ЛУЧШИХ ОТБИРАЮТ ПО ГЕНАМ

Источник:  Белорусская Лесная газета Автор: Станислав ГАЛКОВСКИЙ 

Посадки этих деревьев уже тянутся к солнцу на площадях Кореневской экспериментальной лесной базы. Дело в том, что ученые Института леса отобрали сосны, у потомства которой смолопродуктивность выше в 1,5 раза, чем у стандартных хвойных обитательниц леса. О том, какие тайны скрывает живица и как выбрать самую продуктивную смолой сосну, «БЛГ» рассказал кандидат биологических наук, ведущий научный сотрудник Института леса НАН Беларуси Андрей Кончиц.

Ведущий научный сотрудник Института леса НАН Беларуси Андрей КОНЧИЦ вместе с коллегами получает терпены из скипидара живицы.

Хотим соперничать с югом

Вместо сосновых шишек в кабинете ученого меня встречают математические графики и буквы ДНК-кода. Именно на таком уровне сегодня изучается смолопродуктивность белорусских деревьев. Сейчас они дают в год в среднем от 2 до 2,5 кг живицы, благодаря селекционной работе ситуация изменится. Пока мы не углубились в данные, Андрей Кончиц с улыбкой отмечает, что наш климат пограничный для эффективного сбора живицы:

— Посмотрите на карту основных подсочных территорий. Все южнее нас — Китай, США, Португалия, Индия, Мексика. В теплом климате смоловыделение идет активнее, плюс используются другие виды сосен. В мире их более 100. Например, в Беларуси растет сосна обыкновенная, а португальцы и североамериканцы завезли себе кубинскую со значительно более высокой природной продуктивностью. Ведущие производители и поставщики канифольных продуктов на мировой рынок — США и Китай, имеющие практически неограниченные сырьевые возможности для производства экстракционной и талловой канифоли. Тем не менее еще в 1940-х годах в США были начаты исследования и осуществлена специальная программа по созданию высокосмолопродуктивной сырьевой базы. В результате путем селекции была получена так называемая оластинская форма сосны Эллиота, смолопродуктивность которой в 1,5—2 раза выше в сравнении с обычными насаждениями сосны этого вида, выращиваемыми для получения древесины. Таким образом, Беларусь — это север получения сосновой живицы. Будем помогать белорусским вздымщикам с помощью науки. По нашим прогнозам, смолопродуктивность селекционно улучшенных лесов будет выше в 1,5 раза. Отмечу, что мы не можем сосредоточиться только на повышении смолопродуктивности. Все наши посадки — потомство плюсовых деревьев, значительно превосходящие по комплексу хозяйственно ценных признаков окружающие деревья. Здесь важны и живица, и деловая древесина.

» Наиболее перспективное направление работ по повышению эффективности получения живицы — это качественное улучшение на селекционно-генетической основе насаждений сосны обыкновенной. В Беларуси она является основным сырьевым источником для получения канифольно-терпентинных продуктов. «

— Для этого ведется отбор ценного генетического материала и его использование для создания высокосмолопродуктивных лесных культур целевого назначения, — уточняет ученый. — Научные исследования по повышению смолопродуктивности проводятся в рамках Государственной программы «Химические процессы, реагенты и технологии, биорегуляторы и биооргхимия». Идет селекция высокосмолопродуктивных генотипов сосны обыкновенной с использованием современных методов селекции, ДНК-анализа и компьютерной биометрии. В ходе выполнения НИР предложен экспресс-метод определения уровня смолопродуктивности (в дереве делается отверстие и оценивается объем выхода живицы в закрытые контейнеры за конкретный период времени), проведены селекционногенетическая оценка и отбор высокосмолопродуктивных фенотипов сосны обыкновенной.

Получен образец альфа-пинена.

Сосны-«стахановки»

Есть такой закона Парето. Суть его проста: 20 % приложенных усилий приносят 80 % результата. Закономерность работает и в обратную сторону: 80 % усилий приводят к незначительной отдаче в 20 %. Так, согласно закону Парето, основной спрос создают 20 % товаров, 20 % работников приносят 80 % результата для компании, 20 % клиентов формируют основную часть прибыли. Этот закон применим и к смолопродуктивности лесов, показывает графики Андрей Кончиц:

— 80 % живицы собирается с 20 % деревьев. Это практические исследования. Более того, на протяжении определенного периода времени смолопродуктивность у каждого дерева индивидуальна и стабильна.

Оказалось, отобрать богатое живицей дерево можно по форме кроны, структуре коры, древесины. Для проведения селекционных работ разработаны более точные, основанные на компьютерной биометрии методы выявления признаков. Созданы методы оценки накопления поздней древесины, плотности, количества вертикальных смоляных ходов сосны обыкновенной, основанные на анализе изображений приростных кернов. На основе этих данных выявлены статистически значимые зависимости доли поздней древесины, плотности вертикальных смоляных ходов с уровнем смолопродуктивности деревьев.

Ученые Института леса НАН Беларуси изучают керны сосны.

Связь смолопродуктивности с внешними признаками довольно низкая, поэтому достоверный отбор исходного материала невозможен. Эти внешние фенотипические признаки должны быть подкреплены более глубокими научными исследованиями на генетическом уровне. Смолопродуктивная способность деревьев проявляется на самых ранних этапах развития растения и генетически наследуется. Поэтому использование ДНК-маркеров предоставит возможность диагностирования смолопродуктивности не только взрослых деревьев, но и посадочного материала на раннем этапе развития. По этим направлениям работает целая группа ученых-генетиков.

» В Институте леса установлена система полногеномного секвенирования. Прибор позволяет детально изучать ДНК и полностью расшифровать геном любого организма — человека, животного, насекомого, растения. «

Системный блок геномной машины состоит из 8 винчестеров, каждый вмещает по 12 терабайт генетической информации. Чип, в который помещается исследуемый образец, имеет 10 миллионов ячеек. Каждая из них — это полноценный микроприбор. Кстати, хвойные растения на уровне генов сложнее лиственных, ученые шутят, что генетический код березы или дуба, переведенный в буквенное выражение, равен 900 томам романа «Война и мир». Генетический код сосны или ели составляет 25 000 таких томов.

Судьба живицы

Основные компоненты сосновой смолы — канифоль и скипидар. Но именно скипидар таит в себе дополнительные возможности использования живицы. Здесь содержатся ценные терпеновые масла, которые применяют в медицине и парфюмерии. Ученые обнаружили интересную закономерность. Живица каждой сосны индивидуальна по своему составу, однако мы можем разделить ее на две большие группы по содержанию терпенов. В одной преобладает альфа-пинен, в другой 3-карен. Теоретически мы можем при селекции закладывать различные участки леса, где вырастут деревья с повышенным содержанием конкретного терпена. Правда, собирать такую живицу надо будет в закрытую емкость, чтобы уменьшить потери легких летучих элементов.

Связь смолопродуктивности с морфологическими признаками коры.

Например, альфа-пинен. Он повышает устойчивость деревьев к фитопатогенам. Его используют в медицине для лечения деменции. Он оказывает защитное воздействие на поджелудочную железу и легкие. Ввиду того, что данный терпен способен замедлять гибель определенных форм клеток, его можно рассматривать в качестве потенциального лечения рака поджелудочной железы. Альфа-пинен используют и для производства эфирных масел, он является мощным бронхолитическим средством. Другой терпен — 3-карен при меняют в парфюмерной промышленности и в качестве промежуточного химического вещества для получения ряда ценных химических соединений.

— Наши исследования не ограничиваются этими двумя терпенами. Наряду с этими компонентами живица содержит целый ряд более редких ценных терпеновых масел (камфен, β-пинен, 2-арен, терпинен, цимол, лимонен, терпинен). Тут надо вести детальный диалог с переработчиками живицы, специалистами по созданию новых химических материалов, — приоткрывает завесу научной тайны Андрей Кончиц. — Здесь, безусловно, мы говорим о будущем. Лес быстро не растет. Но мы можем подготовить базу для химиков, которые будут заниматься этим. Надеюсь, технологии значительно шагнут вперед.

Итак, для будущего белорусские ученые отобрали сосны с высокой смолопродуктивностью и создали на их основе лесосеменную плантацию, разобрали их по генам, нашли особенности в составе компонент терпеновых масел. Определили признаки смолопродуктивности и методику для поиска наиболее продуктивных сосен. Под подсочку могут выделяться участки с преобладанием именно таких деревьев.

Источник:  Белорусская Лесная газета Автор: Станислав ГАЛКОВСКИЙ