Ochrona leśnej różnorodności genetycznej

Transkrypt

1 Ochrona leśnej różnorodności genetycznej Władysław Chałupka Instytut Dendrologii PAN w Kórniku Czesław Kozioł Leśny Bank Genów Kostrzyca Jan Matras Instytut Badawczy Leśnictwa w Sękocinie Starym VI Zimowa Szkoła Leśna IBL Przyrodnicze, społeczne i gospodarcze uwarunkowania oraz cele i metody hodowli 1 lasu, Sękocin Stary, marca 2014

2 Ochrona leśnej różnorodności genetycznej 1. Wprowadzenie 2. Podstawowe przesłanki ochrony zasobów genowych 3. Co powinniśmy chronić? 4. Hodowla selekcyjna 5. Programy ochrony zasobów genowych w lasach państwowych 6. Ochrona zasobów genowych w obiektach ochrony ścisłej 7. Zakończenie 2

3 1. WPROWADZENIE 3

4 Genetyka drzew leśnych jako dyscyplina naukowa nie naśladuje genetyki roślin uprawnych i od ponad stu lat wypracowuje swoje własne metody związane ze specyfiką drzew leśnych - długowiecznych organizmów roślinnych o wysokim poziomie zmienności genetycznej. 4

5 Unikalną dla genetyki roślin w ogóle jest np. specyficzna dla leśnictwa metoda badania zmienności genetycznej w doświadczeniach proweniencyjnych. Prof. Csaba Matyasa z Węgier uważa, że zakładanie i analiza doświadczeń proweniencyjnych jest prawdopodobnie najważniejszym wkładem, jaki wniosło leśnictwo do nauk przyrodniczych (Matyas 1994). 5

6 Obecność utraconych populacji różnych gatunków drzew w doświadczeniach proweniencyjnych, a także w bankach genów, na plantacjach nasiennych lub w archiwach klonów, pozwala na odtworzenie i zachowanie ich zróżnicowania genetycznego (Chałupka i in. 2008). 6

7 Drzewa leśne są gatunkami, u których zmienność genetyczna zarówno na poziomie indywidualnym, jak i populacyjnym jest najwyższa spośród wszystkich organizmów roślinnych. W przeciwieństwie do roślin rolniczych, w przypadku drzew leśnych nie ma praktycznie różnicy między zakresem zmienności genetycznej drzewostanów naturalnych a zmiennością populacji sztucznych, tworzonych przez człowieka (Savolainen i Yazdani 1991). 7

8 2. PODSTAWOWE PRZESŁANKI OCHRONY ZASOBÓW GENOWYCH DRZEW LEŚNYCH 8

9 1. Dzieło rozpoznawania zasobów genetycznych i ich ochrony wymaga kontynuacji po bliżej nieokreślony horyzont czasowy (Koski 1996). 9

10 2. Obszary leśne, na których będzie realizowana ochrona różnorodności genetycznej powinny pozostawać w rękach tego samego właściciela i nie może dochodzić na nich do zmiany formy użytkowania gruntów (Koski 1996). 10

11 3. Długotrwałe i poważne zaangażowanie w program ochrony zasobów genowych, możliwe jest tylko na dużych obszarach leśnych, pozostających we własności państwa, w rękach wielkich kompanii leśnych lub wielkich prywatnych właścicieli lasów (Koski 1996). 11

12 3. CO POWINNIŚMY CHRONIĆ: (a) niezmienną pulę genową (zestaw genotypów) czy (b) procesy genetyczne i poziom zmienności genetycznej? 12

13 Gatunki drzew leśnych mają stabilną strukturę genetyczną, zdolną do odzyskania stanu pierwotnego i nie ma potrzeby zachowywania każdego pojedynczego genotypu, aby zachować właściwy poziom zmienności genetycznej populacji i jej zdolności adaptacyjnej (Savolainen 2000). 13

14 Ważnym czynnikiem stabilizującym poziom zróżnicowania genetycznego w populacjach jest przepływ genów między nimi. Odbywa się on za pośrednictwem pyłku (nawet na bardzo znaczne odległości) oraz nasion (dystans znacznie krótszy). Dzięki przepływowi genów możliwe jest utrzymanie odpowiedniego poziomu zróżnicowania genetycznego w populacjach i ich zdolności adaptacyjnych. 14

15 Przepływ genów poprzez rozprzestrzenianie się pyłku dokonuje się w największym stopniu między sąsiednimi subpopulacjami, a zapłodnienie krzyżowe pozwala na utrzymanie, a nawet wzbogacenie poziomu zmienności genetycznej (Burczyk 1998). 15

16 Zarówno odnowienie naturalne, jak i sztuczne zapewnia właściwy poziom zróżnicowania genetycznego w przyszłych drzewostanach (Savolainen i Yazdani 1991, Kosińska i in. 2007). 16

17 Nawet jeśli nie wszystkie allele znajdą się w populacji potomnej, to pojawiają się w niej allele nowe. W ten sposób poziom zmienności genetycznej populacji matecznych zostaje utrzymany w populacjach potomnych, chociaż pule genowe obu pokoleń nie są - bo przecież nie mogą być! tożsame (Kosińska i in. 2007). 17

18 Wnioski: 1. Ochrona z celem zachowanie niezmienionej puli genowej jest w naturze niemożliwa. 2. Należy chronić odpowiedni poziom zmienności genetycznej umożliwiający adaptację populacji (gatunków) drzew leśnych do zmieniających się warunków środowiska. 18

19 4. HODOWLA SELEKCYJNA 19

20 Rozkład lub sposób przechowywania wpływa na utrzymanie stabilnego poziomu zmienności genetycznej gatunków drzew leśnych (a tym samym zdolności przetrwania w określonym środowisku). Przeważająca część tej zmienności, sięgająca niekiedy 90% procent całości, zawarta jest wewnątrz populacji. 20

21 Fakt przechowywania przeważającej części puli zmienności genetycznej w obrębie populacji ma ważne konsekwencje dla działalności gospodarczej, bowiem uzasadnia merytorycznie selekcję populacyjną jako właściwy sposób postępowania hodowlanego, spełniający warunek zachowania odpowiedniego poziomu zróżnicowania genetycznego gatunku. 21

22 Zmiana liczebności populacji z osobników na 250 powoduje redukcję bogactwa alleli o około 53%. Równocześnie taka redukcja liczebności osobników tylko w znikomym stopniu wpływa na poziom heterozygotyczności, zmniejszając poziom zróżnicowania genetycznego zaledwie o 0,2% (Young 1996). 22

23 Usunięcie 75% drzew w drzewostanie spowodowało utratę 80% rzadkich alleli, co oznaczało redukcję ogólnych zasobów alleli o 25%; co ciekawe, nie wykazano utraty żadnego allelu z grupy pospolitych. Niewykluczone więc, że przy tak drastycznym zmniejszeniu puli alleli, populacja pozbywa się przede wszystkim alleli recesywnych i defektownych, powodujących tzw. obciążenie genetyczne i nie wpływających istotnie na formowanie zdolności adaptacyjnych populacji (Stahl i Koski 2000). 23

24 Nie ma różnic w poziomie zróżnicowania genetycznego w populacjach naturalnych i ze sztucznego odnowienia, pochodzących z tego samego obszaru, oraz między wyselekcjonowanymi grupami fenotypów a losowo wybranymi drzewami w tej samej populacji (Skrøppa 1994, Tigerstedt i Yao 1997). 24

25 W przypadku odnowienia sztucznego podstawowym wymogiem staje się jedynie użycie wystarczająco zróżnicowanego genetycznie materiału sadzeniowego (Stahl i Koski 2000). 25

26 5. PROGRAMY OCHRONY ZASOBÓW GENOWYCH W LASACH PAŃSTWOWYCH 26

27 27

28 28

29 29

30 Program testowania potomstwa leśnego materiału podstawowego (LMP) 30

31 31

32 PROGRAM ZACHOWANIA LEŚNYCH ZASOBÓW GENOWYCH I HODOWLI SELEKCYJNEJ DRZEW

33 33

34 34

35 Cele strategiczne programu: 1. Ochrona istniejącej w lasach różnorodności biologicznej. 2. Hodowla selekcyjna drzew leśnych. 3. Tworzenie i utrzymanie na właściwym poziomie ilościowym i jakościowym bazy nasiennej na potrzeby odnowienia i zalesienia. 35

36 36

37 37

38 38

39 6. OCHRONA ZASOBÓW GENOWYCH W OBIEKTACH OCHRONY ŚCISŁEJ 39

40 W momencie objęcia danego zbiorowiska ochroną ścisłą, zasoby genowe populacji drzew leśnych w tych obiektach nie są oceniane pod względem ich struktury genetycznej. Zakłada się, że pozostaje ona na niezmienionym poziomie: wcześniej, teraz i w przyszłości. 40

41 Każda populacja chroniona (jak każda inna!) jest tworem dynamicznym, co oznacza nieprzerwaną wymianę genów między nią a jej otoczeniem. Z zewnątrz do takiej populacji docierają z pyłkiem geny ojcowskie, które mogą wpływać pozytywnie lub negatywnie na wartość genetyczną jej potomstwa w odnowieniu naturalnym (Chałupka 1998). 41

42 Ochrona bierna usankcjonowania prawem nie jest wystarczająca dla zachowania zasobów genowych drzew leśnych w obiektach chronionych. Populacje tych drzew pozostawione same sobie skazane są na samozagładę, niosącą równocześnie zubożenie zasobów genowych. Realną ochronę, zapewniającą zachowanie posiadanych zasobów genowych mogą zapewnić tylko formy ochrony czynnej ex situ. 42

43 Postulaty ochrony czynnej ex situ dla obiektów ochrony ścisłej: 1. zmiany legislacyjne, 2. wykonania badań struktury i poziomu zmienności genetycznej, 3. ocena wartości zasobów genowych, 4. wykorzystania tych zasobów dla wzbogacenia różnorodności genetycznej w populacjach hodowlanych. 43

44 USTAWA z dnia 16 kwietnia 2004 r. o ochronie przyrody Art. 5. Użyte w ustawie określenia oznaczają: 1c) gatunek obcy gatunek występujący poza swoim naturalnym zasięgiem w postaci osobników lub zdolnych do przeżycia: gamet, zarodników, nasion, jaj lub części osobników, dzięki którym mogą one rozmnażać się; 44

45 7. ZAKOŃCZENIE 45

46 Ważne dla przyszłości zadanie ochrony zasobów genowych drzew leśnych nie może być tylko zadaniem Lasów Państwowych, ale powinno być realizowane w ramach programu o randze rządowej. Program taki obejmowałby wszystkie lasy w Polsce bez względu na formę własności, a przesłanki konieczności jego powstania powinny stać się elementem tworzonego właśnie Narodowego Programu Leśnego oraz Strategii Leśnej Państwa. 46

47 Lasy Państwowe stają przed koniecznością zwiększenia produkcji drewna na około 60% swojej powierzchni, nie objętej dotąd krajowymi formami ochrony przyrody. Szansę na to dają wyniki kilkudziesięcioletnich badań naukowych w zakresie genetyki leśnej, pozwalające na wprowadzenie do praktyki leśnej wyselekcjonowanych populacji i rodów o najlepszych efektach adaptacyjnych i przyrostowych. 47

48 Wiedza genetyczna o gatunkach drzew leśnych, będzie miała podstawowe znaczenie dla wypracowania nowych modeli hodowli lasu w przyszłości. 48

49 Poznane dotąd mechanizmy i wyniki przyszłych badań w zakresie genetyki pozwolą na opracowanie nowych, aktywnych metod łączących ochronę procesów genetycznych i zachowanie zmienności genetycznej drzew leśnych z hodowlą lasu. 49

50 50

51 DZIĘKUJĘ ZA UWAGĘ! 51