Рост и морфогенез кедра сибирского, кедрового стланика и их гибридов: сравнительный анализ семенного потомства в условиях <i>ex situ</i>

Главная

Статья в Elpub

РУС ENG

Вестник Томского государственного университета. Биология. 2017; : 28-44

Рост и морфогенез кедра сибирского, кедрового стланика и их гибридов: сравнительный анализ семенного потомства в условиях ex situ

Васильева Г. В.

https://doi.org/10.17223/19988591/38/2

Аннотация

Проведен сравнительный анализ роста и морфогенеза 7-летнего потомства кедра сибирского (Pinus sibirica), кедрового стланика (P. pumila) и их гибридов в условиях ex situ. Место происхождения семян - смешанная популяция кедра сибирского, кедрового стланика и гибридов, расположенная в дельте Верхней Ангары (Северное Прибайкалье). Наблюдения проведены на семенном потомстве видов и гибридов, представленном несколькими семьями полусибсов. Установлено, что среди семенного потомства видов нет особей, которые можно отнести к гибридам первого поколения. В этом возрасте кедр сибирский и кедровый стланик слабо различались, наибольшие отличия наблюдались по числу боковых ветвей и апикальному доминированию. Гибриды превзошли оба родительских вида по высоте дерева и ширине кроны на 10 и 27%, соответственно, проявив гетерозис. По измеренным морфологическим признакам гибриды оказались ближе к кедровому стланику, чем к кедру сибирскому. Следовательно, их семенное потомство представлено главным образом бэккроссами на кедровый стланик. Слабая дифференциация видов и гибридов в молодом возрасте свидетельствует о том, что в полевых условиях их определение затруднительно и необходим сбор растительного материала для дальнейших лабораторных исследований.

Список литературы

1. Горошкевич С.Н. О возможности естественной гибридизации Pinus sibirica и Pinus pumila (Pinaceae) в Прибайкалье // Ботанический журнал. 1999. Т. 84, № 9. С. 48-57.

2. Горошкевич С.Н., Васильева Г.В., Попов А.Г. О гибридизации кедра сибирского и кедрового стланика в западной части Станового нагорья // Лесное хозяйство. 2008. № 6. С. 25-27.

3. Коропачинский И.Ю., Милютин Л.И. Естественная гибридизация древесных растений. Новосибирск : Гео, 2006. 223 с.

4. Kormutak A., Demankova B., Gomory D. Spontaneous Hybridization between Pinus sylvestris L. and P. mugo Turra in Slovakia // Silvae Genetica. 2008. Vol. 57, № 2. PP. 76-82.

5. Wachowiak W., Stephan B.R., Schulze I., Prus-Glowacki W., Ziegenhagen B. A critical evaluation of reproductive barriers between closely related species using DNA markers -a case study in Pinus // Plant Systematics and Evolution. 2006. Vol. 257. PP. 1-8.

6. Wachowiak W., Lewandowski A., Prus-Glowacki W. Reciprocal controlled crosses between Pinus sylvestris and P. mugo verified by a species-specific cpDNA marker // Journal of Applied Genetics. 2005. Vol. 46 (1). PP. 41-43.

7. Politov D.V., Belokon M.M., Maluchenko O.P., Belokon Y.S., Molozhnikov V.N., Mejnartowicz L.E., Krutovsky K.V. Genetic evidence of natural hybridization between Pinus sibirica Du Tour and P. pumila (Pall.) Regel. // Forest Genetics. 1999. Vol. 6, № 1. PP. 41-48.

8. Поздняков Л.К. Древовидная форма кедрового стланца // Ботанический журнал. 1952. Т. 37, № 5. С. 688-691.

9. Галазий Г.И. Вертикальный предел древесной растительности в горах Восточной Сибири и его динамика // Труды Ботанического института им. В.Л. Комарова АН СССР. Сер. 3 (Геоботаника). 1954. Вып. 9. С. 210-329.

10. Моложников В.Н. Кедровый стланик горных ландшафтов Северного Прибайкалья. М. : Наука, 1975. 203 с.

11. Goroshkevich S.N., Popov A.G., Vasilieva G.V. Ecological and morphological studies in the hybrid zone between Pinus sibirica and Pinus pumila // Annals of Forest Research. 2008. Vol. 51. PP. 43-52.

12. Зотикова А.П., Васильева Г.В., Бендер О.Г. Фотосинтетические и дыхательные процессы в хвое кедра сибирского, кедрового стланика и гибридов между ними // Вестник Томского государственного университета. Биология. 2014. № 389. С. 268-274.

13. Васильева Г.В. Семенная продуктивность гибридов кедра сибирского и кедрового стланика на северном макросклоне хребта Хамар-Дабан // Вестник Московского государственного университета леса - Лесной вестник. 2014. № 1 (100). С. 85-89.

14. Vasilyeva G.V., Goroshkevich S.N. Crossability of Pinus sibirica and P. pumila with their hybrids // Silvae Genetica. 2013. Vol. 62, № 1-2. PP. 61-68.

15. Петрова Е.А., Горошкевич С.Н., Политов Д.В., Белоконь М.М., Попов А.Г., Васильева Г.В. Семенная продуктивность и генетическая структура популяций в зоне естественной гибридизации кедра сибирского и кедрового стланика // Хвойные бореальной зоны. 2007. Т. 24, № 2-3. С. 331-335.

16. Петрова Е.А., Бендер О.Г., Горошкевич С.Н., Белоконь Ю.С., Белоконь М.М., Политов Д.В. Аллозимная изменчивость и структура хвои естественных гибридов кедра сибирского и кедрового стланика // Хвойные бореальной зоны. 2010. Т. 27, № 1-2. С. 154-159.

17. Петрова Е.А., Горошкевич С.Н., Белоконь М.М., Белоконь Ю.С., Политов Д.В. Естественная гибридизация кедра сибирского (Pinus sibirica Du Tour) и кедрового стланика (P. pumila (Pall.) Regel) в Южном Забайкалье // Хвойные бореальной зоны. 2012. Т. 30, № 1-2. С. 152-156.

18. Vasilyeva G.V., Semerikov V.L. Application of amplified fragment length polymorphisms markers to study the hybridization between Pinus sibirica and P. pumila // Annals of Forest Research. 2014. Vol. 57 (2). PP. 175-180. doi: 10.15287/afr.2014.219

19. Мглинец А.В., Соколов В.А., Петрова Е.А., Горошкевич С.Н. Сравнительное изучение первичной структуры фрагмента гена LEA у Pinus sibirica Du Tour и Pinus pumila (Pallas) Regel // Генетика. 2014. Т. 50, № 2. С. 167-171.

20. Goroshkevich S.N. Natural hybridization between Russian stone pine (Pinus sibirica) and Japanese stone pine (Pinus pumila) // Breeding and genetic resources of five-needle pines: growth, adaptability, and pest resistance: proceedings of the IUFRO Five-Needle Pines Working Party Conference, July 23-27, 2001, Medford, Oregon, USA. Fort Collins, CO : U.S. Department of Agriculture, Forest Service, Rocky Mountain Research Station, 2004. PP. 169-171.

21. Goroshkevich S.N., Popov A.G., Vasilieva G.V. Ecological and morphological studies in the hybrid zone between Pinus sibirica and Pinus pumila // Annals of Forest Research. 2008. Vol. 51. PP. 43-52.

22. Васильева Г.В., Горошкевич С.Н. Семеношение и рост потомства гибридов между кедром сибирским и кедровым стлаником в сравнении с родительскими видами // Хвойные бореальной зоны. 2012. Т. 30, № 1-2. С. 28-32.

23. Васильева Г.В., Жук Е.А., Попов А.Г. Фенология цветения кедра сибирского, кедрового стланика и гибридов между ними // Вестник Томского государственного университета. Биология. 2010. № 1 (9). С. 61-67.

24. Burgess K.S., Morgan M., Deverno L., Husband B.C. Asymmetrical introgression between two Morus species (M alba, M. rubra) that differ in abundance // Molecular Ecology. 2005. Vol. 14. PP. 3471-3483.

25. Lepais O., Petit R.J., Guichoux E., Lavabre J.E., Alberto F., Kremer A., Gerber S. Species relative abundance and direction of introgression in oaks // Molecular Ecology. 2009. Vol. 18 (10). PP. 2228-2242.

26. Greenwood M.S. Juvenility and maturation in conifers: current concepts // Tree Physiology. 1995. Vol. 15. PP. 433-438.

27. Nelson C.D., Weng C., Kubisiak T.L., Stine M., Brown C.L. On the number of genes controlling the grass stage in longleaf pine // Journal of Heredity. 2003. Vol. 94 (5). PP. 392-398.

28. Alvarez C., Valledor L., Hasbun R., Sanchez-Olate M., Rfos D. Variation in gene expression profile with aging of Pinus radiate D. Don // BMC Proceedings 2011. Vol. 5 (Suppl 7). PP. 62.

29. Li W., Han S., Qi L., Zhang Sh. Transcriptome resources and genome-wide marker development for Japanese larch (Larix kaempferi) // Frontiers of Agricultural Science and Engineering. 2014. Vol. 1 (1). PP. 77-84.

30. Mirov N.T. The genus Pinus. New York : Ronald, 1967. 602 p.

31. Gwaze D.P. Performance of some interspecific F1 pine hybrids in Zimbabwe // Forest Genetics. 1999. Vol. 6 (4). PP. 283-289.

32. Nikles D.G. Experience with some Pinus hybrids in Queensland, Australia // Hybrid breeding and genetics of forest trees: рroceedings of QFRI/CRC-SRF Symposium, 9-14 April, 2000, Noosa, Quinsland, Australia. PP. 27-43.

33. Dungey H.S. Pine hybrids - a review of their use performance and genetics // Forest ecology and management. 2001. Vol. 148. PP. 243-258.

34. Duffield J.W., Snyder E.B. Benefits from hybridizing American forest tree species // Journal of forestry. 1958. Vol. 56 (11). PP. 809-815.

35. Горошкевич С.Н., Попов А.Г. Морфоструктура и развитие побегов у 5-хвойных сосен Северной и Восточной Азии: филогенетическая и климатическая интерпретация // Журнал Сибирского федерального университета. Биология. 2009. № 2 (1). С. 54-79.

36. Минина Е.Г., Третьякова И.Н. Геотропизм и пол у хвойных. Новосибирск : Наука, 1983. 200 с.

37. Cline M.G. Concepts and terminology of apical dominance // American Journal of Botany. 1997. Vol. 84 (9). PP. 1064-1069.

38. Хоментовский П.А. Экология кедрового стланика Pinus pumila (Pallas) Regel на Камчатке: (общий обзор). Владивосток : Дальнаука, 1995. 227 с.

39. Бобринев В.П., Пак Л.Н. Кедровый стланик (Pinus pumila) древовидной формы на севере Забайкальского края // Международный журнал научных и прикладных исследований. 2014. № 8. С. 9-13.

40. Грибков П.Ф. Кедровый стланик древовидной формы на Камчатке // Вопросы географии Камчатки. 1964. № 2. С. 114-115.

Tomsk State University Journal of Biology. 2017; : 28-44

Growth and morphogenesis of Siberian stone pine, Siberian dwarf pine and their hybrids: comparative analysis of seed progeny ex situ

Vasilyeva G. V.

https://doi.org/10.17223/19988591/38/2

Abstract

Pinus sibirica and P. pumila have vast geographic distributions; their overlapping range spreads in the Pribaikalia, Zabaikalia and the southern part of Yakutia. There are natural interspecies hybrids in many plant communities where the species grow together. Mixed population with P. sibirca, P. pumila and their hybrids was found in the Upper Angara River delta (55°47' N, 109°33' E, 487 m a.s.l.). We collected seeds from the hybrids and the species in this population and then sowed them at the Kedr field station managed by the Institute of Monitoring of Climatic and Ecological Systems SB RAS (Tomsk oblast, 56°13' N, 84°51' E, 78 m a.s.l.). The aim of the research was detection of morphological traits useful for identification of young not cone-bearing hybrid trees in the field, and understanding of the population processes in the hybrid zone, tree cross directions and morphological differences of hybrid seed progeny. The objects of the study were 7-year seed progeny of the species (7 half-sib families in P. sibirica and 4 half-sibs in P. pumila) and the hybrids (6 half-sib families). In total, we measured 276 trees. We measured tree height, crown width, number of lateral branches (long shoots and grown latent buds), needle length, length of the longest terminal shoot, and length of the longest lateral shoot. We calculated crown shape (tree height / crown width) and apical dominance (ratio of length of the longest terminal shoot to length of the longest lateral shoot). Seed progeny of the species was usual, putative hybrids were not found among them. Although adult trees of the species have a number of differences, young trees are similar in many ways. P. pumila was characterized by decreased tree height, needle length, number of branches and apical dominance, compared to P. sibirica (See Figure 1). The species did not have statistically significant differences in crown width and crown shape. Hybrids exceeded both species in tree height and crown width. In comparison with P. sibirica, characterized by the best growth parameters, hybrid superiority was 10% and 27%, respectively. The number of branches and apical dominance differentiated the species the most (See Fig. 2). Half-sib variability among both the species and the hybrids was weak (See Table 1). Principal component analysis showed poor differentiation between the species and between the species and the hybrids (See Figure 3). Seed progeny of the hybrids was closer to P. pumila according to the measured traits. Although adult trees of the species have contrast morphology and different life-forms, young trees of the species are morphologically similar. Correlation analysis revealed principal differences between the species (See Table 2). P. sibirica was characterized by strong relation between tree height and other growth traits; on the contrary, there are no traits correlated with tree height in P. pumila. Thus, the studied hybrid seed progeny are mainly backcrosses to P. pumila. It means that in the natural population in the Upper Angara River delta pollination occurs by the prevailing species, P. pumila. Since hybrid seed progeny does not differ much from the species, its identification is difficult in the field and requires plant material for further study in the laboratory. The article contains 3 Figures, 2 Tables, 40 References.

References

1. Goroshkevich S.N. O vozmozhnosti estestvennoi gibridizatsii Pinus sibirica i Pinus pumila (Pinaceae) v Pribaikal'e // Botanicheskii zhurnal. 1999. T. 84, № 9. S. 48-57.

2. Goroshkevich S.N., Vasil'eva G.V., Popov A.G. O gibridizatsii kedra sibirskogo i kedrovogo stlanika v zapadnoi chasti Stanovogo nagor'ya // Lesnoe khozyaistvo. 2008. № 6. S. 25-27.

3. Koropachinskii I.Yu., Milyutin L.I. Estestvennaya gibridizatsiya drevesnykh rastenii. Novosibirsk : Geo, 2006. 223 s.

4. Kormutak A., Demankova B., Gomory D. Spontaneous Hybridization between Pinus sylvestris L. and P. mugo Turra in Slovakia // Silvae Genetica. 2008. Vol. 57, № 2. PP. 76-82.

8. Pozdnyakov L.K. Drevovidnaya forma kedrovogo stlantsa // Botanicheskii zhurnal. 1952. T. 37, № 5. S. 688-691.

9. Galazii G.I. Vertikal'nyi predel drevesnoi rastitel'nosti v gorakh Vostochnoi Sibiri i ego dinamika // Trudy Botanicheskogo instituta im. V.L. Komarova AN SSSR. Ser. 3 (Geobotanika). 1954. Vyp. 9. S. 210-329.

10. Molozhnikov V.N. Kedrovyi stlanik gornykh landshaftov Severnogo Pribaikal'ya. M. : Nauka, 1975. 203 s.

12. Zotikova A.P., Vasil'eva G.V., Bender O.G. Fotosinteticheskie i dykhatel'nye protsessy v khvoe kedra sibirskogo, kedrovogo stlanika i gibridov mezhdu nimi // Vestnik Tomskogo gosudarstvennogo universiteta. Biologiya. 2014. № 389. S. 268-274.

13. Vasil'eva G.V. Semennaya produktivnost' gibridov kedra sibirskogo i kedrovogo stlanika na severnom makrosklone khrebta Khamar-Daban // Vestnik Moskovskogo gosudarstvennogo universiteta lesa - Lesnoi vestnik. 2014. № 1 (100). S. 85-89.

14. Vasilyeva G.V., Goroshkevich S.N. Crossability of Pinus sibirica and P. pumila with their hybrids // Silvae Genetica. 2013. Vol. 62, № 1-2. PP. 61-68.

15. Petrova E.A., Goroshkevich S.N., Politov D.V., Belokon' M.M., Popov A.G., Vasil'eva G.V. Semennaya produktivnost' i geneticheskaya struktura populyatsii v zone estestvennoi gibridizatsii kedra sibirskogo i kedrovogo stlanika // Khvoinye boreal'noi zony. 2007. T. 24, № 2-3. S. 331-335.

16. Petrova E.A., Bender O.G., Goroshkevich S.N., Belokon' Yu.S., Belokon' M.M., Politov D.V. Allozimnaya izmenchivost' i struktura khvoi estestvennykh gibridov kedra sibirskogo i kedrovogo stlanika // Khvoinye boreal'noi zony. 2010. T. 27, № 1-2. S. 154-159.

17. Petrova E.A., Goroshkevich S.N., Belokon' M.M., Belokon' Yu.S., Politov D.V. Estestvennaya gibridizatsiya kedra sibirskogo (Pinus sibirica Du Tour) i kedrovogo stlanika (P. pumila (Pall.) Regel) v Yuzhnom Zabaikal'e // Khvoinye boreal'noi zony. 2012. T. 30, № 1-2. S. 152-156.

19. Mglinets A.V., Sokolov V.A., Petrova E.A., Goroshkevich S.N. Sravnitel'noe izuchenie pervichnoi struktury fragmenta gena LEA u Pinus sibirica Du Tour i Pinus pumila (Pallas) Regel // Genetika. 2014. T. 50, № 2. S. 167-171.

22. Vasil'eva G.V., Goroshkevich S.N. Semenoshenie i rost potomstva gibridov mezhdu kedrom sibirskim i kedrovym stlanikom v sravnenii s roditel'skimi vidami // Khvoinye boreal'noi zony. 2012. T. 30, № 1-2. S. 28-32.

23. Vasil'eva G.V., Zhuk E.A., Popov A.G. Fenologiya tsveteniya kedra sibirskogo, kedrovogo stlanika i gibridov mezhdu nimi // Vestnik Tomskogo gosudarstvennogo universiteta. Biologiya. 2010. № 1 (9). S. 61-67.

26. Greenwood M.S. Juvenility and maturation in conifers: current concepts // Tree Physiology. 1995. Vol. 15. PP. 433-438.

27. Nelson C.D., Weng C., Kubisiak T.L., Stine M., Brown C.L. On the number of genes controlling the grass stage in longleaf pine // Journal of Heredity. 2003. Vol. 94 (5). PP. 392-398.

28. Alvarez C., Valledor L., Hasbun R., Sanchez-Olate M., Rfos D. Variation in gene expression profile with aging of Pinus radiate D. Don // BMC Proceedings 2011. Vol. 5 (Suppl 7). PP. 62.

30. Mirov N.T. The genus Pinus. New York : Ronald, 1967. 602 p.

31. Gwaze D.P. Performance of some interspecific F1 pine hybrids in Zimbabwe // Forest Genetics. 1999. Vol. 6 (4). PP. 283-289.

32. Nikles D.G. Experience with some Pinus hybrids in Queensland, Australia // Hybrid breeding and genetics of forest trees: rroceedings of QFRI/CRC-SRF Symposium, 9-14 April, 2000, Noosa, Quinsland, Australia. PP. 27-43.

33. Dungey H.S. Pine hybrids - a review of their use performance and genetics // Forest ecology and management. 2001. Vol. 148. PP. 243-258.

34. Duffield J.W., Snyder E.B. Benefits from hybridizing American forest tree species // Journal of forestry. 1958. Vol. 56 (11). PP. 809-815.

35. Goroshkevich S.N., Popov A.G. Morfostruktura i razvitie pobegov u 5-khvoinykh sosen Severnoi i Vostochnoi Azii: filogeneticheskaya i klimaticheskaya interpretatsiya // Zhurnal Sibirskogo federal'nogo universiteta. Biologiya. 2009. № 2 (1). S. 54-79.

36. Minina E.G., Tret'yakova I.N. Geotropizm i pol u khvoinykh. Novosibirsk : Nauka, 1983. 200 s.

37. Cline M.G. Concepts and terminology of apical dominance // American Journal of Botany. 1997. Vol. 84 (9). PP. 1064-1069.

38. Khomentovskii P.A. Ekologiya kedrovogo stlanika Pinus pumila (Pallas) Regel na Kamchatke: (obshchii obzor). Vladivostok : Dal'nauka, 1995. 227 s.

39. Bobrinev V.P., Pak L.N. Kedrovyi stlanik (Pinus pumila) drevovidnoi formy na severe Zabaikal'skogo kraya // Mezhdunarodnyi zhurnal nauchnykh i prikladnykh issledovanii. 2014. № 8. S. 9-13.

40. Gribkov P.F. Kedrovyi stlanik drevovidnoi formy na Kamchatke // Voprosy geografii Kamchatki. 1964. № 2. S. 114-115.

Рост и морфогенез кедра сибирского, кедрового стланика и их гибридов: сравнительный анализ семенного потомства в условиях ex situ

Аннотация

Growth and morphogenesis of Siberian stone pine, Siberian dwarf pine and their hybrids: comparative analysis of seed progeny ex situ

Abstract

События

EasyCookieInfo