Ameliorarea genetic a speciilor forestiereCurs pentru nvmntul la distanConf. univ. dr. Liviu FRTI

Anul universitar: 2009-2010UNIVERSITATEA TEFAN CEL MARE SUCEAVA FACULTATEA DE SILVICULTUR Departamentul de nvmnt la Distan

CUPRINSI. CAPITOL INTRODUCTIV 1.1.Ameliorarea arborilor. Definiie i specificul disciplinei 1.2 Scurt istoric. II. OBIECTIVELE AMELIORRII ARBORILOR 2.1. Trsturi genetice specifice arborilor 2.2. Obiective cantitative. 2.3. Obiective calitative 2.3.1. Obiective calitative extrinseci. 2.3.2. Obiective calitative intrinseci. III. METODE CLASICE DE AMELIORARE FORESTIER 3.1. Selecia... 3.1.1. Principii fundamentale ale ameliorrii prin selecie 3.1.2. Formele seleciei artificiale.. 3.1.3. Determinarea efectelor seleciei... 3.1.4. Ameliorarea prin selecie etape generale.. 3.1.4.1. Ciclul de selecie i ciclul de ameliorare 3.1.4.2. Repetarea ciclurilor de selecie.. 3.1.5. Limitele seleciei.. 3.1.5.1. Limite genetice i biologice... 3.1.5.2. Limite metodologice.. 3.1.6. Strategii de selecie.. 3.1.7. Etapele principale ale unui program de selecie.. 3.1.7.1. Alegerea provenienelor. 3.1.7.2. Identificarea populaiilor semincere.. 3.1.7.3. Crearea populaiilor de producie plantaii semincere, plantaje. 3.2. Hibridarea.. 3.2.1. Principii generale privind aplicarea tehnicilor de hibridare 3.2.2. Criterii i modaliti concrete de hibridare.. 3.2.3. Particulariti ale reproducerii sexuate la arbori.. 3.2.3.1. Aspecte teoretice i practice asupra nfloririi i fructificaiei la arbori.. 3.2.3.2. Fenomenul de incompatibilitate interspecific n ameliorarea forestier.. 3.2.3.3. Explicarea fenomenului de androsterilitate.... IV. METODE MODERNE DE AMELIORARE FORESTIER 4.1. Mutageneza i implicaiile practice n ameliorarea forestier 4.1.1. Interesul obinerii de varieti poliploide la speciile forestiere 4.1.2. Obinerea de poliploizi la rinoase. 4.1.3. Obinerea de poliploizi la rinoase. 4.1.4. Mutaii genice i cromozomiale la speciile forestiere.. 4.2. Cultura in vitro de celule i esuturi vegetale. 4.2.1. Specificul activitii n cadrul unui laborator de culturi in vitro.. 4.2.2. Aclimatizarea n ser i repicajul n pepinier. 4.2.3. Rezultate obinute la speciile forestiere..

4.3. Inducerea i obinerea de haploizi. 4.3.1. Obinerea de haploizi prin androgenez. 4.3.2. Obinerea de haploizi prin ginogenez 4.3.3. Importana genetic a haploizilor 4.4. Cultura de embrioni sexuai in vitro. 4.5. Embriogeneza somatic i seminele artificiale 4.5.1. Embriogeneza somatic.. 4.5.2. Tehnologia obinerii seminelor artificiale.. 4.6. Obinerea i cultura protoplatilor. Hibridarea celular (somatic). 4.6.1. Obinerea de protoplati.. 4.6.2. Fuzionarea protoplatilor 4.7. Transferul de gene i obinerea plantelor transgenice.. 4.7.1. Obinerea pe cale biologic (indirect) a ADN-ului recombinant.. 4.7.2. Transferul de gene la arbori cu ajutorul plasmidelor Ti i Ri. 4.7.3. Transferul direct de gene (transfecie) 4.7.4. Strategii sens i antisens.. 4.7.5. Realizri n sectorul agricol.... 4.7.6. Realizri n silvicultur... 4.7.7. n loc de concluzii... V. PRINCIPIILE SILVICULTURII CLONALE 5.1. Tehnici de multiplicare vegetativ 5.1.1. Altoirea.... 5.1.2. Marcotajul 5.1.3. Drajonarea 5.1.4. Butirea.. 5.1.5. Micropropagarea.. 5.2. Utilizarea clonelor. 5.2.1. Modele de silvicultur clonal. 5.2.2. Tentative noi n silvicultura clonal 5.2.3. Riscuri i limite n silvicultura clonal VI. CONSERVAREA RESURSELOR GENETICE FORESTIERE (RGF) 6.1. Definiii, generaliti i grupe principale de resurse genetice la principalele specii forestiere... 6.2. Importana studiului diversitii biologice n perspectiva identificrii, conservrii i utilizrii durabile a RGF... 6.3. Conservarea germoplasmei forestiere 6.3.1. Conservarea in situ a RGF... 6.3.1.1. Crearea de parcuri i rezervaii naturale 6.3.1.2. Rezervaiile de semine 6.3.1.3. Interzicerea accesului i exploatrilor prefereniale. 6.3.2. Conservarea ex situ a RGF. 6.3.2.1. Arboretum-urile i parcurile dendrologice 6.3.2.2. Culturile comparative de proveniene i hibrizi... 6.3.2.3. Parcurile de clone. 6.3.2.4. Livezi de semine. 6.3.2.5. Bncile de gene.

I. CAPITOL INTRODUCTIV 1.1.Ameliorarea arborilor. Definiie i specificul disciplinei n sens strict genetic, ameliorarea este disciplina care se ocup cu mbuntirea calitilor plantelor cultivate i animalelor domestice, n sensul ameliorrii ereditii acestora n direcia dorit de ctre om (ameliorator). Dei mult vreme (secole sau chiar milenii) a fost realizat empiric (de baz fiind selecia fenotipic pentru nevoi imediate), ameliorarea plantelor i animalelor s-a impus treptat, cu timpul devenind o tiin, prin apariia lucrrilor fundamentale ale unor mari savani din domeniul tiinelor biologice precum Darwin, Mendel, Morgan, de Vries, Vavilov etc. n ceea ce privete ameliorarea speciilor forestiere trebuie inut cont de specificitatea biologic a arborilor n raport cu alte specii vegetale, de rolul lor structural i funcional fundamental n cadrul ecosistemelor forestiere i, nu n ultimul rnd, de faptul c sunt specii slbatice foarte vechi (gimnospermele au aprut nc din era primar, cu apogeu n mezozoic) ce posed sisteme genetice complexe i foarte greu de modificat (Stnescu, 1983). De asemenea, arborii sunt plante perene, policarpice, cu maturitate trzie, au cicluri de via foarte lungi i o lent manifestare fenotipic a caracterelor legate de structurile lor genetice. Dac mai adugm i dimensiunile mari pe care le realizeaz, precum i o foarte redus accesibilitate la flori i fructe, putem alctui un tablou complet privind dificultile ce apar pe linia ntreprinderii unor cercetri de genetic forestier teoretic i aplicat. Cu toate acestea, n ultimele decenii, cercetrile i activitile specifice domeniului ameliorrii forestiere s-au perfecionat i extins extrem de mult, astfel nct n tot mai multe ri exist i se deruleaz programe foarte complexe pe linia ameliorrii forestiere. n acest mod sunt atinse tematici vaste ce pornesc de la studiul provenienelor i selecia de populaii valoroase i se ncheie cu abordarea celor mai noi i performante tehnici moderne specifice biologiei i geneticii moleculare. 1.2 Scurt istoric nc din neolitic au existat preocupri de a se obine forme mai productive la plantele cultivate i, n acest sens, oamenii din acele timpuri au utilizat o form empiric de selecie i o depozitare a seminelor pentru scurte perioade de timp. Referitor la speciile de arbori, aceste preocupri au fost mult mai recente, cnd spre sfritul secolului al XVIII-lea s-au efectuat primele recoltri i utilizri de semine aparinnd celor mai frumoase exemplare de arbori, inclusiv pentru speciile forestiere exotice (Stnescu, 1983). La mijlocul secolului al XVIII-lea, Amiralitatea suedez recomanda recoltarea de semine de pin silvestru de la cei mai drepi arbori din nordul rii i cultivarea lor mai la sud pentru a constitui o surs de materie prim mai apropiat, n vederea construirii navelor (Lucu, 1998). Au trecut mai bine de dou secole de cnd Duhamel de Monceau, unul dintre fondatorii conceptului de silvicultur, a semnalat existena unor diferite rase n cadrul speciilor lemnoase i, la iniiativa sa, se nfiineaz n Frana primele plantaii comparative de pin silvestru cu semine din Rusia, Scoia sau Europa de sud.

1

Tot n Frana, ntre anii 1823-1850, Philippe Andre de Vilmorin a experimentat primele teste comparative de proveniene la pinul silvestru, avnd n vedere rectitudinea tulpinii, forma coroanei, dispoziiei ramurilor pe trunchi, etc. Cu aceast ocazie, n regiunea mpdurit a Parisului se realizeaz multe altoiri pe pin silvestru cu material biologic provenit din Corsica de Pinus laricio pentru aclimatizarea acestei specii n condiiile mai nordice specifice capitalei franceze. n a II-a jumtate a secolului XIX-lea, prin intensificarea studiilor asupra diferitelor rase de arbori, n mod deosebit n Germania, s-au putut pune bazele stabilirii unei taxonomii mai aproape de realitate a unor grupuri intraspecifice nceputul secolului XX a coincis cu redescoperirea legilor lui Mendel privind ereditatea i punerea bazelor teoriei mutaioniste de ctre Hugo de Vries. n domeniul forestier, o importan deosebit a avut-o Correns van Tschermak, crendu-se o adevrat efervescen i emulaie n rndul specialitilor forestieri care erau destul de dezamgii de recentele eecuri n ceea ce privete rezultatele unor vaste aciuni de rempdurire n Frana, Belgia sau Germania. Rezultatele mediocre obinute s-au datorat, n principal, utilizrii unui material seminal de origine incert sau de slab calitate, ca cel de larice de Alpi, pin silvestru din zona Haguenau (Frana) n Germania i, invers, material originar din Darmstadt (Germania) n Frana. Sensibilizarea specialitilor forestieri s-a manifestat i exprimat concret n cadrul primei reuniuni internaionale asupra originii materialului seminal de pin silvestru (1906) dar, mai ales, n cadrul Congresului internaional IUFRO (Uniunea internaional a instituiilor de cercetare forestier) de la Bruxelles (1910)(Nanson, 2005). O parte a populaiilor semincere actuale de pin silvestru i duglas din Belgia reprezint consecina direct i benefic a aciunilor ntreprinse n acea perioad. Dup primul rzboi mondial, urmeaz o perioad de regres n genetica forestier i, din pcate, muli dintre cei angrenai n domeniu nu au dat atenia cuvenit greelilor i eecurilor anterioare. n consecin, prin neglijarea provenienei seminelor, a crescut numrul de populaii semincere mediocre, cu exemplare neperformante ce prezentau ramuri groase i care erau devastate adesea de boli produse de Rhabdocline pseudotsugae sau Phaeocryptopus gaeumannii (Nanson, 2005). Cu toate acestea, n unele ri din Europa Central i de Vest au fost create bazele privind crearea unui cadru legislativ i instituional pe linia cercetrii agricole, n general, precum i a celei forestiere, n special. Astfel, n Belgia a luat fiin, n anul 1929, Staiunea de Cercetri a Apelor i Pdurilor, cu sediul la Groenendaal, lng Bruxelles, cu scopul principal de a reda pieii semine cunoscute ca provenien i de bun calitate. De asemenea, Delevoy a nceput instalarea experienelor comparative de proveniene. n Danemarca, Syrach Larsen a creat, cu adevrat, o disciplina autonom de genetic i ameliorare a arborilor forestieri, iar n 1926 a efectuat prima cartare seminologic i o sistematizare a populaiilor semincere. De asemenea, el a pus la punct tehnici clonale i de polenizare artificial la arbori, a realizat primul program complet de ameliorare i selecie a arborilor plus, de creare a primelor livezi de semine i teste de descenden. n mod independent, n Suedia, Langlet a efectuat n 1936 primele observaii n legtur cu variabilitatea geografic a pinului silvestru n funcie de climat, deschiznd calea viitoarei genetici ecologice, cu mult nainte de Stebbins (1950). Geneticianul Nilsson-Ehle a descoperit exemplare de plop triploid (Populus tremula var. gigas), iniiind astfel irul unor lucrri de referin n domeniul poliploidiei. n ciuda acestor realizri cu totul remarcabile, se pare c ele nu au avut un impact major n practica forestier mondial i nu puini silvicultori (unii chiar i n prezent) au rmas

2

la convingerea c dezvoltarea arborilor i a pdurii ar depinde numai de mediu (Nanson, 2005). n perioada interbelic, graie marilor descoperiri n domeniul geneticii, ncep s se elaboreze i s se aplice primele programe sistematice pe linia ameliorrii diferitelor specii forestiere. n acest sens se evideniaz programul propus i iniiat de ctre Fabricius, n Germania, o ampl aciune de ameliorare bazat pe introducerea practicilor de autofecundare, de selecie, hibridare i sistem clonal de nmulire. Tot n aceast perioad, n Statele Unite ale Americii, ia fiin un institut de genetic forestier la Placerville (California), n timp ce n mai multe ri din Europa (Germania, Danemarca, Suedia, Canada, Italia) apar numeroase i importante organizaii, comitete i asociaii n domeniul ameliorrii genetice a arborilor (Stnescu, 1983). Dup cel de-al II-lea rzboi mondial, un nume de referin ce s-a impus n dezvoltarea ameliorrii speciilor forestiere a fost cel al suedezului Lindquist (1948), al crui concept era ca programele n domeniu s urmeze filiera: populaii semincere, arbori plus i livezi de semine. Acest concept avea s prezinte un mare ecou pn n Statele Unite i n Japonia. Dup 1950, n urma apariiei unor discipline de mare importan precum genetica evolutiv i cea a populaiilor, bazate pe lucrrile de excepional nsemntate tiinific ale lui Dobzansky, Stebbins i Mayr, s-a putut descifra rolul fundamental ce-l deine variabilitatea intra i interpopulaional n cadrul ameliorrii genetice forestiere. Ca urmare, s-a putut trece la o selecie sistematic a primelor populaii semincere n Europa (ex. n Belgia), nfiinarea primelor livezi de semine n sistem clonal (Scandinavia, Germania i Statele Unite) cu material provenit de la arbori plus aparinnd populaiilor locale, populaii care s-au dovedit a fi cele mai productive i mai bine adaptate. Ulterior, prin dezvoltarea studiilor de provenien, s-a dovedit c ecotipurile locale nu sunt ntotdeauna cele mai bune. Tot n aceast perioad sau nfiinat primele parcuri de clone cu genotipuri dintre cele mai valoroase i s-au creat metode statistice eficiente n vederea stabilirii unor comparaii precise i elocvente ntre diferite populaii de arbori. Apariia geneticii cantitative dup 1960 (Falconer i Lerner), coroborat cu dezvoltarea studiilor de variabilitate intraspecific la arbori, a permis perfecionarea i ajustarea criteriilor de selecie a indivizilor performani necesari n activitatea de ameliorare. n acest sens, n mai multe ri din Europa (mai ales n Belgia i Frana) s-a mrit semnificativ aria de culturi comparative de proveniene, plantaiile respective fiind ulterior repetate n mai multe regiuni, n condiii ecologice din cele mai diverse. De asemenea, n Statele Unite, Noua Zeeland i Australia au luat amploare aceste culturi, aplicndu-se tot mai mult aceste metode ale genetice cantitative. Rezultatele obinute au stat la baza definitivrii i delimitrii celor mai valoroase arborete surse de semine i, n consecin, la elaborarea unei legislaii clare n domeniul provenienei, transferului i utilizrii materialului biologic provenit din aceste formaiuni forestiere. Dup anul 1970 s-au perfecionat i a luat amploare utilizarea tehnicilor biochimice, respectiv metode de electroforez privind determinarea unor indici biochimici ca izoenzimele, terpenele i taninuri. Acestea au permis caracterizarea genotipurilor i populaiilor de arbori i o estimare rapid i precis a gradului de variabilitate intra i interpopulaional. n paralel, n unele ri precum Frana, a luat amploare multiplicarea vegetativ n mas prin utilizarea unor metode moderne specifice culturilor in vitro, respectiv micropropagarea. Dup 1980, descoperirile de mare performan n domeniul biologiei moleculare, specifice analizelor de ADN (RFLP, RAPD, AFLP, marcheri QTL microsatelii) i ale ingineriei genetice (hibridare somatic i transfer de gene), au stat la baza apariiei 3

biotehnologiilor moderne cu mare impact i n cercetrile de ameliorare genetic arborilor. Utilizarea acestor tehnici de mare performan i-au gsit o tot mai larg aplicabilitate i, n prezent, contribuie din plin la elucidarea unor importante aspecte privind refugiile i migrrile postglaciare, structura genetic a populaiilor de arbori i gradul acestora de heterozigoie. n ara noastr, primele preocupri sistematice n domeniul ameliorrii genetice a arborilor sunt relativ recente i cercettori silvici ca Zaharia Przemeki, Anton Rdulescu, Petre Grunau, Marian Petcu, Marin Rdulescu, Sergiu Pacovici au adus primele contribuii concrete n metodologia de ameliorare forestier bazat pe selecie. Pe aceast linie, la iniiativa lui Zaharia Przemeki se promoveaz studiile de proveniene i alegerea ecotipurilor n culturile forestiere, prin aceasta reducndu-se semnificativ ciclurile de producie (Stnescu, 1983). Odat cu nfiinarea I.C.A.S. Bucureti, n anul 1948, s-au organizat i ntreprins primele lucrri sistematizate de selecie, hibridare i instalare de culturi comparative de proveniene. ntre anii 1950-1960 s-au pus la punct i aplicat primele experimente privind stimularea fructificaiei la cvercinee, elaborndu-se totodat primele instruciuni i ndrumri de selecie a arborilor i arboretelor n vederea stabilirii rezervaiilor de semine de stejar. n deceniul urmtor, la iniiativa i pe baza cercetrilor efectuate de ctre colectivul coordonat de V. Enescu, s-a derulat o aciune extrem de important, respectiv s-a introdus primul sistem specific de cartare seminologic pe baza cruia s-au identificat i delimitat cele mai reprezentative arborete surse de semine de la noi din ar. Astfel, ntre anii 1962 1965, s-au identificat peste 5000 de arborete semincere, totaliznd o suprafa de peste 120 000 ha, din care peste 2/3 specii de rinoase. Toate aceste formaiuni forestiere au fost descrise i clasificate n funcie de valoarea lor seminologic i s-au stabilit totodat msurile specifice de ngrijire i transformare a celor mai valoroase arborete n rezervaii de semine. Dup 1970 s-a intensificat ritmul seleciilor i hibridrilor ntre cei mai valoroi arbori n cadrul ameliorrii unor specii, astfel nct s-a extins destul de mult aria plantajelor de semine (peste 200 ha), majoritatea suprafeei fiind ocupat cu specii de rinoase (larice, pin, duglas etc.). nfiinarea primelor colecii de clone a dat un impuls i activitii de conservare a resurselor genetice forestiere concretizate prin genotipuri de mare valoare la unele dintre cele mai importante specii de arbori. n paralel, s-au intensificat cercetrile i observaiile n domeniul sistematicii i variabilitii la mai multe specii forestiere importante (pin, larice, stejar, molid) sau de stabilire a cariotipului la molid, pin etc. n cadrul activitii de ameliorare a unor specii forestiere se pot aminti cteva realizri deosebite n ceea ce privete utilizarea unor clone de plop de mare productivitate, ncepnd cu anul 1976, precum i obinerea unor clone selecionate de salcie i rchit, ambele categorii manifestnd creteri semnificative pe unitate de timp i suprafa. II. OBIECTIVELE AMELIORRII ARBORILOR n esen, prin ameliorarea forestier se urmrete obinerea unor exemplare de arbori mult mai performante ca productivitate i caliti tehnologice, mai bine adaptate la mediu n sensul creterii rezistenei la aciunile nocive ale factorilor biotici (boli, duntori) sau abiotici (inclusiv accidente climatice), n scopul satisfacerii unor cerine economice mereu crescnde. n ultima perioad sunt avute n vedere i cerine ecologice reconstrucia ecologic a zonelor distruse sau calamitate, mpdurirea unor zone aride, soluri srturoase sau ameninate cu deertificarea. 4

Paleta obiectivelor cantitative i calitative urmrite n activitatea de ameliorare a arborilor este extrem de divers, innd cont de complexitatea acestor organisme vegetale (n special complexitatea structurii genetice), de ciclurile lor de via lungi i foarte lungi, maturitate trzie i fructificaia extrem de abundent. De aici se pot defini cteva trsturi genetice specifice care deosebesc fundamental arborii de restul speciilor vegetale. 2.1. Trsturi genetice specifice arborilor 1. Arborii sunt posesorii unei uriae rezerve de variabilitate genetic, n sensul c n structura lor genotipic predomin, ntr-o proporie covritoare, heterozigoia pentru multe caractere. Aceast trstur a fost pus n eviden prin efectuarea mai multor teste i investigaii i prin utilizarea unor tehnici de vrf ca marcheri genetici, biochimici, inclusiv amprentele genetice. Marea diversitate genetic inter i intrapopulaional a arborilor se datoreaz faptului c aceste specii au evoluat, de-a lungul timpului, n cele mai diverse nie ecologice i, pe de alt parte, panmixia atinge n arboretele naturale cotele cele mai ridicate datorit alogamiei i capacitii enorme de nflorire i fructificare. 2. O trstur extrem de important i cu largi implicaii n procesul de ameliorare forestier o reprezint marea frecven a sistemelor poligenice i polialelice, arborii caracterizndu-se printr-un numr mare de caractere de ordin cantitativ (bioacumulri) rezultate din multiple i complexe interaciuni genice alelice i nealelice. Aceast caracteristic prezint o mare importan speciilor forestiere i n plan ecologic, conferindu-le o mai mare plasticitate i capacitate sporit de adaptabilitate. 3. Spre deosebire de alte specii de plante (cele cultivate sau chiar din flora ierboas spontan), arborii au un echipament genetic mult mai stabil, format dintr-un numr mai mare de cromozomi i, n general, de mai mici dimensiuni, aceasta reprezentnd o consecin a vechimii acestor specii (mai ales gimnospermele) i evoluiei lor ndelungate n nie ecologice foarte variate. 4. n ciuda structurii lor genetice complexe, a ciclurilor lungi de via i a maturitii trzii, arborii manifest o accentuat susceptibilitate la diferii factori de mediu. De aceea, n cadrul diferitelor etape ale procesului de ameliorare forestier bazate pe selecie i hibridare, problema interaciunii dintre genotipul unui arbore i mediu s prezinte o foarte mare importan pentru amelioratori n sensul utilizrii eficiente a unor metode de testare i ameliorare a diferitelor caractere. 5. Pronunatul caracter de sociabilitate a arborilor este demonstrat de nsi modul lor de existen, acetia edificnd, n majoritatea cazurilor, populaii extinse, comuniti largi, n care selecia natural a acionat sistematic n condiiile specifice mediului de via. n populaiile alogame de arbori s-a creat o constelaie bogat i specific de gene, supuse unui flux panmictic intensiv, acest fenomen datorndu-se existenei unor suprafee de schimb de gene foarte mari (cantiti uriae de polen, inflorescene la partea superioar a coroanei, etc.). De aceea, aceste populaii naturale constituie adevrate centre de germoplasm util pentru activitatea de ameliorare dar i cea de conservare a unui fond genetic extrem de valoros prin varietate i o mare capacitate de recombinare. 6. Tot la arbori, mai ales n interiorul populaiilor mari, homeostazia genetic se manifest cu deosebit intensitate, fapt explicabil prin prezena masiv a heterozigoilor care menin heterogenitatea populaiilor respective. Acest fapt face posibil meninerea echilibrului i fluxului constant de gene chiar i n interiorul unor colectiviti de arbori relativ restrnse i izolate (ex. cele de fag din nordul Dobrogei). Mecanismele stabilitii genetice, ale rezistenei 5

la schimbrile structurale profunde, sunt, n acest caz, cu mult mai puternice dect efectele consangvinizrii sau derivei genetice care, n cazul altor specii, s-ar manifesta mult mai pregnant. Izolarea reproductiv poate cauza totui ntreruperi din arealul unei specii i duce la apariia unor diferenieri genetice ca urmare a reducerii fluxului panmictic i a influenelor mediogene cu puternice efecte selective. Acest fenomen st la baza apariiei unor populaii locale, ecotipuri sau rase geografice, dar, chiar i n aceste condiii, se pstreaz constelaia de baz a genelor, fr modificri brute ale structurii genofondului i, n consecin, aceste formaiuni restrnse rezist destul de bine la puternice i brute variaii de mediu. 2.2. Obiective cantitative n cadrul acestei categorii sunt incluse toate caracteristicile legate de creteri i bioacumulri, respectiv producia de mas lemnoas, capacitate de fructificare i producere de semine. Aceste trsturi sunt supuse controlului unui numr mare de gene (gene minore), precum i interaciunilor ntre genele alele i nealele. n acest caz, influena factorilor de mediu este mare, iar eritabilitatea (n ce msur se transmite un caracter de la prini la urmai) este redus. Obiectivul prioritar urmrit n ameliorarea caracterelor cantitative la arbori l reprezint producia de mas lemnoas, respectiv producia total n volum pe unitate de suprafa i timp sau maximul creterii medii anuale exprimat n m3 / ha / an. Productivitatea total a unei populaii este aproape n exclusivitate determinat de condiiile de mediu specifice fiecrei staiuni pe de-o parte, dar i de materialul genetic utilizat, pe de alt parte. Tratamentele aplicate, n special cele privind gradul de intensivitate a rriturilor, nu au un efect direct semnificativ asupra produciei totale. Condiiile de mediu reprezint un factor fix i, de cele mai multe ori, defavorabil ameliorrii n populaiile naturale. n cadrul plantaiilor, dimpotriv, silvicultorii pot alege mult mai uor i cu costuri mult reduse cel mai potrivit material biologic pentru viitoarele generaii i pot prognoza mult mai uor evoluia regenerrii naturale a materialului plantat. n ceea ce privete producia de biomas, speciile forestiere se caracterizeaz printr-o eritabilitate relativ redus a caracterelor de cretere care sunt controlate de un numr foarte mare de gene, fiind implicate, de asemenea, multiple i complexe interaciuni alelice i nealelice. De aceea, pe linia ameliorrii produciei totale de biomas, selecia n favoarea exemplarelor cu cele mai mari creteri dimensionale (nlime dominant) poate s nu conduc ntotdeauna la rezultatele scontate i, n consecin, geneticienii amelioratori ar trebui s o aplice cu precdere n perioada de juvenilitate a arborilor selectai. n cazul unor specii, cum ar fi de exemplu la molid, n cadrul culturilor comparative, diferenele dintre provenienele cele mai bune fenotipice i cele mai slabe au nregistrat valori spectaculoase n ceea ce privete producia total de biomas, acestea atingnd pragul de aproape 300%. Totui, cea mai recomandabil msur ar fi promovarea unor genotipuri polivalente, cu caracteristici calitative remarcabile, cu larg adaptabilitate ecologic, rezistente la maladii i la condiii climatice neprielnice (Stnescu, 1984). Este cunoscut faptul c producia total de materie uscat este mai mare dect producia economic i nu toat cantitatea de lemn ce se poate recolta se poate utiliza economic. De aceea, n relaia dintre producia biologic (Ybiol) i cea economic (Yec) este introdus indicele de recolt net (IRnet) care exprim procentul de lemn, n greutate i volum,

6

recoltat din pdure i utilizat. Deci, n anumite condiii de mediu, dinamica relaiilor dintre cele dou producii este: Yec = Ybiol x IR Un factor favorizant privind reuita ameliorrii produciei de biomas ar fi existena unor variaii genetice la cel puin unul din factorii de care aceasta depinde. Pe de alt parte, indicele de recolt net variaz cu specia, proveniena i chiar la biotipuri diferite din cadrul aceleai populaii. Nu n ultimul rnd, producia biologic mai depinde de o serie de caractere fixate ereditar dar i de influena, uneori nsemnat, a mediului n realizarea lor. Cele mai importante componente biologice ale produciei economice sunt nlimea valorificabil, suprafaa de baz fr coaj, factorul de form, factorul calitii tulpinii, factorul calitii lemnului i densitatea arboretului. 2.3. Obiective calitative Modificarea zestrei ereditare a arborilor ar crea largi posibiliti i n ceea ce privete ameliorarea a numeroase i extrem de importante caractere calitative, caractere supuse controlului unui numr restrns de gene (uneori fiind implicat chiar o singur gen), mult mai puin sau chiar deloc influenate de condiiile de mediu. n general, se pot delimita dou mari categorii de trsturi calitative, respectiv caractere extrinseci (exterioare) cum ar fi forma trunchiului, a fusului sau forma ramurilor i caractere intrinseci (interioare) ca cele legate de calitatea lemnului (fig.1). 2.3.1. Obiective calitative extrinseci A. Rectitudinea tulpinii O bun rectitudine (dac ar posibil pn la mugurele terminal) crete proporia de lemn utilizabil prin raportul la volumul de lemn brut total, pe cnd defectele de form la nivelul tulpinii reduc n bun msur calitatea lemnului. Cilindricitatea i rectitudinea tulpinii reprezint principalii factori ai indicelui de zveltee care se exprim prin raportul dintre diametrul i lungimea fusului. Tot legat de calitatea tulpinii, se prefer formele fr nfurciri i dac totui acestea apar n mod repetat, se pare c ar fi un indiciu al predispoziiei individuale. De asemenea, este dorit absena unor defecte vizibile ca fibre torse, caneluri, gelivuri, etc. B. Calitatea ramurilor n procesul de ameliorare forestier se urmrete obinerea de exemplare de arbori cu ramuri ct mai subiri (noduri mai puin profunde) i cu inseria ct mai apropiat de unghi drept i fr nfurare pe tulpin. Lungimea ramurilor se coreleaz cu lungimea coroanei i a tulpinii. Arborii cu ramuri mai scurte i cu o coroan ngust rezist mult mai bine la rupturile provocate de cderi masive de zpad moale. De asemenea, n urma elagajului, rnile sunt mai mici i superficiale iar procesul de cicatrizare este mult mai rapid.

7

Figura 1. Arbori plus ntr-o populaie semincer de molid (dup Nanson, 2005) 2.3.2. Obiective calitative intrinseci A. nsuirile lemnului Preocuprile privind calitatea lemnului au trezit un tot mai accentuat interes al specialitilor amelioratori i prin aceea c mbuntirea nsuirile tehnologice a cptat o semnificaie practic tot mai profund. Densitatea lemnului este corelat cu randamentul n past, calitatea pastei i a hrtiei, cu lungimea i diametrul fibrelor, cu grosimea pereilor celulari i procentul de celuloz. Un grad redus de albire sau un coninut mare de compui chimici n lemn poate reduce randamentul de producere a hrtiei, precum i calitatea acesteia. La unele specii importante economic (pin), variabilitatea intraspecific crescut a nsuirilor lemnului, n raport cu originea geografic a provenienelor, prezint o importan deosebit pentru ameliorare. B. Rezisten i adaptare Este vorba, n principal, despre rezistena i adaptabilitatea la unele categorii de ageni: a) climatici: - ger timpuriu autumnal, profund hibernal i trziu de primvar - zpad moale - vnt - uscciune; b) biologici: - boli (micoze, bacterioze, viroze) - atacuri de insecte;

8

c) antropici: - poluare atmosferic (CO2, SO2, NOX, O3, F, HF) - animale domestice, vnat. Creterea rezistenei biologice a speciilor forestiere la duntorii biotici i abiotici reprezint un obiectiv cu mare valoare practic, iar eritabilitatea caracterelor legate de rezisten este foarte mare. Dup Zobel (1995), majoritatea caracterelor intrinseci ale lemnului depind n mare msur de trsturile extrinseci. n consecin, canalizarea eforturilor n direcia ameliorrii celor din urm prezint urmri favorabile i importante i asupra caracterelor intrinseci. III. AMELIORAREA ARBORILOR PRIN METODE CLASICE n cadrul populaiilor naturale, ct i n unele populaii artificiale sau plantaii, ameliorarea diferitelor specii de arbori se poate face fr a se modifica rapid (forat) structura genotipic a indivizilor, ci treptat, prin selecie sau hibridare a genotipurilor existente. Aceste metode se ncadreaz n categoria metodelor clasice (convenionale) de ameliorare genetic a arborilor i se aplic n strategii privind obinerea unor forme cu productivitate superioar (ex. selecia) sau a unor exemplare mai rezistente la atacuri masive de boli sau insecte (ex. hibridarea). n cazul existenei unei variabiliti accentuate n cadrul unei populaii de arbori, selecia poate avea efecte spectaculoase pentru caracterele cantitative specifice bioacumulrilor. n cazul obinerii unor rezultate rapide n activitatea de ameliorare a arborilor, rezultate ce depind de aplicarea unor tehnici energice dar i de mare finee asupra structurii intime a materialului genetic, sunt utilizate metodele moderne (neconvenionale), pornind cu mutageneza i terminnd cu tehnicile de mare precizie i randament specifice ingineriei genetice (fuziunea de protoplati, semine artificiale, culturi in vitro, tehnici de electroforez cromatografie i pn la marcheri genetici moleculari ca PCR, RFLP i amprente geneticesecvene de ADN). Alegerea i aplicarea diferitelor metode n procesul de ameliorare a diferitelor specii de arbori depind de obiectele urmrite n cadrul ameliorrii, de strategiile adoptate, de specificul eco-biologic al speciei i, nu n ultimul rnd, de posibilitile concrete avute la dispoziie (dotare i personal calificat de specialitate). Dei aceste metode se pot aplica de sine stttor (mai ales selecia), programele tot mai complexe de ameliorare forestier reclam utilizarea integrat a tehnicilor i operaiilor specifice, n funcie de perspectiva evoluiei unei anumite populaii dar i de cerinele de moment ce apar n anumite faze ale programului. Astfel, selecia se poate aplica uor n diferite subetape pe parcursul derulrii unui program de ameliorare forestier, prin faptul c deine largi posibiliti de acionare. Pe de alt parte, mutageneza, culturile in vitro i, mai ales, micropropagarea pot scurta semnificativ perioade foarte lungi ale procesului de ameliorare, fapt cu implicaii practice deosebite, innd cont de longevitatea mare i foarte mare a speciilor de arbori. 3.1 Selecia n sens strict genetic, selecia reprezint o regrupare ntr-un numr redus de exemplare de arbori, a unor gene sau combinaii valoroase de gene cu efect favorabil pentru obiectivul de ameliorare urmrit (Lucu 1998). Din pcate, n cadrul arboretelor naturale sunt foarte mici anse ca s existe astfel de exemplare de arbori datorit faptului c aciunea seleciei naturale 9

se exercit cu intensiti variabile asupra diferitelor caractere i, n plus, majoritatea caracterelor (mai ales cele cantitative, legate de bioproductivitate) sunt supuse unui control genetic extrem de complex avnd un pronunat determinism poligenic. Genele implicate n manifestarea fenotipic a caracterelor menionate au o larg rspndire n cadrul unei populaii datorit unei ample panmixii, iar, pe de alt parte, aceste sisteme poligenice sunt extrem de dificil de identificat astfel nct doar exemplarele purttoare ale acestor combinaii s poate fi identificate i analizate. Prin dezvoltarea tehnicilor specifice geneticii cantitative i o interpretare a aciunii genelor implicate prin extrapolare la caracterele fenotipice, ar fi, n prezent, posibil o selectare a unor exemplare de arbori posesori de combinaii deosebit de utile n cadrul ameliorrii i efectuarea, n continuare, de hibridri ntre indivizii selectai n scopul realizrii unui cumul de gene favorabile la un numr mai mic de arbori. Selecia fenotipic ar consta n alegerea dintr-o populaie a unor arbori bine dotai dup simpla observare a manifestrii unor caractere exterioare. Selecia genotipic const n selectarea unor exemplare valoroase scopului urmrit n ameliorare numai n urma efecturii unui amplu studiu privind valoarea ereditar a unor caractere, studiu ce ar avea la baz analize i testri comparative. nainte de a prezenta selecia ca metod clasic de ameliorare forestier, vom meniona cteva dintre cele mai importante principii ce stau la baza iniierii i derulrii oricrui program de ameliorare a arborilor bazat pe aceast important metod. 3.1.1. Principii fundamentale ale ameliorrii prin selecie 1. Cele mai sigure garanii privind eficacitatea unui program de ameliorare forestier bazat pe selecie sunt oferite de alegerea i utilizarea celor mai bune proveniene. Prin termenul de provenien se nelege locul n care se gsete o populaie artificial (furnizor de material reproductor), avnd ca origine locul unde se gsete populaia natural, sinonim, n acest caz, cu un ecotip (Nanson, 2005). De exemplu, duglasul ca provenien Darrington (statul Whashington ,USA) furnizeaz semine din populaia autohton din aceast regiune, avnd rezultate excelente la aciuni de rempdurire aproape peste tot: se poate afirma c Darrington reprezint o bun provenien. 2. n ciuda longevitii mari a arborilor comparativ cu alte specii vegetale, selecia i efectele ei, n limita posibilitilor, trebuie urmrit pe parcursul mai multor generaii. Culturile comparative de proveniene, n acest caz, pot avea un rol extrem de important i determinant n ceea ce privete depistarea mai rapid a efectelor seleciei. Pe de alt parte, utilizarea micropropagrii la culturile in vitro poate scurta semnificativ, la unele specii de arbori, perioadele lungi de timp ce se scurg ntre cicluri succesive de selecie. 3. Numrul de caractere urmrite n cadrul unui ciclu de ameliorare prin selecie este de preferat s se limiteze la 2, cel mult 3, situaie n care ctigul genetic este superior att n cazul caracterelor cantitative, ct mai ales n cazul celor calitative unde eritabilitatea (proporia n care un caracter este transmis la descenden) este maxim. 4. Selecia artificial nu poate s fie dirijat pe traiectul seleciei naturale, ntruct cea din urm cu greu poate fi depit privitor la unele caractere i adaptri formate ntr-un lung proces grevat pe nsi evoluia unei populaii n cadrul unei anumite staiuni. De aceea, n cadrul iniierii i derulrii unui proces de ameliorare forestier bazat pe selecie trebuie inut cont de specificul fiecrei populaii locale i de condiiile staionale ce au stat la baza evoluiei acesteia.

10

5. ntotdeauna, demararea oricrui program de ameliorare forestier prin selecie se va face n cadrul unor populaii mari i foarte mari de arbori, acest fapt certificnd existena unei foarte largi baze genetice printr-un grad mare de heterozigoie. n acest mod este evitat apariia efectelor nedorite ale consangvinizrii, fenomen coroborat cu diminuarea semnificativ a bazei genetice iniiale. 6. n cele mai multe cazuri, rezultatele cele mai rapide ale aciunii seleciei sunt remarcate n cadrul regenerrilor artificiale n comparaie cu populaiile naturale de arbori, deoarece, la acestea din urm, nu este posibil i o testare a descendenelor, aceasta reprezentnd o condiie obligatorie n practica ameliorrii forestiere. 7. n general, nainte de iniierea unui program de ameliorare forestier se recomand efectuarea unei inventarieri a populaiilor existente i a unor proveniene remarcabile, precum i o estimare a gradului de variabilitate intraspecific general existent att pentru speciile autohtone, ct i pentru cele exotice din cultur (Stnescu, 1983). 3.1.2. Formele seleciei artificiale Marea diversitate a formelor seleciei a fcut necesar o difereniere a acestei metode pe mai multe tipuri de criterii. Astfel, n funcie de valoarea relativ a exemplarelor, care constituie obiectul direct al activitii n munca de ameliorare a diferitelor specii de arbori, se disting: - selecia pozitiv, n situaia n care sunt selectai numai arborii de calitate (de regul numai arbori plus cu creteri excepionale i caliti deosebite), n timp ce restul de arbori sunt ndeprtai total sau parial, n funcie de prioriti, acest procedeu fiind caracteristic rriturilor selective; - selecia negativ, ce se practic n arboretele surse de semine din care se extrag arborii slab dotai, defectuoi i al cror fond slab de gene nu ar trebui s participe la perpetuarea speciei, conservndu-se arborii valoroi din punct de vedere biologic i economic. n final, selecia negativ are efecte pozitive i este practicat la lucrrile de ngrijire de igienizare i stimulare a regenerrii naturale. Dup natura caracterelor urmrite n ameliorare, exist selecia fenotipic i selecia genotipic, despre care s-au fcut precizrile potrivite n subcapitolul anterior. n funcie de gradul de intensivitate al lucrrilor, putem avea: - selecie n mas practicat mai ales n cadrul executrii unor lucrri de ngrijire n cadrul arboretelor surse de semine. n acest caz se trece la alegerea unui numr relativ mare de arbori valoroi de la care se recolteaz semine amestecate, rezultate n urma unui proces de fecundare liber, iar evoluia descendenei nu este urmrit individual. - selecia individual se execut n cadrul familiilor unde arborii se nmulesc sexuat (din smn) sau n sistem clonal (multiplicare vegetativ). n cazul aplicrii acestui tip de selecie, exemplarele valoroase de arbori sunt urmrite individual i n descenden, evoluia fiecrui individ interesnd amelioratorii prin prisma unor hibridri i selecii viitoare. Dup efectele avute asupra structurii genetice a populaiilor se disting trei tipuri de selecie: - selecia stabilizatoare prin a crei aciune sunt eliminate formele de la periferia unei populaii, care sunt mai puin adaptate, dar i exemplarele cu valoare sczut de reproducere i supravieuire. n acest mod sunt conservate i promovate fenotipurile cu capacitate mare de adaptare i reproducere n cadrul populaiei, acestea fiind cantonate,de regul, n partea de mijloc (fig.2.1). Cnd condiiile de mediu sunt relativ constante, ntre aciunea factorilor specifici mririi variabilitii genetice (recombinarea, mutaia, migraia) i aciunea seleciei

11

naturale se ajunge la un echilibru, n structura genetic a populaiei fluxul genelor i a genotipurilor rmnnd constant pe o anumit perioad de timp (homeostazie genetic); - selecia disruptiv reprezint opusul seleciei stabilizatoare, n sensul c aciunea acesteia favorizeaz cteva fenotipuri (n funcie de specificul aciunii i optimul fiecrui fenotip), restul fenotipurilor intermediare fiind defavorizate n mod discriminator (fig. 2.2). n acest mod rspunsul populaiei pe ansamblu la acest tip de aciune se va caracteriza, printre altele, prin apariia unei pronunate discontinuiti n ceea ce privete variabilitatea. Astfel sunt evidente manifestrile unui pronunat polimorfism genetic, materializat prin apariia a numeroase forme distincte n cadrul fiecrui optim i, n final, o tendin clar de divergen i izolare, respectiv apariia unor subpopulaii adaptate local. Efectele acestui tip de selecie sunt foarte rar aplicate n practic i numai n cazul unor caractere supuse unui puternic control genetic. Interveniile neraionale, uneori iresponsabile, n viaa pdurii pe de o parte, sau efectul catastrofal al unor calamiti naturale, pe de alt parte, nu pot avea alt efect dect distrugerea sau alterarea unor ecosisteme forestiere ntregi i o reducere dramatic a diversitii genetice a populaiilor i a variabilitii intraspecifice la arbori. - selecia direcional se caracterizeaz prin aciune sa alternativ asupra unor forme aflate la periferia unei populaii, prin care sunt promovate fie unele forme superioare sub aspectul unor caracteristici fenotipice (aa numitele plusvariante), caz n care avem o selecie direcional progresiv (fig.2.4), cu efecte pozitive i asupra fenotipurilor comune, sau asupra unor exemplare mai puin valoroase (minusvariante), respectiv selecie direcional regresiv (fig.2.3). Evident, n practica silvic intereseaz cel mai mult efectele seleciei progresive prin faptul c se urmrete o nmulire constant a numrului de arbori de valoare, cu mult peste media populaiei prin prisma dimensiunilor, volumului total, etc. n anumite situaii (mult mai rar), este promovat n ameliorarea forestier i selecia regresiv, mai ales cnd sunt urmrite unele minusvariante utile n anumite condiii specifice zonei (ca de ex. arbori cu ramuri subiri i coroane nguste preferai celor cu lemn de calitate) (fig. 2). n funcie de natura genotipurilor din populaie, promovate sau eliminate prin selecie, se difereniaz: selecie n favoarea sau mpotriva homozigoilor dominani (a genelor aditive), selecie n favoarea sau mpotriva heterozigoilor, selecie n favoarea sau mpotriva homozigoilor recesivi. Avnd n vedere mrimea coeficienilor de selecie care se folosesc, adic intensitatea seleciei, aceste tipuri de intervenie pot fi pariale sau totale (Stnescu, citat de Lucu,1998). 3.1.3. Determinarea efectelor seleciei Eficiena unui program de ameliorare forestier este concretizat prin gradul de rentabilitate a metodei (n cazul nostru este vorba de selecie), legat de parametri specifici i tehnologia utilizat, dar i de natura speciei care face obiectul activitii de ameliorare.

12

Figura 2. Forme ale seleciei dup structura genetic a populaiei (dup Lucu 1998) Este evident faptul c scopul oricrei iniiative privind derularea unui program de ameliorare bazat pe selecie l constituie realizarea unui ctig de producie ce se estimeaz prin calcularea ctigului genetic (G), parametru exprimat prin relaia: n care: i reprezint intensitatea seleciei i este dat de raportul n/N (n nr. de arbori selecionai i N nr. total de arbori); este factorul ce poate cel mai mult influenat de ctre silvicultor; h2 reprezint eritabilitatea unui caracter urmrit n ameliorare i este un factor fix asupra cruia silvicultorul nu poate interveni n nici un fel; F este ecartul tip fenotipic sau rdcina ptrat a varianei fenotipice ce poate estima gradul de variabilitate al caracterului respectiv i acesta poate varia de la o staiune la alta sau de la un caracter la altul. Ctigul genetic poate fi calculat n valori absolute, respectiv n uniti de msur specifice caracterului considerat sau n valori relative, cu ajutorul raportului dintre termenii ecuaiei de mai sus i valoarea genotipic medie (G) (Stnescu, citat de Lucu,1998): G G ih2F G G = ih2F

13

Procentul de arbori promovai din efectivul total al unei populaii ne precizeaz dimensiunea real a proporionalitii directe dintre ctigul genetic i intensitatea seleciei (i). Pe de alt parte, intensitatea seleciei, orict de mare ar fi la nivelul unei populaii de arbori, nu poate genera un ctig genetic substanial atunci cnd existent o slab eritabilitate (h2) a caracterului urmrit n ameliorare. n sfrit, ctigul genetic este influenat i de ecartul de tip fenotipic (F), prin aceea c exist o mult mai mare posibilitate de a depista prin selecie genotipuri valoroase prin prisma existenei unei mari variabiliti la un anumit caracter urmrit n procesul ameliorrii. ntotdeauna, n cadrul arboretelor surse de semine, chiar i n condiiile aplicrii unui sistem intensiv de selecie, ctigul genetic va fi extrem de mic, n primul rnd datorit existenei unui coeficient de eritabilitate redus pentru majoritatea caracterelor. n urma efecturii seleciei n mas a indivizilor rezultai prin polenizare liber, ctigul genetic este detectabil i crete pe msura aplicrii unor rrituri ce favorizeaz arborii cei mai valoroi. O cu totul alt situaie se nregistreaz n cadrul livezilor semincere de descendene materne n care, n urma seleciei celor mai bune familii i a celor mai valoroi indivizi, ctigul genetic crete semnificativ. Cele mai spectaculoase creteri ale ctigului genetic se nregistreaz n cadrul livezilor semincere de descendene biparentale, n care exemplarele plantate rezult ntotdeauna din ncruciarea controlat a 2 genitori cunoscui (tab.1). Tabelul 1 Ctiguri genetice relative obinute la diferite forme ale seleciei, dup eritabilitate (dup Wright, 1963, citat de Lucu, 1998)Ctigul genetic n: Uniti G % din valoarea medie cnd eritabilitatea este: 0,10 0,20 0,30 0,05 0,1 0,2 0,3 0,12 1,25 2,06 1,63 1,83 3,08 0,12 1,25 1,52 1,30 1,55 2,11 0,12 1,25 1,26 1,14 1,42 1,88 0,05 0,5 1,1 0,8 1,1 2,0 0,1 1,0 1,7 1,3 1,5 2,5 0,2 2,0 2,4 2,1 2,5 3,3 0,4 3,0 3,0 2,7 3,4 4,5

Forme de selecie 0,05 Arborete surse de semine, alegerea semincerilor Plantaje de clone fr teste de descendene Plantaje de clone cu teste de descendene Plantaje de descendene materne; rrituri n favoarea celor mai bune familii Plantaje de descendene materne; rrituri n favoarea celor mai buni arbori din cele mai bune familii Plantaje de descendene biparentale; rrituri n favoarea celor mai buni arbori din cele mai bune familii 0,12 1,25 2,70 2,03 2,83 4,91

14

3.1.4. Ameliorarea prin selecie etape generale 3.1.4.1. Ciclul de selecie i ciclul de ameliorare A. Obinerea de informaii i calculul parametrilor genetici pentru stabilirea cilor optime de selecie O ameliorare genetic, cu adevrat eficient, se poate ndeplini numai atunci cnd toate caracterele urmrite sunt controlate genetic i prezint n cadrul populaiei stabilite un suficient grad de variabilitate. Pe de alt parte, este foarte important de cunoscut gradul de legtur existent ntre caractere, cunoscut fiind faptul c selecia pentru o anumit trstur poate antrena i modificarea altei trsturi datorit existenei fenomenelor de pleiotropie i linkage. Controlul genetic i manifestrile fenotipice ale diferitelor caractere ale organismelor depind foarte mult de factorul genetic, de factorul mediu, ct i de interaciunea acestora: F = G + M + GM n care, F valoarea fenotipic, G structura genotipic i M influena mediului. Factorul genetic rmne, pentru majoritatea caracterelor, factorul determinant i, n funcie de modul su de aciune, se manifest sub dou forme de baz: - gene cu efect aditiv (A), ce se transmit prin reproducere pe baz de hazard, sunt independente fa de alte gene i au efect propriu asupra manifestrii anumitor caractere; - gene complexe care, de regul, interacioneaz alelic i nealelic (I) cu multe alte gene, cu efect de dominan (D) n cadrul caracterelor specifice bioacumulrilor (cantitative), acestea reprezentnd efectul neaditiv (fig. 3).

Figura 3. Efectele interaciunii dintre alela A2 i alte alele, fie din acelai locus fie din loci diferii (dup Kremer, citat de Lucu, 1998)

15

Prin urmare, efectele de ansamblu al tuturor genelor implicate (G) asupra unui caracter (ex. volumul unui arboret) s-ar rezuma prin relaia: G=A+D+I Este deja cunoscut faptul c efectele aditive (D i I ) dein ponderea cea mai nsemnat n ceea ce privete exprimarea fenotipic a celor mai importante caractere urmrite ntr-un program de ameliorarea genetice, numai c aceste efecte nu pot fi calculate individual, ci numai estimate global. Referitor la existena unui anume grad de variabilitate fenotipic pentru diferite caractere, se poate afirma c n populaiile forestiere exist un grad foarte mare de variabilitate, ceea ce, comparativ cu plantele cultivate (caracterizate de existena unei nguste variabiliti genetice) reprezint un avantaj enorm privind eficiena unor metode de selecie practicate ntr-un program de ameliorare. Astfel, prin aplicarea seleciei pe termen scurt a unor exemplare de mare valoare i multiplicarea n mas a acestora, pe cale sexuat sau n sistem clonal, prezint o deosebit utilitate n practica silvic. Estimarea gradului de variabilitate n cadrul unei populaii forestiere este astzi din ce n mai precis, graie metodelor tot mai precise i performante, cu precdere cele bazate pe marcheri biochimici i moleculari. Datorit existenei numeroaselor legturi de ordin genetic ntre diferite caractere urmrite n ameliorare, selecia poate avea efecte diferite, n funcie de natur legturilor existente. n funcie de aceasta, pot exista trei situaii: - selecie fr eficien, atunci cnd exist legturi defavorabile ntre anumite caractere urmrite a fi ameliorate; - selecie relativ eficient, atunci cnd sunt legturi puin defavorabile ntre caracterele urmrite; - selecie simultan foarte eficient, dac ntre caracterele vizate nu exist legturi sau acestea sunt favorabile. Din pcate, legturile ce aparin primei categorii sunt cele mai multe ntr-o populaie de arbori i, de aceea, stabilirea unei metodologii adecvate de selecie implic mari riscuri i creeaz multiple probleme amelioratorilor. Evitarea sau reducerea la minimum a apariiei acestor riscuri implic apelarea la metode specifice geneticii cantitative, respectiv evaluarea unor parametrii statistici ca eritabilitatea unui anumit caracter, ecartul tip fenotipic sau coeficientul de corelaie genetic pentru legturile dintre anumite caractere. Populaia de arbori destinat culegerii i interpretrii acestor date i n care se realizeaz ncruciri libere sau controlate ntre indivizi reprezint populaia de informare (I). Cunoaterea acestor parametri ar crea posibilitatea efecturii unei evaluri a eficacitii seleciei, eficacitate exprimat concret prin calcularea ctigului genetic dar i estimarea valorii genotipice a unui arbore, plecnd de la valorile sale fenotipice. B. Stabilirea celor mai valoroase genotipuri Selecionarea celor mai valoroi arbori, pe baza trsturilor lor fenotipice, se face pe parcursul lucrrilor de ngrijire n pdure. Totui, pentru ndeplinirea unui program riguros de ameliorare, este necesar evaluarea exemplarelor selecionate i din punct de vedere al valorii lor genotipice, inclusiv a valorii aditive. Acele populaii care sunt formate din grupuri de arbori, poteniali candidai la selecie, i din care sunt adunate informaii i date privind valorile fenotipice specifice seleciei, constituie populaiile de evaluare (E).

16

n funcie de datele culese, valorile estimate i, innd cont i de legturile dintre caractere, se poate definitiva aciunea de selectare a celor mai valoroase genotipuri. Ansamblul de exemplare rezultat n urma seleciei constituie populaia de ameliorare. C. ncrucirile dintre genotipurile selecionate n acest stadiu al populaiei de ameliorare, selecia se poate opri, iar exemplarele cele mai valoroase pot fi multiplicate intensiv (mai ales n sistem clonal), aceasta constituind sursa de baz n programe de rempduriri. Pe de alt parte, populaia de ameliorare constituit poate reprezenta un punct de plecare pentru o nou ameliorare, aceast populaie devenind practic o nou populaie slbatic. n urma ncrucirilor care se efectueaz ntre indivizii populaiei de ameliorare au loc noi recombinri de gene, rezult noi genotipuri, posesori a noi constelaii de gene, ce pot servi la realizarea altor obiective urmrite n ameliorare. n acest stadiu, cea mai important operaiune este cea de realizare a ncrucirilor controlate. Sistemul vegetativ ar fi acum cu totul contraindicat pentru realizarea unui spor al ctigului genetic, deoarece nu este valorificat potenialul ereditar al noilor forme selectate. Cele trei operaii prezentate (A,B,C) stau la baza formrii unui ciclu de selecie, fiecare etap avnd ca suport specific urmtoarele formaiuni (fig. 4): - dispozitive experimentale cu diferite populaii de arbori; - teste de descendene (pentru populaii de informare i evaluare); - parcuri de clone (pentru populaii de ameliorare) (Lucu, 1998).

Figura 4. Ciclul de selecie (I - populaie de infirmare, E populaie de evaluare) 3.1.4.2. Repetarea ciclurilor de selecie n funcie de obiectivele urmrite n cadrul unui program de ameliorare forestier, dar i de dispozitivul experimental utilizat, vor evolua i tehnicile de selecie, urmarea fireasc fiind separarea populaiei iniiale n mai multe subpopulaii. Acest fapt se datoreaz urmririi n ameliorare a mai multor obiective, cantonate, n prim faz, ntr-un singur dispozitiv experimental. De aceea, principiul de baz n cadrul programelor moderne de ameliorare se refer la repetarea ciclurilor de selecie prin care ctigurile genetice se acumuleaz pe parcursul derulrii ntregului program de ameliorare. De remarcat faptul c pentru fiecare nou ciclu de selecie, populaia de plecare este de fapt populaia de ameliorare a ciclului precedent. Acest tip de selecie se numete selecie recurent intrapopulaional i constituie metoda

17

curent de ameliorare prin selecie a principalelor specii forestiere dar care fixeaz numai efectele aditive (proprii genelor ce controleaz anumite caractere) (fig. 5) O alternativ mai complet a acestui tip de selecie este reprezentat de selecia recurent reciproc, n urma creia populaia de ameliorare iniial este subdivizat n 2 subpopulaii, A i B, ameliorate independent prin selecie recurent normal. Acest subtip de selecie permite valorificarea complet i a efectelor neaditive, acestea din urm constituind baza realizrii unor ctiguri genetice reale n ameliorarea forestier. Acest proces este asigurat prin ncruciarea controlat, la un moment dat, a celor mai bune exemplare din cadrul celor dou subpopulaii, iar rezultantele ar putea fi purttoare a celor mai interesante combinaii de gene ce controleaz caractere urmrite n ameliorare. Un exemplu concludent n acest sens l constituie pinul maritim, specie la care s-a observat c aplicarea seleciei recurente la 2 subpopulaii separate (cea olandez viguroas dar cu form defectuoas i cea corsican mai slab viguroas dar cu form bun) a dus la obinerea unor proveniene constituite din arbori cu cele mai bune rezultate la ncrucirile dirijate (Kremer citat de Lucu 1998).

Figura 5. Repetarea ciclurilor de selecie selecia recurent intrapopulaional (dup Lucu, 1998) 3.1.5. Limitele seleciei Exist dou categorii principale de limite ce pot aprea pe msura repetrii ciclurilor de selecie, respectiv limite genetice i limite metodologice, fiecare categorie avnd un anume grad de impact asupra variabilitii populaiei de ameliorare sau asupra gradului de dificultate al metodologiei utilizate n cadrul programelor de ameliorare forestier. 18

3.1.5.1. Limite genetice i biologice Limitele genetice se fac simite atunci cnd se face o repetare a ciclurilor de selecie timp de mai multe generaii i, n consecin, apare pericolul scderii, uneori drastice, a bazei genetice, n sensul reducerii gradului de heterozigoie i cretere a celui de consangvinizare la nivelul populaiilor de ameliorare i de producie. Creterea gradului de nrudire ntre exemplarele supuse ncrucirilor controlate, n acest caz, devine tot mai evident, pe msura reducerii numrului de indivizi. Instalarea unui nceput de depresiune consangvin este de nedorit i, pentru acest fapt, se pot lua unele msuri de contracarare, ca de exemplu: - alegerea unei populaii de plecare cu un efectiv numeros i un grad mare de heterozigoie; - urmrirea precis a pedigreului n cursul generaiilor msur destul de dificil de realizat dar absolut necesar, mai ales n cazul populaiilor reduse numeric. Din pcate, nc nu este posibil o calculare precis a taliei unei populaii de plecare, ntruct acest lucru depinde de o multitudine de factori, dintre care cei mai importani sunt legai de numrul i natura criteriilor de selecie, de numrul i frecvena genelor implicate n ameliorare i de timpul necesar derulrii programului de selecie. Limitele biologice se fac simite doar n corelaie cu o serie de caracteristici biologice specifice arborilor ca perenitatea sau lungimea generaiilor i, cel mai adesea, ngreuneaz efectuarea unei evaluri i caracterizri mai rapide a genotipurilor existente. n al doilea rnd, acest tip de limite afecteaz rotaia generaiilor, n sensul prelungirii perioadelor de succesiune. 3.1.5.2. Limite metodologice De cele mai multe ori, n stabilirea unei strategii de ameliorare forestier este luat n calcul nsemntatea economic a unei anumite specii de arbore urmrit n programul de ameliorare, precum i evoluia utilizrii varietilor obinute n acest program. Datorit faptului c pe timpul derulrii activitii de ameliorare pe baz de selecie pot aprea, n diferite etape ale programului, noi obiective conexe i contingene exterioare, se recomand ca la iniierea oricrui program s se porneasc cu o palet ct mai larg privind metodele de lucru, fapt ce poate asigura att o anumit suplee a programului pe ansamblu, ct i continuitatea acestuia. Aceste deziderate pot fi atinse n cadrul unui program complex de ameliorare forestier dac se pornete cu un efectiv numeros de exemplare n populaia iniial, coroborat cu o intensitate moderat a seleciei, precum i o divizare a acestei populaii n mai multe subpopulaii n care s se realizeze independent selecia recurent. Acest din urm aspect ar permite o aciune de regionalizare a programului de ameliorare, n funcie de anumite zone ecologice specifice, cu efect benefic asupra unor genotipuri ce prezint o instabilitate intrinsec accentuat. 3.1.6. Strategii de selecie A. Strategii pe termen lung Acest tip de strategii este potrivit pentru unele specii forestiere importante, cu cicluri lungi i foarte lungi de via, utilizate pe scar larg n activiti de mpdurire i rempdurire (stejari, molid sau fag). n cadrul adoptrii acestor strategii, se practic selecia de tip recurent n cadrul unor populaii de ameliorare cu un efectiv de pornire de cel puin cteva sute de indivizi, cu pondere majoritar deinut de arborii plus. Derularea acestor strategii de ameliorare la speciile menionate se face pentru mai multe generaii succesive, cu nfiinare de 19

livezi de semine i realizarea unor varieti policlonale deosebit de valoroase, situaie ce permite i o acumulare nsemnat a ctigului genetic. B. Strategii pe termen mediu Aceste strategii sunt potrivite pentru specii de arbori cu cicluri de via mai scurte dar care sunt utilizate,de asemenea, n activiti de mpdurire i rempdurire. Aici, cele mai potrivite specii de arbori sunt cele care au un efectiv ceva mai redus n populaiile de plecare (pin, cire sau larice), selecia, n acest caz, urmrind caracterizarea exemplarelor sub aspectul capacitii lor de ncruciare dar i prin eficacitatea n sistem clonal, mai ales n ciclul iniial de selecie. Diferitele varieti obinute (hibride, sintetice sau policlonale) asigur, de asemenea, acumularea ctigului genetic de la prima generaie (Lucu, 1998). C. Strategii pe termen scurt n condiiile unui climat cu influene marine sau oceanice, aceste strategii se aplic la unele specii utilizate n aciunea de mpdurire i rempdurire (ex. cedrul) i, n care, selecia conduce la identificarea celor mai valoroase populaii din cadrul unor teste comparative de proveniene, n vederea decelrii acumulrii ctigului genetic. n funcie de specie sau de cerinele economice de moment, aprute n cadrul derulrii unui anumit program de ameliorare forestier, este posibil ca o strategie de durat medie sau chiar scurt de timp s evolueze ntruna de lung perioad. n acest caz, este posibil ca o populaie de ameliorare de la o strategie de termen scurt s se transforme ntruna de plecare la o strategie de termen lung. 3.1.7 Etapele principale ale unui program de selecie Orice program de ameliorare forestier bazat pe selecie va include obligatoriu parcurgerea unor etape importante, dup cum urmeaz: - alegerea provenienelor; - identificarea de populaii semincere; - crearea populaiilor de producie. 3.1.7.1. Alegerea provenienelor n cadrul seleciei, alegerea provenienelor este prima i poate cea mai important etap, ntruct o ameliorare bazat exclusiv pe provenienele locale ar avea un inconvenient major i anume, cel al desfurrii ameliorrii ntr-un ritm mult prea lent, cu creteri mari ale costurilor. Pe de alt parte, nu ntotdeauna provenienele locale sunt cele mai productive i cel mai bine adaptate. n aceste condiii, este extrem de util existena unei solide baze de date (bnci de date) privind inventarierea complet a celor mai valoroase proveniene de la o specie sau alta de arbori. Operaiuni specifice A. Crearea de plantaii comparative de proveniene n cadrul acestei operaiuni apar 3 probleme importante ce trebuie rezolvate: a) Eantionajul provenienelor reprezint operaiunea cea mai dificil deoarece este extrem de dificil de a se stabili cu exactitate zonele de delimitare (unde ncepe i unde se termin arealul unei proveniene), cu att mai mult cu ct, la cele mai importante specii de arbori din punct de vedere economic, arealul natural este foarte ntins. n cadrul acestor areale continue, variaiile majoritii caracterelor sunt gradate (variaii clinale) i, din acest punct de vedere, este foarte dificil de a se fixa exact limitele fiecrei proveniene. n aceste condiii,

20

numrul de proveniene fiind foarte mare, este necesar realizarea unui eantionaj al acestora, n final, alegndu-se cte o provenien din fiecare regiune. b) Stabilirea siturilor experimentale se face cu precdere n regiunile reproductoare cele mai importante dar i n acele zone n care exist posibiliti de apariie a unor interaciuni pedoclimatice puternice. De exemplu, fagul, n aceast privin, este extrem de sensibil la modificri de la nivelul substratului i manifest puternice interaciuni, dup natura calcaroas sau silicioas a substratului, fapt dovedit de existena unor ecotipuri specifice substratului calcaros. c) Alegerea provenienelor se face dup cteva criterii, dintre care cel mai important este cel al adaptrii. Capacitatea de adaptare se apreciaz n funcie de rata de supravieuire, de rezistena la atacuri de boli i duntori sau la factori abiotici nefavorabili (cderi masive de zpad, vnt, ger, ari, etc.). Pe lng estimarea capacitii de adaptare, n alegerea provenienelor se mai ine cont de vigoarea de cretere, dar i de calitatea lemnului. De asemenea, se va avea n vedere plasticitatea, n acest sens preferndu-se provenienele mai puin interactive i care sunt mai uor adaptabile la situri experimentale diverse. B. Alegerea provenienelor n lipsa culturilor comparative n cazul unor specii autohtone sau exotice ale cror culturi sunt relativ bine adaptate, se pot alege provenienele locale care sunt deja bine adaptate i corespund ntrutotul principalului criteriu de selectare a provenienelor. n acest caz nu se mai pune problema apariiei unor eecuri n ceea ce privete eficiena aciunii de ameliorare prin selecie i, n subsidiar, n cadrul arealului natural al speciei se realizeaz conservarea unui fond valoros de germoplasm. C. Introducerea de specii exotice Sunt destul de numeroase situaii cnd are loc introducerea de specii lemnoase exotice n diverse culturi forestiere, ns aici se pune problema efecturii unor testri prealabile pentru a se putea determina gradul de compatibilitate a noilor forme la noile locaii. Efectuarea acestor operaiuni prezint adesea riscuri foarte mari i pierderi pe msur i, de aceea, este obligatorie efectuarea acestor testri, chiar i atunci cnd condiiile din regiunea de origine sunt foarte asemntoare cu cele din regiunea de introducere. n acest mod au fost introduse n Europa mai multe specii lemnoase aduse din Asia sau America, n scopul rentregirii fondului european de specii lemnoase serios afectat de ultima glaciaiune. Astfel s-au introdus mai multe specii de pin, de salcm, platan negru, nuc negru, etc. D. Evaluarea provenienelor Identificarea precis i evaluarea eficient a provenienelor i a variabilitii genetice a arborilor s-au putut realiza doar n urma punerii la punct a metodelor moderne de utilizare a marcherilor biochimici i genetici, n acest fel putndu-se delimita cu precizie diverse populaii i caracteriza provenienele aparinnd diverselor specii forestiere. Analizele complexe de electroforez au permis ca, pe baza studiului izoenzimelor, s se identifice i s se inventarieze numeroase populaii de arbori, precum i originea provenienelor. Stabilirea riguroas i precis a gradului de variabilitate genetic existent n cadrul acestor forme a putut fi realizat n urma perfecionrii tehnicilor de vrf ale tehnologiilor specifice ingineriei genetice. Polimorfismul genetic (al macromoleculei de ADN) s-a putut identifica cu ajutorul metodologiei de analiz a secvenelor ADN (amprente genetice), analiz ce a permis identificarea unui foarte mare numr de loci genici.

21

3.1.7.2. Identificarea populaiilor semincere Arboretele surse de semine sau populaiile semincere sunt reprezentate de comuniti de arbori pure sau de amestec, majoritatea naturale, care se caracterizeaz prin calitate i productivitate (mas lemnoas i fructificare) net superioare altor tipuri de arborete, dar i prin capacitate deosebit de adaptare la condiiile pedoclimatice ale diferitelor tipuri de staiuni. Aceste formaiuni forestiere conin un numr mare de arbori plus i constituie sursa principal pentru iniierea i dezvoltarea programelor de selecie forestier bazate pe selecie, reprezentnd aa numitele populaii de plecare. n urma derulrii amplului program de cartare seminologic la principalele specii forestiere din ara noastr, program iniiat i coordonat de ctre reputatul cercettor silvic Valeriu Enescu n perioada 1965 1970 i reactualizat ntre anii 1972 1973, s-au identificat i selecionat peste 4100 de arborete surse de semine. Dintre acestea, peste 3000 aparin mai multor specii de rinoase (molid, brad, pin, larice), iar restul, de peste 1100, la diferite foioase (fag, cvercinee, plop alb, anin negru, frasin, tei, salcm, etc.). n funcie de origine, provenien, compoziie, clas de producie, categorii de calitate, elagaj, starea fitosanitar, vrst i suprafa ocupat, populaiile semincere din ara noastr se mpart n dou mari categorii: - arborete surse de semine de categoria A (plus) care sunt cele mai valoroase populaii surse de semine i conin cel mai mare numr de arbori plus. Aceste formaiuni forestiere, care constituie i cele mai valoroase surse de germoplasm forestier, au un fond genetic intact i deosebit de valoros, sunt excluse de la tieri i produc mari cantiti de semine elite a cror valoare genetic este din plin confirmat prin culturi comparative de proveniene i teste de descendene. Aceste populaii ocup suprafee limitate, totaliznd cca. 10.000 ha, din care 7000 ha la rinoase i cca. 3000 ha pentru foioase; - arborete surse de semine de categoria B (normale) reprezentate de formaiuni forestiere ce conin populaii de arbori cu semine netestate i ocup aproximativ 100.000 ha, din care 75.000 ha pentru rinoase i cca. 25.000 ha la foioase. Arboretele din prima categorie se pot transforma n rezervaii de semine, cu condiia ca aceste populaii s fie izolate de surse de contaminare cu polen aparinnd unor arbori de calitate inferioar. Izolarea se poate face prin crearea unei benzi de izolare, cu o lime cuprins ntre 300 i maximum 1000 m. Dac acest lucru, din diverse motive, nu se poate nfptui, atunci se procedeaz la extragerea i ndeprtarea exemplarelor de arbori deficitari ca form sau care produc cantiti sczute de semine i de slab calitate (selecie negativ). n interior se mai pot executa i lucrri de ngrijire sau rriri adecvate i de refacere. 3.1.7.3. Crearea populaiilor de producie (plantaii semincere, plantaje) Materialul biologic obinut n urma aplicrii programului de selecie constituie un material deosebit de valoros din punct de vedere genetic i se impune multiplicarea masiv a acestuia pentru obinerea populaiilor de producie de semine sau de butai. Aceste tipuri de formaiuni forestiere sunt principalii furnizori de material biologic (semine, butai, altoaie) forestier de calitate necesar rempduririi. Principalele tipuri de livezi de semine din ara noastr au fost i sunt nfiinate n funcie de sistemul de reproducere utilizat, respectiv reproducere sexuat prin care seminele determin o mrire considerabil a frecvenei genelor cu efect favorabil sau sistem clonal (n special butai) ce asigur o pstrare integral a genotipurilor valoroase selectate. Acest ultim sistem se aplic ns la un numr limitat de specii (unele foioase cu o predilecie intrinsec pentru producerea de butai sau drajoni) i la un numr redus de indivizi (fig. 8).

22

n figura de mai jos sunt redate schematic cele mai reprezentative tipuri de livezi de semine, n funcie de sistemul de reproducere care st la baza crerii acestor populaii forestiere. 1. Livezi de semine n sistem vegetativ (plantaje n sistem clonal) a) Livezile de clone (parcuri de clone) sunt plantaje formate din mai puine exemplare (se instaleaz cu densitate mic de 200 pn la max. 500 arbori/ha) i rezult din butai sau grefe recoltate de la indivizi extrem de valoroi (arbori plus), selecionai n funcie de valoarea lor fenotipic i genotipic. Este recomandat ca la nfiinarea unei astfel de arboret s se porneasc cu material clonal provenit de la minimum 30 de surse nenrudite, n scopul meninerii unui grad ct mai mare de heterozigoie i de a se evita, n acest fel, apariia oricrui semn al presiunii de consangvinizare. b) Livezi de clone pentru hibridare (livezi de semine biclonale) sunt livezi instalate pentru a se obine hibrizi interspecifici, prin polenizri libere sau controlate, arbori cu o puternic manifestare a fenomenului de heterozis. Exemplarele donatoare de material clonal sunt selecionate dintre cele care au dovedit, n prealabil, o deosebit capacitate de combinare i au semine performante i n ceea ce privete capacitatea de germinaie.

Figura 6. Tipuri de livezi de semine (dup Lucu, 1998) 2. Livezi de semine n sistem de reproducere sexuat Tipurile de livezi de semine din aceast categorie au n compoziia lor un numr mare i foarte mare de indivizi, la instalarea acestora pornindu-se cu densiti cuprinse ntre 2500 i 4000 de arbori/ha. a) Livezi de descendene materne (plantaje de semifrai) sunt acele livezi n care indivizii provin din semine recoltate de la arbori plus i sunt rezultatul unei polenizri libere, cunoscndu-se numai genitorul de pe linie matern. Este recomandat nfiinarea acestui tip de livezi de semine pentru unele specii de arbori la care polenizarea controlat este dificil de realizat (arari, stejari).

23

b) Livezi de familii cu repetiii sunt plantaje ce conin n compoziia lor indivizi ce provin din polenizri dirijate. c) Livezi de descendene biparentale (plantaje de frai buni) sunt plantajele cele mai performante pentru unele specii importante (molid, pin silvestru, larice, brad, mesteacn, plopi) i, la care, polenizarea controlat se realizeaz destul de uor. Aici, arborii provin din ncruciri controlate ntre prini cunoscui att pe linie matern, ct i pe linie patern. 3.2. Hibridarea n sens strict genetic, hibridarea reprezint procesul prin care se realizeaz contopirea a dou informaii ereditare diferite n urma unirii gameilor la fecundare (Bra, 1996). Hibridarea poate fi intraspecific, atunci cnd descendena apare prin ncruciarea unor indivizi aparinnd la rase, soiuri sau populaii diferite ale aceleai specii sau interspecific, n situaia cnd descendena rezult n urma ncrucirii dintre indivizi aparinnd unor specii diferite. n cazuri mult mai rare, descendena apare n urma ncrucirilor ntre indivizi ce aparin la genuri diferite i, n acest caz, avem tipul de hibridare intergeneric. La aceste ultime dou tipuri de hibridare, descendenii rezultai au diferite probleme legate n special de fertilitate dar, mai ales, de viabilitate sczut, situaie ntlnit cel mai frecvent la hibrizii intergenerici. Acest impediment se datoreaz, n principal, unor cauze de ordin genetic, dintre care cele mai importante sunt: - complex de gene care provoac o dezvoltare anormal; - diferene ntre cromozomii provenii de la cei doi prini ndeprtai taxonomic i filogenetic; - factori citoplasmatici care compromit dezvoltarea normal i fertilitatea hibrizilor. 3.2.1. Principii generale privind aplicarea tehnicilor de hibridare Pe baza celor prezentate mai sus i innd cont de complexitatea trsturilor genetice ale arborilor, n practica ameliorrii silvice bazat al crui program include i lucrri de hibridare se va ine cont i se vor respecta, n mod obligatoriu, unele norme i principii, fapt ce poate asigura succesul acestui program. 1. Evaluarea posibilitilor de hibridare interspecific ntre diferite specii de arbori este foarte necesar ntruct, din totalul hibrizilor interspecifici, doar max. 20% produc semine fertile. n cazul majoritii speciilor de arbori, hibridarea interspecific este imposibil de realizat deoarece, din cauza distanei de ordin taxonomic, exist mari diferene de structur ale aparatelor reproductoare i neconcordane ale perioadelor de receptivitate maxim n maturarea elementelor sexuale ale inflorescenelor mascule i femele. Toate acestea constituie elemente care stau la baza manifestrii fenomenului incompatibilitii la nivelul florilor sau al polenului. 2. Studiul repartiiei naturale a speciilor de arbori este extrem de util, cu att mai mult cu ct sunt cazuri destul de numeroase cnd dou specii care ocup aceiai staiune nu hibridizeaz ntre ele. Acelai fenomen se constat i n situaia cnd dou specii diferite sunt nvecinate sau parial suprapuse, susceptibilitatea la polenizare fiind foarte redus. 3. Efectuarea unei selecii foarte riguroase a exemplarelor parentale naintea oricrei polenizri este foarte necesar, ntruct exist pericolul ca la hibridri s participe i polen nedorit ce ar aparine unor exemplare cu unele caractere defavorabile.

24

4. Efectuarea testelor de pepinier i de teren a hibrizilor rezultai este imperios necesar pentru a se efectua un control timpuriu asupra rezultatelor i de a se urmri comportarea ulterioar a hibrizilor naturali sau artificiali obinui. 5. Selectarea i multiplicarea intensiv a celor mai valoroi hibrizi se poate face prin refacerea celor mai performante hibridri i nmulirea ulterioar (n sistem clonal intensiv) a descendenei valoroase rezultate sau o combinare a celor dou modaliti. 3.2.2. Criterii i modaliti concrete de hibridare I. Dup modul n se produc: a) hibridarea natural reprezint calea cea mai rspndit prin care se realizeaz polenizarea i care se produce fr intervenia dirijat a omului. Acest tip de hibridare este specific, n primul rnd, speciilor alogame i reprezint fecundarea ncruciat caracteristic multor specii forestiere importante (rinoase, fagacee). b) hibridarea artificial se face cu intervenia omului n cadrul lucrrilor de ameliorare forestier i se practic prin efectuarea de polenizri controlate (dirijate) la specii autogame i alogame. II. Dup tipul de polenizare a exemplarelor materne a) hibridarea liber - se efectueaz la specii auto dar i la cele alogame. La primele are loc, n prealabil, operaiunea de castrare (ndeprtarea mecanic a inflorescenelor mascule la exemplarele stabilite drept componente materne). Polenul provenit de la una sau mai multe forme paterne este purtat i depus cu ajutorul vntului sau a insectelor polenizatoare. n livezile de semine create i amenajate pe spaii mai mari, acest tip de hibridare s-a dovedit a fi cel mai eficient n obinerea unor varieti sintetice. b) hibridarea semiliber are loc n condiiile izolrii plantei mam, cu flori castrate i sub un cort special, cu polen recoltat de le exemplarul patern i care este mprtiat liber sub cortul de izolare. c) hibridarea forat - se realizeaz prin polenizarea forat a inflorescenelor femele de pe exemplarul matern, operaiune urmat imediat de acoperirea i izolarea cu pungi de hrtie sau plastic a inflorescenelor polenizate. III. Dup numrul i natura genitorilor care iau parte la hibridare a) hibridarea simpl se produce atunci cnd are loc polenizarea ntre doi indivizi (prini homozigoi). La arbori, situaia este mult mai complex, n sensul c, spre deosebire de speciile cultivate, indivizii genitori sunt heterozigoi pentru majoritatea caracterelor, dar i n acest caz, descendenii din prima generaie manifest un grad deosebit de heterozis. (AXB) b) hibridarea dubl are loc atunci cnd hibridul provine din fuziunea gameilor ce aparin la doi hibrizi simpli, ns fenomenul de heterozis este mai puin accentuat dect n cazul precedent. (AXB)X(CXD). c) hibridarea repetat (backcross) mai este cunoscut i sub numele de ncruciare repetat i are loc atunci cnd se ncrucieaz un hibrid din F1 cu una din formele parentale. Acest tip de hibridare s-a dovedit extrem de util i eficient n cazul cnd se urmrete creterea rezistenei la atacul unor boli i chiar duntori dar i n de ndeprtare a unei trsturi nedorite de la o form valoroas obinut n cadrul procesului de ameliorare. AXB=AB, ABXA=(AB)A1. d) hibridarea reciproc se produce ntre dou forme parentale care pot fi, pe rnd, fie forme paterne, fie forme materne. De menionat faptul c hibrizii care rezult nu sunt identici datorit influenei factorilor ereditari extranucleari (citoplasmatici) de la gameii femeli. A(F)X B(M)=AB, B(F)X A(M)=BA, ABBA. 25

e) hibridarea ciclic const n ncruciarea unei forme parentale (considerat ca analizator) cu toate celelalte forme. BXA, CXA, DXA, etc. f) hibridarea dialel este o form de hibridare utilizat i n practica silvic, n care mai multe forme parentale, cu constituie genetic diferit, sunt ncruciate n toate combinaiile posibile. Acest tip de ncruciare se dovedete extrem de util n cazul cnd se urmrete ameliorarea caracterelor cantitative, deoarece se scurteaz mult timpul necesar alegerii genitorilor. AXB, AXC, AXD, AXE; BXC, BXD, BXE; CXD, CXE; DXE. g) hibridarea complex reprezint ncruciarea ntre o form materne cu amestec de polen aparinnd mai multor genitori paterni. A(F) X (B+C+C+D+E). 3.2.3. Particulariti ale reproducerii sexuate la arbori 3.2.3.1. Aspecte teoretice i practice asupra nfloririi i fructificaiei la arbori esutul meristematic nedifereniat din care se va forma floarea este situat n axila frunzelor i dezvoltarea acestuia va depinde, n mare msur, de influena unor factori externi sau interni. n prima categorie, temperatura i lumina joac un rol de prim nsemntate. Primveri i veri mai calde sau mai rcoroase, ori o intensitate mai mare sau mai mic a luminii, vor determina creterea sau, dimpotriv, scderea capacitii de nflorire i de fructificare la majoritatea speciilor de arbori. n cadrul celei de-a II a categorii, aplicarea unor tratamente externe experimentale cu fitoregulatori de cretere (auxine i gibereline), n diferite concentraii, la exemplare aparinnd mai multor specii de conifere (Larix, Tsuga, Picea, Pinus), a condus la obinerea unor rezultate promitoare, cu condiia ca aplicarea acestor tratamente s fie ntr-o strict concordan cu fazele de dezvoltare ale fiecrui exemplar, cu vrsta, precum i n funcie de condiiile specifice climatice n anii de studiu. 3.2.3.2. Fenomenul de incompatibilitate interspecific n ameliorarea forestier Factorii care limiteaz sau fac imposibil polenizarea artificial ntre exemplare aparinnd unor specii diferite de arbori sunt legai n primul rnd de diferenele de ordin morfologic la nivelul florilor. Dup cum se cunoate, la gimnosperme, ovulul este la vedere i, n faza de receptivitate maxim (destul de scurt, de doar 2,3 zile), polenul purtat de vnt este colectat i poate avea loc polenizarea. Dificultile intervin la efectuarea polenizrii artificiale la 2 specii diferite, la care nu se suprapun perioadele de receptivitate (ex. specii de pin i larice). n acest caz, este necesar ca polenul uneia dintre cele dou specii s fie colectat i pstrat n condiii care s asigure meninerea viabilitii materialului pentru perioade limitate de timp. Mecanismul incompatibilitii propriu-zise nc nu este elucidat pe deplin, dar cunotine destul de avansate n domeniu sunt semnalate la unele specii de angiosperme. Astfel, la plop se cunosc mult mai n detaliu mecanismele intime (semnale biochimice) ale acestui fenomen, respectiv prezena unor molecule de pe suprafaa polenului i a stigmatului. Aceste molecule se constituie ntr-un adevrat decodor biochimic prin care polenul depus pe stigmat este respins sau, dimpotriv, acceptat. n acest din urm caz, polenul germineaz i se poate realiza fecundarea ovulului. S-au semnalat situaii (ex. la teste de hibridare ntre dou specii de plop) cnd germinarea grunciorilor de polen s-a oprit la jumtatea stilului. Tot de incompatibilitate

26

putem vorbi i n situaia avortrii brute a embrionilor abia rezultai n urma unor fecundri interspecifice. Toate aceste constatri au determinat pe specialitii n domeniul ameliorrii genetice forestiere s efectueze o serie de cercetri, iar primele rezultate ncurajatoare pe linia eliminrii efectelor acestui fenomen nedorit au aprut la sfritul deceniului 7, secolul trecut. n acest sens, cea mai notabil realizare experimental n domeniu s-a nregistrat la efectuarea unor teste pe diferite specii de plop, cea mai cunoscut fiind efectul Mentor. Tehnica este destul de simpl i pornete de la dou probe iniiale de polen, unul compatibil dar cu nuclei spermatici inactivai i, cea de-a II-a, cu polen incompatibil dar cu nuclei spermatici normali. Amestecul celor dou probe de polen a fost depus pe stigmatul unei flori femele, iar germinarea polenului compatibil a determinat formarea tuburilor polenice i la nivelul materialului incompatibil. Evident, pn la urm, fecundarea s-a realizat doar din direcia polenului incompatibil, ntruct numai acesta prezenta nuclei spermatici normali. La gimnosperme, aplicarea acestei metode nu a dus la obinerea unor rezultate promitoare ca n cazul plopului i, de aceea, s-au ncercat i alte variante experimentale n vederea suprimrii efectului de incompatibilitate ce apare frecvent la polenizrile interspecifice. Una dintre cele mai utilizate tehnici a fost aceea de aplicare a unor solveni organici pe suprafaa stigmatului. Rezultatele ns au fost mult mai modeste i, n rarele cazuri de reuit (ex. hibridri ntre unele specii ale genului Pinus), seminele rezultate au fost n mare msur sterile sau, n alte cazuri, tuburile polenice nu ajuns dect pn la un punct intermediar al esutului femel. La molid, doar prin aplicarea efectului Mentor, s-au obinut unele rezultate pozitive n realizarea de hibridri interspecifice. 3.2.3.3. Explicarea fenomenului de androsterilitate Asemenea multor specii de plante din flora ierboas (spontan i cultivat) i la diferite specii lemnoase apare frecvent fenomenul de androsterilitate, respectiv forme fr polen sau cu polen steril. Cauza major a manifestrii acestui fenomen se poate explica prin defectele aprute n formarea unor elemente la nivelul organelor florale mascule (antere deformate, vide, indehiscente, producere de polen neviabil) sau prin absena anterelor. Aceste exemplare s-au dovedit ns extrem de utile n practica ameliorrii forestiere prin faptul c aceti indivizi, n calitate de genitori materni, pot produce descendeni (hibrizi) cu un pronunat fenomen de heterozis, evitndu-se operaii complicate i stresante de castrare. n ceea ce privete stabilirea originii acestui fenomen, cercettorii n domeniu au cutat s elucideze i s dea mai multe explicaii, pornind de la teoria conform creia androsterilitatea are cauze genetice i ar depinde de gene localizate n nucleu, (recesive), n citoplasm dar i n urma unor interaciuni nucleo-citoplasmatice. Pornind de la aceast premiz, de-a lungul timpului s-au formulat mai multe teorii (ipoteze) cu privire la apariia i manifestarea fenomenului de androsterilitate. 1. Ipoteza apariiei spontane se bazeaz pe explicaia instabilitii ereditii extranucleare, iar plantele (inclusiv arbori) androsterile sunt meninute n interiorul unei populaii. 2. Ipoteza apariiei n momentul efecturii ncrucirilor este susinut prin apariia unor exemplare androsterile n cadrul unor ncruciri interpecifice sau intergenerice (ntre gru i secar). 3. Ipoteza apariiei la inducerea mutagenezei care este demonstrat prin apariia de indivizi androsterili n urma efecturii de tratamente prealabile cu diferii factori mutageni (chimici/colchicin sau fizici/radiaii) a exemplarelor selectate.

27

4. Ipoteza viral se bazeaz pe faptul c la o serie de plante androsterile (ex. la exemplare aparinnd genului Vicia) au fost descoperii corpusculi mici cu dou molecule de ARN. Prin marea lor asemnare cu virusurile, aceste particule sferice au i fost denumite pseudovirusuri, fiind depistate n numr mare n esuturile androsterile. 5. Ipoteza mitocondrial este, se pare, teoria cea mai avansat i se bucur, n prezent, de o tot mai larg credibilitate n domeniu. Dup cum bine se cunoate, mitocondria joac un rol decisiv n etapa de formare a gameilor, prin energia ce o pune la dispoziia ntregului proces de gametogenez. n urma efecturii unor cercetri mai aprofundate, s-a putut ntocmi o list de argumente tiinifice ce susin aceast ipotez. Astfel: - exist diferene notabile n ceea ce privete cantitile unor constitueni membranari de la nivelul mitocondriilor ntre exemplarele androsterile i cele normale; - s-a descoperit o rearanjare a secvenelor ADN-ului mitocondrial de la plantele androsterile, comparativ cu cel de la exemplarele normale; - n cadrul fuziunii protoplatilor are loc un transfer al androsterilitii prin asociere cu un anumit segment al ADN-ului mitocondrial; - s-a demonstrat existena unor diferene ntre catenele polipeptidice (sintetizate in vitro) de la plante androsterile i cele fertile. Este evident faptul c, separat, o teorie sau alta nu poate elucida acest fenomen i, prin urmare, determinismul androsterilitii este nc departe de a fi complet lmurit. Numai descifrarea tuturor mecanismelor de la nivel molecular ar putea crea o baz cert privind elaborarea unei viitoare teorii complete asupra acestui fenomen. IV. METODE MODERNE (NECONVENIONALE) DE AMELIORARE FORESTIER nainte de a fi prezentat pe larg acest capitol, trebuie precizat faptul c problematica ameliorrii forestiere n prezent dar, mai ales, n viitor este recomandabil s se raporteze i la elemente specifice problematicii resurselor genetice forestiere. Aceste aspecte sunt n concordan cu ultimele reglementri naionale i internaionale i constituie, n prezent, elemente de baz n cadrul unor etape distincte ale programelor de ameliorare pentru cele mai importante specii forestiere. Utilizarea poliploizilor naturali sau artificiali a constituit obiectul unor studii intense efectuate n Suedia (Ekebo) sau n Germania (Hamburg), n perioada 1930 1960 (Nanson, 2005). Experienele privind iradierea unor plante tinere cu radiaii ionizante puternice (, , ) au condus ns la obinerea unor rezultate extrem de nefavorabile, fapt ce a determinat abandonarea, n foarte mare msur, a utilizrii acestor tehnici experimentale n genetica forestier. Msura s-a dovedit pe deplin justificat, cu att mai mult cu ct majoritatea speciilor de arbori dein o variabilitate natural la cote foarte nalte i au cicluri de via foarte lungi comparativ cu speciile ierboase. ncepnd cu anii `90 ai mileniului trecut, cercetrile n domeniul ingineriei genetice i punerea la punct a diverselor tehnici moderne de explorare a variabilitii au creat posibiliti concrete de modificare a garniturii genetice i ncorporarea de transgene la unele specii de arbori (ex. specii de plop), noile forme putnd fi ulterior multiplicate n sistem vegetativ. Recentele dezbateri privind necesitatea i oportunitatea extinderii utilizrii unor varieti transgenice (organisme modificate genetic - OMG) i n practica silvic suscit nc multiple 28

controverse, innd cont de complexitatea structurii arborilor (inclusiv structura echipamentului genetic) i de ciclurile lor lungi de via. Totui, trebuie recunoscut interesul enorm pe care l manifest cercettorii n acest nou domeniu, acesta putnd oferi oportuniti nc nebnuite n ceea ce privete realizarea unor forme de arbori cu caractere excepionale pentru practica de ameliorare silvic. 4.1. Mutageneza i implicaiile practice n ameliorarea arborilor n prezent, inducerea experimental a mutagenezei este nc pe larg utilizat n practica ameliorrii speciilor cultivate i n pomicultur. n zootehnie, procedeul este mult limitat datorit unei mult mai mari rigori privind determinismul cromozomial al sexelor i a complexitii structurale a organismelor animale. 4.1.1. Interesul obinerii de varieti poliploide la speciile forestiere n sens larg, poliploizii sunt indivizi posesori a mai mult de 2 seturi cromozomiale (3n triploizi, 4n tetraploizi, etc.) i, la anumite specii vegetale, aceast stare legat de noua garnitur cromozomial ofer un optim fiziologic adaptiv i productiv acestor varieti (ex. Triticum sp.). La arbori, n marea majoritate a cazurilor, optimul fiziologic este conferit de starea normal de diploidie (2n) (n special la rinoase). Totui, n urma cercetrilor efectuate n ex