. в год. Как крайний предел продолжительность жизни сибирской лиственницы считается 350 лет; к этому возрасту она достигает 45 м. высоты и 1,75 м. в диаметре на высоте груди, утолщаясь значительно к комлю (Тихомиров, Фалалеев, 1961). Быстро растущая (наиболее интенсивно растёт до 80-100 лет), светолюбивая, неприхотливая к почве, исключительно морозоустойчивая, долговечная (доживает до 300-400, а некоторые деревья до 800-900 лет) порода. Благодаря быстрому росту, ажурной кроне, покрытой нежной ярко-зелёной хвоей, которая осенью окрашивается в золотистые тона, весьма декоративна. Широко используется в лесной культуре и для озеленения городов Европейской части России (Дылис, 1981).

1.4 Хозяйственное значение

Лиственница является господствующей породой светлохвойной тайги. Образует чистые и смешанные с елью, сосной, пихтой древостои. Благодаря быстрому росту, высокой продуктивности лиственницы способны существенно повышать продуктивность лесов и поэтому широко внедряются в лесные культуры. Лиственница хорошо переносит смытые почвы на склонах и по берегам оврагов, что позволяет широко использовать ее при облесении оврагов в борьбе с эрозией почвы.

Лиственница своим опадом улучшает почву. Исследования в различных географических и почвенных условиях показали, что она благоприятно влияет на лесорастительные свойства и плодородие почв.П.С. Погребняк (1955) отметил, что под лиственницей увеличиваются запасы фосфора, мощность горизонтов А+В, содержание гумуса и обменных оснований в почве за счет кальция, магния, подвижных форм Р2О5 и К2О, а также подвижного F2О3. Кроме этого, в лиственничных насаждениях затушевывается подзолообразовательный процесс.

Особенно важное лесообразующее (огромные ареалы) и экономическое значение имеют три вида лиственницы – сибирская, Сукачева и Гмелина. Древесина с большим красноватым ядром и узкой светлой заболонью (в отличие от древесины сосны и ели), твёрдая высокопрочная, устойчива к гниению (Венеция стоит на лиственничных сваях), но легко растрескивается, и коробиться при высыхании. Из-за своей тяжести (плотность 620-700 кг/м3) непригодна для сплава, что ограничивает её заготовку. Используется для строительства гидротехнических сооружений, судостроения, для получения целлюлозы, спирта, идет на пиломатериалы и др. Большой интерес представляет прижизненное использование лиственницы. При подсочке ее может быть получено значительное количество лиственничной живицы, которая по своей ценности намного превосходит сосновую живицу. Кора лиственницы является ценным сырьем для получения дубильных веществ, других химических продуктов, могущих найти применение в различных отраслях народного хозяйства, в частности, в металлургии.