Беловежская пуща - XXI век

Определение генетического разнообразия основных лесообразующих и редких древесных видов ГНП "Беловежская пуща"

Гончаренко Г.Г., Падутов А.Е., Падутов В.Е., Силин А.Е., Болсун С.И.
Институт леса АН Беларуси, г. Гомель

Введение

Последние десятилетия ознаменовались всесторонним изучением генетических ресурсов природных популяций различных видов в целях их сохранения и рационального использования. Это связано с тем, что угроза утраты генетического разнообразия природных популяций сегодня встает со всей очевидностью, поскольку интенсивная человеческая деятельность ведет к отрицательным необратимым изменениям в популяционных генофондах. Хорошо известно, что генофонд - это эволюционно сложившаяся структура, которая управляет адаптационными механизмами, позволяя каждой популяции приспосабливаться к условиям внешней среды. Нарушения сложившейся адаптивной генетической структуры и уровня генетической изменчивости практически всегда приводят к ухудшению состояния популяций или даже к их распаду. К 90-м годам удалось разработать методы анализа популяционных генофондов (Левонтин, 1978; Айала, 1984; Nei, 1975), позволяющие с большой точностью определять состояние генетических ресурсов популяций и, в ряде случаев, успешно решать вопросы управления ими (Brown, Moran, 1981; Hamrick, Godt, 1989). Подобные работы в настоящее время проведены для более чем 50 видов хвойных растений ( Ledig, 1986; Conkle et al., 1988; Millar et al., 1988; Гончаренко и др., 1989; Niebling, Conkle, 1990; Hamrick et al., 1992; Goncharenko et al., 1993). Следует отметить, что растительные виды проанализированы в основном в странах Западной и Северной Европы, в США, Канаде, Австралии и Израиле (Gullberg et al., 1985; Mejnartowicz, Bergmann, 1985; Furnier, Adams, 1986; Yeh et al., 1986; Cheliak et al., 1987; Conkle et al., 1988; Moran et al., 1988). Изучению состояния генетических ресурсов растений СНГ в настоящее время посвящено лишь несколько работ и практически все они проведены для хвойных пород. При этом, достоверные результаты на основе анализа большой выборки (не менее 14-18) генов, кодирующих изоферменты из различных метаболических путей (Левонтин, 1978; Айала, 1984), получены только для ряда восточно-европейских популяций сосны обыкновенной Pinus sylvestris L. и ели европейской Picea abies L., а также нескольких популяций кедровой сосны сибирской Pinus sibirica Ldb. (Духарев и др., 1987; Гончаренко и др., 1987; Крутовский и др., 1989; Падутов и др., 1989; Гончаренко и др., 1991; Гончаренко и др., 1992). Что же касается Беларуси, то на ее территории популяционные генофонды растительных видов практически не изучались, не говоря уже о генетическом анализе популяций различных видов из одних и тех же экосистем. В то же время, в Беларуси сохранились уникальные экосистемы, наиболее ценные из которых расположены в государственном национальном парке "Беловежская пуща", поскольку на ее территории воздействие антропогенных факторов на протяжении сотен лет было незначительным. Изучение генетического разнообразия видов в "Беловежской пуще" особенно актуально, так как она является источником адаптированного к определенным условиям обитания растительного материала и может служить важнейшим поставщиком генетических ресурсов для восстановительных работ в других местах Беларуси и Европы в целом.

Целью данной работы было исследование уровня генетической изменчивости и генетической структуры природных популяций ели европейской, сосны обыкновенной и пихты белой в ГНП "Беловежская пуща" и в сопредельных регионах, а также определение состояния их генофондов с целью сохранения, восстановления и рационального использования генетических ресурсов.

Материал и методика

Материал для электрофоретического анализа собран: по ели европейской - в четырех насаждениях на территории Беловежской пущи (кв. 128, кв. 377, кв. 680, кв. 764-765) и в восьми популяциях из Украинских Карпат (Ивано-Франковск, Рахов), Беларуси (Туров, Ветка, Бегомль и Подсвилье) и Латвии (Лигатне, Резекне); по пихте белой - в реликтовой изолированной популяции в Беловежской пуще и в 2 популяциях из основной части ареала в Карпатах (Львов, Ивано-Франковск); по сосне обыкновенной - в трех насаждениях на территории Беловежской пущи (кв. 45, кв. 172, кв. 233) и в семи популяциях из Беларуси (Марковичи, Альбертин, Полесье и Подсвилье), Латвии (Тукумус) и Украины (Новомосковск, Выгодск). В целом, семенной материал был взят с 391 дерева ели европейской, 81 дерева пихты белой, 414 деревьев сосны обыкновенной.

Для определения индивидуального генотипа хвойного дерева анализировали 8-20 гаплоидных эндоспермов. Эндоспермы выбирались случайно из выборки семян этого дерева, полученных из 2-15 шишек.

Электрофорез проводили в 13 - 14% крахмальном геле в вертикальных и горизонтальных камерах (Гончаренко и др., 1989; Conkle et al., 1982). Электрофоретическое фракционирование 16 ферментов P. abies, кодируемых 26 локусами, 15 ферментов A. alba, кодируемых 23 локусами и 11 ферментов P. sylvestris, кодируемых 21 локусом проводилось в трех буферных системах: трис-ЭДТА-боратной рН 8,6, трис-цитратной рН 6,2 и трис-НСl рН 8,0/трис-цитратной рН 6,2 (Goncharenko et al., 1992). Гистохимическое окрашивание проводилось по стандартным прописям (Conkle et al., 1982; Cheliak, Pitel, 1984; Гончаренко и др., 1989), с небольшими модификациями.

Обозначение аллелей давалось по общепринятой номенклатуре Пракаша (Prakash et al., 1969). Наиболее часто встречающийся аллель локуса получал цифровой символ 1,00. Остальные аллели этого локуса обозначались в соответствии с электрофоретической подвижностью их аллозимов относительно фракций, кодируемых аллелем 1,00. Символом 0 обозначены нулевые аллели. Аллельные варианты лейцинаминопептидазы, которые выявлялись в виде двух фракций при анализе ели европейской, получали двойные цифровые символы: по Lap-1 - 97/00, по Lap-2 - 05/10.

Определение уровня изменчивости и дифференциации в исследованных популяциях проводилось на основе ряда общепринятых показателей. Для рассчета ожидаемой гетерозиготности (Не) по каждому локусу использовали формулу Не=1-Σхi2, где хi - частота i-го аллеля. Наблюдаемую гетерозиготность (Но) вычисляли путем деления числа гетерозиготных деревьев на общее число проанализированных по данному локусу деревьев. Показатель средней гетерозиготности, как ожидаемой, так и наблюдаемой вычислялся как: Н=1/LΣ Н, где L - количество исследованных локусов. Показатель полиморфности (Р) рассчитывали путем деления числа полиморфных локусов на общее количество исследованных локусов, а параметр среднего числа аллелей на локус (А) путем деления количества выявленных аллелей на общее количество исследованных локусов. Следует отметить, что полиморфность подсчитывалась как по 99% критерию (частота наиболее общего аллеля не превышала 99%), так и по 95% критерию. Показатель эффективного числа аллелей (ne) рассчитывали по формуле: ne=1/(1-Не). Для анализа структуры и степени подразделенности природных популяций пользовались коэффициентами F-статистики Райта и G-статистики Неи (Nei, 1973; Guries, Ledig, 1982). Степень генетической близости между исследованными популяциями рассчитывалась по методу, предложенному Неи (Nei, 1972).

Статистическая обработка фенотипических признаков пихты белой проводилась по общепринятым методикам (Лакин, 1980).

Экспериментальная часть и обсуждение

1. АНАЛИЗ ГЕНЕТИЧЕСКОЙ СТРУКТУРЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ УРОВНЯ ГЕНЕТИЧЕСКОГО РАЗНООБРАЗИЯ ПОПУЛЯЦИЙ ЕЛИ ЕВРОПЕЙСКОЙ ИЗ БЕЛОВЕЖСКОЙ ПУЩИ И ЗА ЕЕ ПРЕДЕЛАМИ

Cеменной материал для электрофоретического исследования ели европейской собран в популяциях Украины, Беларуси и Латвии. В ходе электрофоретического анализа выявлено 90 различных аллельных вариантов по 26 локусам.

B ходе работы на основе вычисления аллельных частот установлена генетическая структура двенадцати популяций ели европейской (по 26 генам) (табл.1).

Tаблица 1

Аллельные частоты по 26 генам в популяциях P. abies

Локус
Аллель
Популяции*
Рх ИФ Вт Тр БП-1 БП-2 БП-3 БП-4 Бг Пд Лг Рз
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
Aat-1*
1.00
1.10
1.000
0.000
0.956
0.044
0.961
0.039
0.976
0.024
0.983
0.017
0.926
0.074
1.000
0.000
0.972
0.028
0.983
0.017
0.974
0.026
0.955
0.045
0.980
0.020
Aat-2
0
0.30
0.65
1.00
0.000
0.042
0.458
0.500
0.023
0.000
0.454
0.523
0.000
0.000
0.565
0.435
0.000
0.000
0.571
0.429
0.000
0.000
0.655
0.345
0.000
0.015
0.485
0.500
0.000
0.026
0.526
0.449
0.000
0.000
0.639
0.361
0.000
0.017
0.586
0.397
0.000
0.000
0.513
0.487
0.000
0.000
0.469
0.531
0.000
0.000
0.550
0.450
Adh
0.90
1.00
1.10
0.000
1.000
0.000
0.000
1.000
0.000
0.025
0.975
0.000
0.000
1.000
0.000
0.000
1.000
0.000
0.029
0.971
0.000
0.051
0.949
0.000
0.000
1.000
0.000
0.000
1.000
0.000
0.007
0.993
0.000
0.015
0.970
0.015
0.000
1.000
0.000
Gdh
0.75
1.00
0.042
0.958
0.044
0.956
0.200
0.800
0.048
0.952
0.017
0.983
0.103
0.897
0.052
0.948
0.111
0.889
0.103
0.897
0.123
0.877
0.121
0.879
0.150
0.850
G-6-pd
0.80
1.00
0.150
0.850
0.022
0.978
0.077
0.923
0.192
0.808
0.111
0.889
0.000
0.000
0.155
0.845
0.000
1.000
0.200
0.800
0.406
0.594
0.387
0.613
0.300
0.700
Idh-1
0.70
0.90
1.00
1.10
0.000
0.000
0.900
0.100
0.000
0.000
0.956
0.044
0.000
0.000
0.961
0.039
0.000
0.024
0.976
0.000
0.000
0.000
1.000
0.000
0.000
0.000
0.956
0.044
0.000
0.016
0.891
0.094
0.000
0.000
0.972
0.028
0.017
0.000
0.966
0.017
0.000
0.000
1.000
0.000
0.000
0.000
0.985
0.015
0.000
0.000
0.980
0.020
Idh-2
0.70
0.90
1.00
1.20
0.000
0.050
0.900
0.050
0.000
0.000
1.000
0.000
0.000
0.000
1.000
0.000
0.000
0.000
1.000
0.000
0.000
0.000
1.000
0.000
0.000
0.000
1.000
0.000
0.000
0.000
1.000
0.000
0.000
0.000
1.000
0.000
0.000
0.000
1.000
0.000
0.013
0.000
0.987
0.000
0.000
0.000
1.000
0.000
0.000
0.020
0.980
0.000
Mdh-1
0.95
1.00
1.10
0.000
1.000
0.000
0.000
0.978
0.022
0.000
1.000
0.000
0.000
1.000
0.000
0.000
1.000
0.000
0.000
0.985
0.015
0.000
1.000
0.000
0.000
1.000
0.000
0.000
1.000
0.000
0.007
0.993
0.000
0.000
1.000
0.000
0.000
1.000
0.000

Продолжение таблицы 1

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
Mdh-2
1.00 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000
Mdh-3
0
0.70
1.00
1.15
1.30
0.000
0.000
0.950
0.050
0.000
0.000
0.022
0.978
0.000
0.000
0.022
0.000
0.891
0.087
0.000
0.000
0.000
0.929
0.048
0.024
0.000
0.000
0.907
0.093
0.000
0.000
0.000
0.735
0.206
0.059
0.000
0.000
0.910
0.026
0.064
0.000
0.000
0.861
0.083
0.056
0.017
0.000
0.914
0.052
0.017
0.007
0.000
0.954
0.039
0.000
0.000
0.000
0.970
0.015
0.015
0.000
0.040
0.910
0.030
0.020
Sdh
0.95
1.00
1.05
0.083
0.917
0.000
0.105
0.895
0.000
0.021
0.979
0.000
0.048
0.952
0.000
0.052
0.948
0.000
0.029
0.971
0.000
0.077
0.923
0.000
0.028
0.972
0.000
0.034
0.966
0.000
0.013
0.968
0.020
0.061
0.909
0.030
0.030
0.960
0.010
Skdh
0.80
1.00
1.05
0.000
1.000
0.000
0.000
1.000
0.000
0.000
1.000
0.000
0.000
1.000
0.000
0.000
0.897
0.103
0.000
0.941
0.059
0.000
0.987
0.013
0.028
0.972
0.000
0.034
0.948
0.017
0.000
1.000
0.000
0.000
1.000
0.000
0.000
0.990
0.010
6-Pgd-1
0.9
1.00
1.10
0.0
1.000
0.000
0 0.0
0.934
0.044
2 0.0
0.961
0.000
9 0.0
1.000
0.000
0 0.0
1.000
0.000
0 0.0
1.000
0.000
0 0.0
1.000
0.000
0 0.0
1.000
0.000
0 0.0
0.948
0.000
2 0.0
0.981
0.000
9 0.04
0.955
0.000
50.000
1.000
0.000
6-Pgd-2
0.65
0.85
1.00
1.20
0.700
0.100
0.200
0.000
0.500
0.105
0.395
0.000
0.457
0.022
0.499
0.022
0.452
0.000
0.548
0.000
0.222
0.000
0.778
0.000
0.382
0.000
0.618
0.000
0.417
0.000
0.583
0.000
0.344
0.000
0.656
0.000
0.483
0.000
0.517
0.000
0.467
0.007
0.526
0.000
0.470
0.000
0.530
0.000
0.390
0.010
0.600
0.000
6-Pgd-3
0.50
0.80
1.00
1.15
0.150
0.050
0.800
0.000
0.632
0.053
0.315
0.000
0.296
0.000
0.704
0.000
0.238
0.000
0.762
0.000
0.556
0.000
0.444
0.000
0.441
0.000
0.559
0.000
0.300
0.000
0.683
0.017
0.206
0.000
0.794
0.000
0.259
0.000
0.741
0.000
0.318
0.000
0.682
0.000
0.394
0.015
0.561
0.030
0.280
0.000
0.710
0.010
Lap-1
0
0.94
0.97
1.00
1.04
1.10
97/0
0.000
0.000
0.000
0.955
0.045
0.000
0.000
0.022
0.044
0.022
0.651
0.239
0.000
0.022
0.000
0.058
0.058
0.826
0.058
0.000
0.000
0.000
0.071
0.000
0.762
0.143
0.024
0.000
0.034
0.069
0.000
0.862
0.034
0.000
0.000
0.029
0.118
0.000
0.794
0.059
0.000
0.000
0.026
0.026
0.000
0.795
0.154
0.000
0.000
0.000
0.056
0.000
0.778
0.167
0.000
0.000
0.103
0.138
0.000
0.655
0.052
0.052
0.000
0.046
0.097
0.000
0.668
0.156
0.033
0.000
0.030
0.076
0.000
0.773
0.106
0.015
0.000
0.020
0.100
0.000
0.460
0.340
0.080
0.000
Lap-2
0
0.95
1.00
1.05
1.10
05/1
0.000
0.000
0.636
0.364
0.000
0.000
0.000
0.022
0.652
0.304
0.000
0.022
0.000
0.019
0.827
0.135
0.019
0.000
0.000
0.024
0.690
0.262
0.000
0.024
0.069
0.000
0.690
0.138
0.103
0.000
0.000
0.000
0.824
0.132
0.044
0.000
0.000
0.013
0.705
0.192
0.038
0.051
0.000
0.000
0.889
0.111
0.000
0.000
0.000
0.069
0.569
0.293
0.069
0.000
0.000
0.020
0.785
0.150
0.033
0.013
0.000
0.018
0.760
0.222
0.000
0.000
0.000
0.010
0.720
0.230
0.020
0.020
Hk
0.90
1.00
1.10
0.000
1.000
0.000
0.100
0.900
0.000
0.042
0.937
0.021
0.048
0.952
0.000
0.034
0.966
0.000
0.000
1.000
0.000
0.103
0.885
0.013
0.118
0.882
0.000
0.026
0.974
0.000
0.026
0.974
0.000
0.016
0.968
0.016
0.090
0.910
0.000
Pgm-1
0.90
1.00
0.100
0.900
0.100
0.900
0.000
1.000
0.000
1.000
0.017
0.983
0.000
1.000
0.000
1.000
0.000
1.000
0.000
1.000
0.013
0.987
0.000
1.000
0.050
0.950

Окончание таблицы 1

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
Pgm-2
0.85
1.00
1.15
0.000
1.000
0.000
0.025
0.925
0.050
0.000
0.886
0.114
0.048
0.857
0.095
0.000
0.931
0.069
0.000
1.000
0.000
0.000
0.846
0.154
0.028
0.972
0.000
0.017
0.948
0.034
0.013
0.974
0.013
0.000
0.891
0.109
0.111
0.806
0.083
Me
0
0.10
0.60
1.00
1.20
0.000
0.000
0.300
0.700
0.000
0.000
0.025
0.050
0.900
0.025
0.020
0.040
0.020
0.920
0.000
0.000
0.000
0.000
1.000
0.000
0.000
0.034
0.017
0.879
0.069
0.000
0.000
0.033
0.933
0.033
0.013
0.051
0.026
0.872
0.038
0.000
0.028
0.028
0.944
0.000
0.000
0.053
0.026
0.921
0.000
0.039
0.024
0.070
0.860
0.008
0.031
0.031
0.031
0.876
0.031
0.000
0.030
0.100
0.860
0.010
Dia-1
0
1.00
0.000
1.000
0.025
0.975
0.000
1.000
0.000
1.000
0.000
1.000
0.015
0.989
0.000
1.000
0.000
1.000
0.000
1.000
0.000
1.000
0.000
1.000
0.000
1.000
Dia-2
0
0.70
1.00
1.30
0.000
0.000
1.000
0.000
0.000
0.000
1.000
0.000
0.000
0.000
1.000
0.000
0.000
0.000
1.000
0.000
0.000
0.000
1.000
0.000
0.000
0.000
1.000
0.000
0.000
0.000
1.000
0.000
0.000
0.000
1.000
0.000
0.000
0.000
1.000
0.000
0.007
0.007
0.986
0.000
0.000
0.000
0.968
0.032
0.040
0.000
0.940
0.020
Dia-4
1.0
1.10
1.50
0.400
0.600
0.000
0.550
0.450
0.000
0.500
0.500
0.000
0.476
0.524
0.000
0.574
0.426
0.000
0.574
0.426
0.000
0.526
0.474
0.000
0.472
0.538
0.000
0.534
0.466
0.000
0.553
0.447
0.000
0.564
0.436
0.000
0.420
0.570
0.010
Gpi
0.80
1.00
1.25
1.50
0.000
0.900
0.100
0.000
0.053
0.789
0.132
0.026
0.240
0.740
0.020
0.000
0.190
0.690
0.119
0.000
0.148
0.852
0.000
0.000
0.074
0.868
0.059
0.000
0.105
0.855
0.039
0.000
0.139
0.806
0.056
0.000
0.052
0.914
0.034
0.000
0.080
0.766
0.129
0.024
0.063
0.749
0.188
0.000
0.080
0.900
0.020
0.000
Fl-Est
0
0.70
1.00
1.30
0.000
0.000
0.875
0.125
0.000
0.000
0.971
0.029
0.000
0.039
0.922
0.039
0.000
0.071
0.833
0.095
0.000
0.000
0.966
0.034
0.000
0.000
0.971
0.029
0.000
0.000
0.974
0.026
0.000
0.000
0.944
0.056
0.000
0.000
0.948
0.052
0.009
0.009
0.983
0.000
0.000
0.000
0.937
0.063
0.000
0.000
0.970
0.030

Названия популяций: Рх - Рахов, ИФ - Ивано-Франковск, Вт - Ветка, Тр - Туров, БП-1 - Беловежская пуща кв.128, БП-2 - Беловежская пуща кв.377, БП-3 - Беловежская пуща кв.680, БП-4 - Беловежская пуща кв.764, Бг - Бегомль, Пд - Подсвилье, Лг - Лигатне, Рз - Резекне

Из таблицы видно, что генетическая структура ели европейской в популяциях Беловежской пущи очень близка к структуре популяций из других частей Беларуси, а также Латвии. Некоторые различия по частоте основного аллеля имеются только по 2 локусам: 6-Pgd-2 и 6-Pgd-3. Более заметные отличия наблюдаются у беловежских популяций по сравнению с карпатскими. Это касается локусов Aat-2, Mdh-3, Sdh, Skdh, 6-Pgd-2, Lap-2 и Pgm-1.

При помощи F-статистик Райта и G-статистик Неи была определена степень подразделенности популяций ели европейской. Значения этих параметров представлены в таблице 2. Величины Fis находятся в пределах от -0,179 по 6-Pgd-3 до 0,172 по 6-Pgd-2, составляя в среднем -0,023. Отрицательное среднее значение говорит об 2,3% избытке гетерозигот в каждой средней популяции ели европейской. Усредненный коэффициент Fiт равнялся 0,006, что указывает практически на равновесие гетерозигот и гомозигот у P.abies, как вида в целом, на исследованной территории. Показатель подразделенности - Fsт варьировал, для полиморфных локусов, от 0,006 (Dia-4) до 0,125 (G-6-pd).

Таблица 2

Значения показателей Fis, Fiт, Fsт и Gsт по 26 локусам в популяциях P.abies

Локус Fis Fiт Fsт Gsт
Aat-1
Aat-2
Adh
Gdh
G-6-pd
Idh-1
Idh-2
Mdh-1
Mdh-2
Mdh-3
Sdh
Skdh
6-Pgd-1
6-Pgd-2
6-Pgd-3
Lap-1
Lap-2
Hk
Pgm-1
Pgm-2
Me
Dia-1
Dia-2
Dia-4
Gpi
Fl-Est
-0.029
-0.004
0.053
-0.096
-0.096
-0.031
-0.010
0.013
0.000
-0.072
-0.015
0.009
-0.022
0.172
-0.179
-0.090
-0.099
0.091
-0.019
-0.058
-0.042
-0.034
-0.002
-0.056
-0.010
0.028
-0.020
0.012
0.071
-0.071
0.042
-0.011
0.021
0.023
0.000
-0.036
-0.000
0.051
0.009
0.203
-0.138
-0.052
-0.065
0.112
0.026
-0.010
-0.020
-0.022
0.019
-0.050
0.022
0.052
0.009
0.016
0.020
0.023
0.125
0.020
0.031
0.011
0.000
0.034
0.014
0.042
0.030
0.038
0.035
0.035
0.031
0.023
0.044
0.046
0.022
0.011
0.021
0.006
0.032
0.024
0.013
0.012
0.022
0.023
0.125
0.031
0.031
0.011
0.000
0.045
0.015
0.046
0.026
0.035
0.059
0.057
0.029
0.028
0.044
0.047
0.023
0.018
0.027
0.010
0.034
0.026
Среднee -0.023 0.006 0.029 0.032

Среднее значение Fsт составило 0,029 (2,9%). Другой показатель, позволяющий оценить подразделенность популяций, - Gsт, эквивалентен показателю Fsт и равнялся, в среднем, 0,032. Следовательно, около 97% всего генетического разнообразия P. abies можно найти внутри каждой популяции и только около 3% приходится на межпопуляционное разнообразие.

Используя коэффициенты генетической дистанции Неи (Nei, 1972) была проведена количественная оценка степени близости между исследованными популяциями P. abies (табл. 3). Для наглядного изображения полученных результатов, на основании невзвешенного парно-группового метода кластерного анализа (UPGMA), построена дендрограмма (рис.1), иллюстрирующая степень межпопуляционной дифференциации у ели европейской. Оказалось, что беловежские популяции не образуют самостоятельную группу, а объединяются с разными популяциями из Беларуси, Латвии и Карпат. Так, например, генетическая структура популяции ели европейской из кв. 764 оказалась близка к таковой из Ветки, кв. 680 к популяции из Турова, кв. 128 к популяции из Ивано-Франковска, а кв. 377 к популяциям севера Беларуси и Латвии. В то же время, одна из карпатских популяций (Рахов) имеет сильные отличия как от беловежских, так и в целом от белорусско-латвийских популяций.

Таблица 3

Матрица генетических коэффициентов дистанции по Неи у P. abies

Популяции 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Рахов
Ивано−Франковск
Ветка
Туров
Бел. пуща кв.128
Бел. пуща кв.377
Бел. пуща кв.680
Бел. пуща кв.764
Бегомль
Подсвилье
Лигатне
Резекне
-
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
.023
-
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
.017
.015
-
 
 
 
 
 
 
 
 
 
.016
.015
.004
-
 
 
 
 
 
 
 
 
.031
.014
.011
.012
-
 
 
 
 
 
 
 
.022
.012
.006
.009
.006
-
 
 
 
 
 
 
.015
.012
.004
.004
.008
.006
-
 
 
 
 
 
.021
.019
.004
.006
.011
.007
.005
-
 
 
 
 
.014
.015
.007
.005
.012
.008
.005
.009
-
 
 
 
.018
.017
.009
.007
.014
.005
.007
.012
.006
-
 
 
.019
.013
.009
.007
.013
.005
.006
.014
.007
.002
-
 
.023
.018
.012
.008
.017
.012
.007
.011
.007
.006
.009
-

Рис. 1. Дендрограмма, построенная на основании коэффициентов генетической дистанции Неи, показывающая степень генетической дифференциации популяций Р. abies

Популяции: 1 - Рахов; 2 - Иваново-Франковск; 3 - Ветка; 4 - Туров; 5 - Беловежская пуща кв. 128; 6 - Беловежская пуща кв. 377; 7 - Беловежская пуща кв. 680; 8 - - Беловежская пуща кв. 764; 9 - Бегомль; 10 - Подсвилье; 11 - Лигатне; 12 - Резеккие

На основании полученных данных можно отметить, что генетическая структура беловежских популяций ели европейской практически не отличается от популяций из Беларуси и Латвии, формирующих на этой территории единый генофонд, и имеющий некоторые отличия от генетической структуры популяций из Карпат.

Сравнение основных параметров генетического разнообразия у ели европейской (табл. 4) выявило, что показатели доли полиморфных локусов (Р99) и среднего числа аллелей на локус у всех изученных беловежских популяций являются одними из самых низких и близки к значениям этих параметров у изолированных популяций P. abies, расположенных на границе ее ареала (Ветка и Туров). У популяций из зоны основного распространения ели европейской (Ивано-Франковск, Подсвилье, Лигатне, Резекне) показатели генетического разнообразия выше. Очень низкими оказались значения средней гетерозиготности у трех беловежских популяций (кв. 128, кв. 377 и кв. 764). В то же время, одна из популяций P. abies в Беловежской пуще (кв. 680) сравнима по данному параметру с популяциями из основной части ареала.

Таблица 4

Значения основных показателей генетического полиморфизма в популяциях P.abies

Название популяций Доля поли-морфных локусов Среднее число аллелей Средняя гетерозиготность Эффективное число аллелей
Ожидаемая Наблюдаемая
P95 Р99 А Не Но ne
Рахов
Ивано−Франковск
Ветка
Туров
Бел.пущакв.128
Бел.пущакв.377
Бел.пущакв.680
Бел.пущакв.764
Бегомль
Подсвилье
Лигатне
Резекне
0.538
0.500
0.538
0.423
0.500
0.480
0.615
0.462
0.577
0.385
0.500
0.577
0.615
0.808
0.731
0.615
0.692
0.720
0.692
0.654
0.731
0.769
0.769
0.808
1.769
2.385
2.192
1.923
1.923
2.000
2.231
1.808
2.231
2.500
2.308
2.462
0.166
0.190
0.175
0.174
0.154
0.166
0.183
0.144
0.176
0.178
0.193
0.201
0.185
0.224
0.176
0.194
0.153
0.164
0.198
0.143
0.172
0.193
0.201
0.183
1.269
1.336
1.282
1.294
1.245
1.274
1.297
1.223
1.310
1.311
1.326
1.359

Таким образом, по уровню изменчивости беловежские насаждения близки к краевым популяциям ели европейской из других частей ареала, хотя, в целом, значения показателей генетического разнообразия у них несколько ниже, чем у других изученных популяций. Все вышеизложенное позволяет сделать вывод о несколько обедненном генофонде изученных насаждений ели европейской в Беловежской пуще.

2. АНАЛИЗ ГЕНЕТИЧЕСКОЙ СТРУКТУРЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ УРОВНЯ ГЕНЕТИЧЕСКОГО И ФЕНОТИПИЧЕСКОГО РАЗНООБРАЗИЯ ПОПУЛЯЦИЙ ПИХТЫ БЕЛОЙ В БЕЛОВЕЖСКОЙ ПУЩЕ И В ОСНОВНОМ АРЕАЛЕ

Сравнение трех популяций пихты белой по частотам аллелей показало, что у них наблюдаются заметные различия по генетической структуре (табл. 5). Так, более чем по половине исследованных генов (13 из 23) была выявлена существенная разница между изолированной популяцией в Беловежской пуще и популяциями из основного ареала (Львов, Ивано-Франковск). При этом, необходимо отметить разнонаправленность характера наблюдаемых отличий по разным локусам. Во-первых, по всем этим локусам имеются заметные различия в частоте основного аллеля. Во-вторых, семь локусов (Aat-1,Aat-3, Dia-2,Gdh, 6-Pgd-2, Pgm-1 и Hk) являясь полиморфными в одной популяции были мономорфными в другой (табл. 5). В-третьих, в локусе Mdh-2 кроме изменения частоты основного аллеля, наблюдались совершенно разные дополнительные аллели. В-четвертых, в трех локусах (Idh, 6-Pgd-1 иPgm-2) в Беловежской пуще и в основном ареале преобладают разные аллели. Рассматривая в целом все аллельное разнообразие исследованных популяций следует заметить, что несмотря на столь существенную разницу между ними, число аллелей выявленных в Беловежской пуще и в основном ареале различается незначительно (32 и 35 и 40 соответственно).

Таблица 5

Аллельные частоты по 23 генам в трех популяциях A. alba

Локус Аллель Популяции Локус Аллель Популяции
БП Ив-Ф Лв БП Ив-Ф Лв
Idh-2

Skdh
Aat-1

Aat-2
Aat-3

Dia-1
Dia-2

Dia-3
Fl-Est
Lap-1


Lap-2


Adh
Sdh
1.00
1.30
1.00
0.90
1.00
1.00
1.00
2.60
1.00
1.00
1.10
1.00
1.00
0.95
1.00
1.05
0.95
1.00
1.05
1.00
1.00
0.900
0.100
1.000
0.000
1.000
1.000
1.000
0.000
1.000
1.000
0.000
1.000
1.000
0.075
0.925
0.000
0.200
0.725
0.075
1.000
1.000
0.400
0.600
1.000
0.000
1.000
1.000
0.920
0.080
1.000
1.000
0.000
1.000
1.000
0.080
0.880
0.040
0.280
0.600
0.120
1.000
1.000
0.597
0.403
1.000
0.028
0.972
1.000
0.819
0.181
1.000
0.975
0.025
1.000
1.000
0.069
0.917
0.014
0.097
0.778
0.125
1.000
1.000
Gdh

6-Pgd-1


6-Pgd-2

Pgm-1

Pgm-2

Hk

Me


Mdh-1
Mdh-2


Gpi
0.90
1.00
0.90
1.00
1.15
0.80
1.00
0.90
1.00
1.00
1.10
1.00
1.10
0
0.95
1.00
1.00
0.80
1.00
1.10
1.00
0.000
1.000
0.000
0.400
0.600
0.000
1.000
0.175
0.825
0.375
0.625
1.000
0.000
0.000
0,25
0.750
1.000
0.025
0.975
0.000
1.000
0.000
1.000
0.000
0.620
0.380
0.020
0.980
0.000
1.000
0.880
0.120
1.000
0.000
0.020
0.380
0.600
1.000
0.000
1.000
0.025
1.000
0.014
0.986
0.014
0.569
0.417
0.042
0.958
0.000
1.000
0.903
0.097
0.986
0.014
0.014
0.181
0.805
1.000
0.000
0.986
0.014
1.000

Названия популяций: БП - Беловежская пуща, Ив-Ф - Ивано-Франковск, Лв – Львов

Сравнительный анализ изученных популяций A. alba по степени полиморфности и гетерозиготности показал, что у нее в Беловежской пуще показатели генетического разнообразия не уступают таковым из основного ареала в Карпатах (табл. 6). Все вышеизложенное говорит о четко выраженных особенностях беловежской реликтовой популяции пихты белой, ее богатом генофонде и уникальности, несмотря на малые размеры.

Tаблица 6

Значения основных показателей генетического полиморфизма в природных популяциях A. alba

Название популяций Доля поли-морфных локусов Среднее число аллелей Средняя гетерозиготность Эффективное число аллелей
Ожидаемая Наблюдаемая
P95 Р99 А Не Но ne
Беловежская пуща
Ив-Франковск
Львов
0.304
0.304
0.304
0.391
0.348
0.522
1.435
1.478
1.652
0.107
0.113
0.108
0.122
0.103
0.150
1.176
1.207
1.174

Кроме того, для всех 20 деревьев пихты получены результаты по средним размерным характеристикам шишек, семенной и кроющей чешуй, семенам и хвое на однолетних побегах. Результаты промеров 18 стандартных размерных характеристик показали, что все они имеют значительные колебания у разных деревьев, но не выходят за пределы их изменчивости у пихты белой как вида (Маценко, 1964; Крылов и др., 1986). Средняя длина шишек колеблется от 10,42 см до 16,44 см; средняя ширина шишек изменяется в пределах 3,46 - 4,42 см; среднее растояние от наиболее широкой части шишки до ее основания - 3,80 - 6,46 см; длина семенной чешуи - 15,34 - 22,00 мм; ширина семенной чешуи - 27,27 - 34,68 мм; длина ножки семенной чешуи - 7,05 - 10,23 мм; ширина ножки семенной чешуи - 4,80 - 7,35 мм; длина кроющей чешуи - 17,11 - 23,60 мм; диаметр лопасти кроющей чешуи - 5,35 - 7,42 мм; длина острия кроющей чешуи - 2,67 - 4,46 мм; длина ножки кроющей чешуи - 9,17 - 14,57 мм; ширина ножки кроющей чешуи - 3,17 - 4,88 мм; длина семени - 10,44 - 14,30 мм; ширина семени - 4,69 - 5,65 мм; длина крыла семени 9,62 - 14,96 мм; ширина крыла семени - 11,24 - 15,53 мм; длина хвои - 12,85 - 23,55 мм; ширина хвои - 1,85 - 2,42 мм. Необходимо отметить, что сравнение минимальных и максимальных средних величин изученных 18-ти размерных признаков по отдельным деревьям показало, что 9 из 18 минимальных значений приходятся на дерево N23; четыре минимальных значения - на дерево N9; 8 из 18 максимальных значений приходится на дерево N8 и по два максимальных значения - на деревья N2, N11 и N15.

В процессе анализа биологических характеристик у деревьев пихты белой в урочище "Тисовик" в 1995 году изучены также такие показатели как урожай шишек, вес 1000 семян, процент пустых семян, пораженность семян вредителями и общий выход доброкачественных семян. Урожай шишек в 1995 году был в целом хороший, но сильно варьировал от 57 до 356 шишек на дерево. Такие, общепринятые биологические показатели как вес 1000 семян в среднем равняясь 59,3 г, колебался от 46,0 г до 85,2 г, а также число семян на одну шишку (в среднем 251,1) оказались не ниже, чем у вида в целом (48 г и 260 семян на шишку, соответственно) (Справочник по лесосеменному делу, 1978). Это косвенно свидетельствует о том, что несмотря на малые размеры данной популяции пихты ее биологические показатели не снижены и не наблюдается эффекта инбридинга. В тоже время, повидимому, именно малым числом деревьев в популяции объясняется высокий процент пустых (неоплодотворенных) семян - от 39,0 до 80,0, в среднем 58,5%. Очень велика в 1995 году была пораженность семян пихты белой вредителями - от 11,1% до 94,9% (в среднем 72,9%). В основном семена поражены еловым короткохвостым семяедом (Megastigmus strobilobins Ratz.) и в небольшой степени пихтовой галицей-семяедом (Rosseliella piceae Seit.). В целом же выход доброкачественных семян в этой популяции пихты невелик (12,6%), кроме того он сильно варьирует от дерева к дереву (от 2,6% до 40,0%).

3. АНАЛИЗ ГЕНЕТИЧЕСКОЙ СТРУКТУРЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ УРОВНЯ ГЕНЕТИЧЕСКОГО РАЗНООБРАЗИЯ ПОПУЛЯЦИЙ СОСНЫ ОБЫКНОВЕННОЙ

Cеменной материал для электрофоретического исследования сосны обыкновенной собран в десяти популяциях, произрастающих на территории Беларуси, Украины и Латвии.

В ходе электрофоретического анализа выявлено 88 различных аллельных варианта по 21 локусу. Частоты встречаемости аллельных вариантов в популяциях P. sylvestris приведены в таблице 7. Как видно из таблицы, различия в генетической структуре популяций сосны обыкновенной в Беловежской пуще и в других исследованных регионах незначительны. Некоторые отличия по частоте встречаемости основного аллеля установлены только по локусам Aat-2 и Adh-2. В целом, можно заключить, что по частоте встречаемости аллелей все исследованные популяции близки друг к другу.

Tаблица 7

Аллельные частоты по 21 гену в популяциях P. sylvestris

Локус Популяции*
Аллель Нм Вг Мр Ал Пл Пд Тк БП-1 БП-2 БП-3
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
Aat-1
0
0.85
1.00
1.20
0.000
0.000
0.983
0.017
0.000
0.000
0.983
0.017
0.000
0.000
0.986
0.014
0.000
0.000
0.977
0.023
0.000
0.000
0.983
0.017
0.000
0.000
0.982
0.018
0.000
0.000
0.989
0.011
0.017
0.000
0.950
0.033
0.017
0.017
0.966
0.000
0.000
0.000
1.000
0.000
Aat-2
0
1.00
1.10
1.25
1.40
0.000
0.583
0.317
0.083
0.017
0.000
0.550
0.433
0.017
0.000
0.000
0.583
0.278
0.139
0.000
0.000
0.487
0.368
0.145
0.000
0.000
0.500
0.478
0.022
0.000
0.000
0.570
0.377
0.053
0.000
0.011
0.567
0.344
0.077
0.000
0.017
0.650
0.283
0.050
0.000
0.017
0.567
0.333
0.083
0.000
0.000
0.750
0.217
0.033
0.000
Aa3
1.00
1.90
3.00
5.50
0.650
0.000
0.350
0.000
0.583
0.000
0.417
0.000
0.579
0.132
0.289
0.000
0.576
0.098
0.326
0.000
0.600
0.000
0.400
0.000
0.684
0.009
0.307
0.000
0.644
0.011
0.344
0.000
0.683
0.017
0.300
0.000
0.617
0.000
0.350
0.033
0.650
0.033
0.317
0.000
Adh-1
0
0.80
1.00
1.10
1.20
0.000
0.000
0.667
0.333
0.000
0.000
0.000
0.683
0.300
0.017
0.000
0.000
0.568
0.432
0.000
0.000
0.000
0.516
0.484
0.000
0.000
0.000
0.700
0.300
0.000
0.000
0.000
0.605
0.395
0.000
0.000
0.011
0.589
0.400
0.000
0.000
0.000
0.667
0.333
0.000
0.000
0.000
0.650
0.350
0.000
0.017
0.000
0.533
0.433
0.017
Adh-2
0
0.30
0.70
1.00
1.60
0.083
0.167
0.017
0.667
0.067
0.000
0.333
0.000
0.550
0.117
0.024
0.256
0.000
0.659
0.061
0.000
0.176
0.000
0.676
0.148
0.050
0.283
0.000
0.617
0.050
0.009
0.255
0.000
0.675
0.061
0.011
0.200
0.000
0.689
0.100
0.000
0.167
0.000
0.733
0.100
0.000
0.150
0.000
0.833
0.017
0.000
0.333
0.000
0.584
0.083
Gdh
1.00
1.30
1.40
0.650
0.350
0.000
0.667
0.333
0.000
0.707
0.293
0.000
0.685
0.315
0.000
0.583
0.400
0.017
0.561
0.439
0.000
0.567
0.433
0.000
0.767
0.233
0.000
0.650
0.350
0.000
0.650
0.350
0.000
Gpi
0.95
1.00
1.15
1.25
0.033
0.917
0.000
0.050
0.033
0.967
0.000
0.000
0.035
0.884
0.023
0.058
0.056
0.844
0.078
0.022
0.033
0.917
0.000
0.050
0.018
0.982
0.000
0.000
0.044
0.944
0.000
0.011
0.017
0.983
0.000
0.000
0.000
0.983
0.017
0.000
0.033
0.950
0.000
0.017
Dia-1
0
0.85
0.90
1.00
1.20
0.033
0.400
0.117
0.450
0.000
0.000
0.233
0.067
0.700
0.000
0.000
0.359
0.026
0.615
0.000
0.000
0.317
0.012
0.671
0.000
0.067
0.133
0.067
0.733
0.000
0.044
0.175
0.097
0.675
0.009
0.000
0.178
0.044
0.778
0.000
0.000
0.133
0.067
0.800
0.000
0.000
0.267
0.033
0.700
0.000
0.000
0.167
0.117
0.716
0.000
Dia-2
0.80
0.95
1.00
1.15
0.000
0.000
1.000
0.000
0.000
0.000
1.000
0.000
0.000
0.000
0.968
0.032
0.000
0.000
1.000
0.000
0.000
0.000
0.983
0.017
0.000
0.000
1.000
0.000
0.000
0.000
1.000
0.000
0.000
0.017
0.983
0.000
0.017
0.000
0.983
0.000
0.000
0.000
1.000
0.000

Продолжение таблицы 7

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
Idh
1.00 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000
Lap-1
0
0.95
1.00
0.033
0.050
0.917
0.000
0.050
0.950
0.017
0.033
0.900
0.065
0.016
0.903
0.017
0.033
0.900
0.096
0.044
0.825
0.000
0.011
0.989
0.050
0.050
0.883
0.083
0.017
0.900
0.067
0.000
0.933
Lap-2
0
0.95
1.00
1.05
1.10
0.000
0.017
0.983
0.000
0.000
0.000
0.017
0.967
0.017
0.000
0.000
0.129
0.839
0.032
0.000
0.000
0.000
1.000
0.000
0.000
0.000
0.033
0.867
0.083
0.017
0.009
0.061
0.930
0.000
0.000
0.000
0.056
0.900
0.044
0.000
0.000
0.067
0.900
0.033
0.000
0.000
0.050
0.900
0.050
0.000
0.000
0.100
0.883
0.017
0.000
Mdh-1
0.85
1.00
1.15
0.017
0.883
0.100
0.000
0.983
0.017
0.000
0.943
0.057
0.000
0.927
0.073
0.000
0.950
0.050
0.000
0.877
0.123
0.000
0.989
0.011
0.000
1.000
0.000
0.000
0.950
0.050
0.000
0.933
0.067
Mdh-2
0'
0
0.80
1.00
1.10
0.000
0.017
0.000
0.983
0.000
0.000
0.000
0.000
1.000
0.000
0.000
0.011
0.000
0.989
0.000
0.010
0.010
0.000
0.979
0.000
0.000
0.000
0.000
1.000
0.000
0.000
0.053
0.000
0.947
0.000
0.000
0.000
0.000
0.989
0.011
0.000
0.000
0.000
1.000
0.000
0.000
0.017
0.000
0.983
0.000
0.000
0.000
0.017
0.983
0.000
Mdh-3
0'
0
0.70
1.00
1.20
0.000
0.000
0.400
0.600
0.000
0.000
0.000
0.167
0.833
0.000
0.000
0.000
0.273
0.727
0.000
0.020
0.000
0.230
0.750
0.000
0.000
0.000
0.383
0.617
0.000
0.009
0.000
0.201
0.781
0.009
0.011
0.022
0.278
0.678
0.011
0.000
0.000
0.400
0.600
0.000
0.000
0.000
0.250
0.750
0.000
0.000
0.033
0.233
0.724
0.000
Mdh-4
0
1.00
3.00
6.50
8.00
0.000
0.550
0.000
0.350
0.100
0.000
0.517
0.034
0.241
0.207
0.015
0.471
0.015
0.338
0.162
0.000
0.426
0.000
0.426
0.147
0.000
0.450
0.017
0.400
0.133
0.000
0.561
0.018
0.360
0.061
0.000
0.678
0.000
0.244
0.078
0.000
0.684
0.000
0.233
0.083
0.000
0.567
0.033
0.350
0.050
0.000
0.550
0.000
0.317
0.133
Fl-Est
0.30
0.40
0.70
1.00
1.05
0.174
0.000
0.217
0.609
0.000
0.067
0.000
0.150
0.783
0.000
0.210
0.000
0.113
0.677
0.000
0.177
0.000
0.081
0.742
0.000
0.200
0.000
0.150
0.650
0.000
0.158
0.000
0.053
0.772
0.018
0.122
0.011
0.078
0.767
0.022
0.017
0.000
0.086
0.794
0.103
0.017
0.000
0.100
0.883
0.000
0.167
0.000
0.133
0.683
0.017
Pgm-1
0.95
1.00
1.05
0.017
0.917
0.067
0.083
0.900
0.017
0.056
0.889
0.056
0.041
0.918
0.041
0.017
0.933
0.050
0.053
0.904
0.044
0.044
0.922
0.033
0.083
0.913
0.000
0.017
0.983
0.000
0.050
0.917
0.033
Pgm-2
0
0.95
1.00
1.10
0.000
0.017
0.983
0.000
0.000
0.000
1.000
0.000
0.000
0.000
1.000
0.000
0.000
0.000
1.000
0.000
0.000
0.000
0.967
0.033
0.009
0.009
0.982
0.000
0.000
0.000
1.000
0.000
0.000
0.000
1.000
0.000
0.000
0.017
0.966
0.017
0.000
0.000
0.983
0.017

Окончание таблицы 7

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
6-Pgd-1
0.85
0.95
1.00
1.05
1.30
0.000
0.362
0.621
0.000
0.017
0.017
0.414
0.534
0.000
0.034
0.000
0.547
0.453
0.000
0.000
0.000
0.403
0.597
0.000
0.000
0.000
0.400
0.600
0.000
0.000
0.044
0.447
0.491
0.009
0.009
0.000
0.420
0.580
0.000
0.000
0.017
0.417
0.549
0.000
0.017
0.017
0.367
0.616
0.000
0.000
0.000
0.467
0.516
0.017
0.000
6-Pgd-2
0
0.80
0.90
0.95
1.00
0.000
0.000
0.397
0.000
0.603
0.000
0.000
0.431
0.000
0.569
0.000
0.050
0.300
0.000
0.650
0.000
0.030
0.303
0.000
0.667
0.000
0.000
0.200
0.000
0.800
0.000
0.018
0.316
0.000
0.667
0.011
0.034
0.193
0.000
0.761
0.000
0.017
0.267
0.017
0.699
0.033
0.033
0.200
0.000
0.734
0.000
0.017
0.267
0.000
0.717

Названия популяций: Нм - Новомосковск, Вг - Выгодск, Мр - Марковичи, Ал - Альбертин, Пл - Полесье, Пд - Подсвилье, Тк - Тукумус, БП-1 - Беловежская пуща кв.45, БП-2 - Беловежская пуща кв.233, БП-3 - Беловежская пуща кв.172

Используя параметры F-статистик Райта и G-статистик Неи была определена степень подразделенности популяций сосны обыкновенной. Значения этих параметров представлены в таблице 8. Величины Fis находятся в пределах от -0,122 по Adh-1 до 0,058 по Mdh-1, составляя в среднем -0,019 (1,9%). Эта отрицательная величина указывает на 1,9% избыток гетерозиготных деревьев в каждой популяции, в среднем, по сравнению с теоретически ожидаемым по формуле Харди-Вайнберга. Усредненный коэффициент Fiт также имеет отрицательное значение и равняется -0,001. Показатель подразделенности Fsт, т.е. уровень различий в генетической структуре исследованных популяций Р. sylvestris, варьирует, для полиморфных локусов, от 0,007 (Pgm-1) до 0,030 (Gpi). Среднее значение Fsт составляет 0,018 (1,8%). Величина показателя подразделенности - Gsт, близка к Fsт и равняется, в среднем, 0,020. Следовательно, около 98% всего генетического разнообразия сосны обыкновенной можно найти внутри каждой популяций и только немногим менее 2% приходится на межпопуляционное разнообразие.

Таблица 8

Значения показателей Fis, Fiт, Fsт и Gsт по 21 локусу в популяциях P.sylvestris

Локус Fis Fiт Fsт Gsт
Aat-1
Aat-2
Aat-3
Adh-1
Adh-2
Gdh
Gpi
Dia-1
Dia-2
Idh
Lap-1
Lap-2
Mdh-1
Mdh-2
Mdh-3
Mdh-4
Fl-Est
Pgm-1
Pgm-2
6-Pgd-1
6-Pgd-2
-0.006
0.052
0.003
-0.122
-0.005
-0.010
-0.023
-0.060
-0.004
0.000
-0.009
-0.070
0.058
0.036
-0.037
-0.042
-0.009
0.008
-0.004
-0.095
-0.067
0.003
0.066
0.026
-0.109
0.018
0.005
0.008
-0.031
0.013
0.000
0.016
-0.049
0.081
0.053
-0.022
-0.018
0.014
0.015
0.010
-0.081
-0.045
0.009
0.015
0.024
0.012
0.023
0.015
0.030
0.028
0.016
0.000
0.024
0.020
0.024
0.017
0.014
0.023
0.023
0.007
0.014
0.013
0.021
0.006
0.014
0.012
0.015
0.020
0.021
0.029
0.036
0.017
0.000
0.028
0.026
0.028
0.019
0.024
0.029
0.033
0.009
0.016
0.014
0.023
Среднее -0.019 -0.001 0.018 0.020

На основании коэффициентов генетической дистанции Неи была оценена степень сходства генетической структуры всех исследованных популяций P.sylvestris между собой, в том числе и беловежских популяций. Вычисленные значения коэффициентов генетической дистанции (Dn) по 21 локусу представлены в таблице 9. Из таблицы видно, что различия между популяциями незначительны и колеблются в пределах от 0,005 (Беловежская пуща кв.233 - Тукумус) до 0,016 (Беловежская пуща кв.172 - Альбертин), составляя в среднем 0,011.

Таблица 9

Матрица генетических коэффициентов дистанции по Неи

Популяции 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Новомосковск
Выгодск
Марковичи
Альбертин
Полесье
Подсвилье
Тукумус
Бел. пуща кв.45
Бел. пуща кв.233
Бел. пуща кв.172
-
 
 
 
 
 
 
 
 
 
.013
-
 
 
 
 
 
 
 
 
.010
.011
-
 
 
 
 
 
 
 
.011
.010
.006
-
 
 
 
 
 
 
.012
.012
.012
.011
-
 
 
 
 
 
.012
.008
.008
.008
.009
-
 
 
 
 
.013
.010
.010
.009
.007
.006
-
 
 
 
.014
.012
.012
.014
.014
.010
.006
-
 
 
.012
.011
.010
.008
.010
.006
.005
.007
-
 
.015
.012
.009
.016
.014
.010
.011
.014
.015
-

Построенная на основании невзвешенного парно-группового метода кластерного анализа (UPGMA) дендрограмма, иллюстрирующая степень межпопуляционной дифференциации у сосны обыкновенной, представлена на рисунке 2. Из рисунка хорошо видно, что среди исследованных популяций не выделяется какая-либо компактная группа, за исключением трех популяций (Новомосковск, Марковичи и Альбертин). Остальные 7 популяций сосны обыкновенной последовательно подсоединяются друг к другу. Интересно отметить, что степень сходства генетической структуры популяций не связана с их географическим местоположением, поскольку на дендрограмме часто рядом расположены популяции географически удаленные друг от друга. В целом, полученные результаты говорят о сходстве генетической структуры всех проанализированных популяций сосны обыкновенной.

Рис. 2. Дендрограмма, построенная на основании коэффициентов генетической дистанции Неи, показывающая степень генетической дифференциации популяций Р. sylvestris

Популяции: 1 - Новомосковск; 2 - Выгодск; 3 - Марковичи; 4 - Альбертин; 5 - Полесье; 6 - Подсвилье; 7 - Тукумус; 8 - Беловежская пуща кв. 45; 8 - Беловежская пуща кв. 233; 9 - Беловежская пуща кв. 172

На основании аллельных частот 21 гена нами рассчитаны основные показатели генетического разнообразия изученных популяций P. sylvestris (табл. 10). Установлено, что у сосны обыкновенной значения этих параметров близки между собой практически во всех популяциях, являются ли они изолированными насаждениями в лесостепной зоне или расположены в основной непрерывной части ареала. Не отличаются популяции сосны обыкновенной из Беловежской пущи от других и по уровню гетерозиготности (табл. 10).

Таблица 10

Значения основных показателей генетического полиморфизма в популяциях P.sylvestris

Название популяций Доля поли-морфных локусов Среднее число аллелей Средняя гетерозиготность Эффективное число аллелей
Ожидаемая Наблюдаемая
P95 Р99 А Не Но ne
Новомосковск
Выгодск
Марковичи
Альбертин
Полесье
Подсвилье
Тукумус
Бел. пуща кв. 45
Бел. пуща кв. 233
Бел. пуща кв. 172
0.714
0.619
0.762
0.714
0.762
0.762
0.667
0.714
0.667
0.760
0.905
0.810
0.905
0.810
0.905
0.905
0.857
0.810
0.952
0.857
2.571
2.333
2.667
2.476
2.619
2.952
2.762
2.571
2.667
2.571
0.305
0.271
0.315
0.296
0.297
0.297
0.265
0.261
0.260
0.286
0.305
0.284
0.368
0.332
0.265
0.276
0.285
0.256
0.284
0.311
1.604
1.528
1.613
1.574
1.560
1.547
1.481
1.452
1.462
1.532
В среднем 0.762 0.905 4.190 0.293 0.296 1.544

Таким образом, вышеизложенное позволяет сделать вывод о сходстве генетической структуры и едином генофонде популяций сосны обыкновенной на исследованной территории Украины, Беларуси и Латвии.

Кроме сравнения генетической структуры и уровня генетического разнообразия популяций сосны обыкновенной из Беловежской пущи и за ее пределами в беловежских сосновых насаждениях проведены также некоторые специальные исследования.

Так проведено электрофоретическое исследование сосны обыкновенной на территории Беловежской пущи в разных типах сосняков: кв. 45 - сосняк мшисто-вересковый, кв. 172 - сосняк сфагновый, кв. 233 - сосняк черничный.

Сравнение беловежских насаждений сосны обыкновенной по частотам аллелей показало, что у них наблюдаются различия по генетической структуре (табл. 7). Так, в кв. 45 по трем локусам (Gdh, Mdh-3 и Mdh-4) частота основного, наиболее распространенного, аллеля существенно увеличена или уменьшена по сравнению с частотой того же аллеля в двух других насаждениях. Еще больше отличий обнаружено при анализе кв. 172 - существенное изменение частоты основного аллеля выявлено по 6 из 21 сследованных локусов (Aat-2, Adh-1, Adh-2, Lap-1, Fl-Est, 6-Pgd-1). Интересно отметить, что в двух из этих насаждений имеются большие различия в условиях произрастания, так как один из них (кв. 45) является сосняком мшисто-вересковым, а второй (кв. 172) - сосняком сфагновым. Сосняк черничный (кв. 233), занимающий промежуточное положение между сосняком мшисто-вересковым и сосняком сфагновым по комплексу лесорастительных условий, по частоте основных аллелей всегда близок к одному из двух других проанализированных типов сосняков (табл. 7). В целом, сосняки мшисто-вересковый (кв. 45) и черничный (кв. 233) имеют сходную генетическую структуру и несколько отличаются от сосняка сфагнового (кв. 172).

Используя коэффициенты генетической дистанции Неи была проведена количественная оценка степени сходства генетической структуры исследованных сосновых насаждений. Оказалось, что генетическая дистанция между насаждениями в кв. 45 (сосняк мшисто-вересковый) и кв. 233 (сосняк черничный) составляет величину равную 0,007, а между ними и насаждением из кв. 172 (сосняк сфагновый) - 0,014 и 0,015, соответственно. Выявленные величины генетических дистанций невелики и не превышают межпопуляционных различий у хвойных пород (Hamrick et al., 1992).

На основании анализа главных показателей генетического разнообразия (табл. 10) было проведено сравнение уровня генетической изменчивости проанализированных насаждений сосны обыкновенной из Беловежской пущи. Результаты показали, что у популяции сосны из кв. 172 наблюдаются самые высокие значения гетерозиготности, как ожидаемой, так и наблюдаемой. Однако, выявленные различия по приведенным показателям в целом статистически недостоверны, за исключением наблюдаемой гетерозиготности между популяциями из кв. 172 и кв. 233. Это говорит о том, что проанализированные насаждения обладают сходным уровнем генетической изменчивости. Одним из возможных объяснений некоторых отличий выявленных в кв. 172 (сосняк сфагновый) может являться то, что данное насаждение произрастает в более суровых условиях окружающей среды (болото), чем другие изученные популяции.

Следует отметить, что в насаждениях Беловежской пущи произрастают деревья сосны обыкновенной возрастом более 200 лет, аллельные частоты которых представлены в таблице 11. Анализ таких деревьев показал, что у них (по сравнению с беловежскими соснами в целом) несколько снижен такой показатель как число аллелей на локус, что объясняется, по-видимому, относительно небольшой проанализированной выборкой двухсотлетних сосен (20 деревьев). Однако гетерозиготность (как ожидаемая, так и наблюдаемая) у них выше, как выше и эффективное число аллелей (табл. 12). Особый вклад в увеличение гетерозиготности вносят такие локусы, как Adh-2, Aat-1, Gpi и 6-Pgd-2 (табл. 11).

Таблица 11

Аллельные частоты по 21 гену у 200-летних деревьев P. sylvestris в Беловежской пуще

Локус Аллель Популяции Локус Аллель Популяции
В целом по БП 200-летние В целом по БП 200-летние
1 2 3 4 5 6 7 8
Aat-1
 
 
 
h-o*
h-e
0
0.85
1.00
1.20
 
 
0.011
0.006
0.972
0.011
0.065
0.055
0.000
0.000
0.950
0.050
0.100
0.095
Lap-2
 
 
h-o
h-e
Mdh-1
0.95
1.00
1.05
 
 
1.00
0.059
0.914
0.027
0.182
0.160
0.944
0.100
0.900
0.000
0.200
0.180
0.975
Окончание таблицы 11
1 2 3 4 5 6 7 8
Aat-2
 
 
 
h-o
h-e
Aat-3
 
 
 
h-o
h-e
Adh-1
 
 
h-o
h-e
Adh-2
 
 
 
h-o
h-e
Gdh
 
h-o
h-e
Gpi
 
 
h-o
h-e
Dia-1
 
 
h-o
h-e
Dia-2
 
 
h-o
h-e
Idh
h-o
h-e
Lap-1
 
 
 
h-o
h-e
0
1.00
1.10
1.25
 
 
1.00
1.90
3.00
5.50
 
 
1.00
1.10
1.20
 
 
0
0.30
1.00
1.60
 
 
1.00
1.30
 
 
0.95
1.00
1.15
 
 
0.85
0.90
1.00
 
 
0.80
0.95
1.00
 
 
1.00
 
 
0
0.95
1.00
1.05
 
 
0.011
0.641
0.283
0.065
0.532
0.505
0.678
0.006
0.305
0.011
0.494
0.447
0.655
0.336
0.009
0.416
0.458
0.000
0.214
0.747
0.039
0.325
0.395
0.698
0.302
0.468
0.422
0.015
0.979
0.006
0.039
0.041
0.182
0.073
0.745
0.442
0.407
0.006
0.006
0.988
0.026
0.024
1.000
0.000
0.000
0.044
0.022
0.928
0.006
0.169
0.136
0.075
0.525
0.225
0.175
0.600
0.638
0.575
0.000
0.425
0.000
0.450
0.489
0.650
0.350
0.000
0.500
0.455
0.050
0.250
0.650
0.050
0.600
0.510
0.775
0.225
0.450
0.349
0.125
0.875
0.000
0.250
0.219
0.325
0.050
0.625
0.650
0.501
0.000
0.000
1.000
0.000
0.000
1.000
0.000
0.000
0.025
0.025
0.950
0.000
0.100
0.096
 
h-o
h-e
Mdh-2
 
 
h-o
h-e
Mdh-3
 
 
 
h-o
h-e
Mdh-4
 
 
 
h-o
h-e
Fl-Est
 
 
 
h-o
h-e
Pgm-1
 
 
h-o
h-e
Pgm-2
 
 
h-o
h-e
6-Pgd-1
 
 
 
h-o
h-e
6-Pgd-2
 
 
 
 
h-o
h-e
 
 
1.15
 
 
0
0.80
1.00
 
 
0
0.70
1.00
1.20
 
 
1.00
3.00
6.50
8.00
 
 
0.30
0.70
1.00
1.05
 
 
0.95
1.00
1.05
 
 
0.95
1.00
1.10
 
 
0.85
0.95
1.00
1.15
 
 
0
0.80
0.90
0.95
1.00
 
 
 
 
0.056
0.065
0.106
0.006
0.010
0.984
0.026
0.032
0.010
0.285
0.705
0.000
0.429
0.422
0.594
0.011
0.272
0.123
0.584
0.558
0.090
0.131
0.735
0.044
0.408
0.433
0.054
0.936
0.010
0.117
0.121
0.006
0.979
0.015
0.039
0.041
0.011
0.448
0.535
0.006
0.584
0.513
0.011
0.017
0.253
0.006
0.713
0.416
0.427
 
 
0.025
0.050
0.049
0.000
0.000
1.000
0.000
0.000
0.000
0.175
0.775
0.050
0.400
0.366
0.625
0.025
0.325
0.025
0.500
0.502
0.075
0.050
0.850
0.025
0.300
0.269
0.025
0.950
0.025
0.100
0.096
0.000
1.000
0.000
0.000
0.000
0.075
0.375
0.550
0.000
0.450
0.551
0.000
0.000
0.375
0.025
0.600
0.600
0.499
 
 

Примечание: h-o - наблюдаемая гетерозиготность по локусу
h-e - ожидаемая гетерозиготность по локусу

Tаблица 12

Значения основных показателей генетического полиморфизма у 200-летних деревьев P.sylvestris Беловежской пущи

Название популяций Доля поли-морфных локусов Среднее число аллелей Средняя гетерозиготность Эффективное число аллелей
Ожидаемая Наблюдаемая
P95 Р99 А Не Но ne
Беловежская пуща
(в целом)
0.714 0.952 3.238 0.271 0.277 1.481
200-летние
деревья
0.762 0.810 2.476 0.279 0.300 1.532

Таким образом, в результате сравнительного анализа 10 популяций сосны обыкновенной, 12 популяций ели европейской и 3 популяций пихты белой установлено:

- беловежские насаждения сосны обыкновенной находятся в хорошем состоянии, обладают богатым генофондом и высоким уровнем генетической изменчивости, что говорит об их стабильности. Особый интерес представляют собой 200-летние деревья-гиганты, прошедшие длительный период естетвенного отбора и имеющие более высокие полиморфные показатели, чем окружающие сосновые насаждения;

- ель европейская в Беловежской пуще на фоне общей схожести генетической структуры с Белорусско-Латвийскими популяциями имеет несколько обедненный генофонд и по таким показателям как средняя гетерозиготность и эффективное число аллелей уступают ряду изученных насаждений, особенно лучшим северобелорусским и латвийским, приближаясь по этим параметрам к краевым популяциям.

- уникальная равнинная популяция пихты белой в Беловежской пуще несмотря на малые размеры и изоляцию не уступает практически по всем показателям насаждениям этого вида в основной части ареала.

Литература

1. Айала Ф. Введение в молекулярную и эволюционную генетику: Пер. с англ. - М., 1984. - 230 с.

2. Гончаренко Г.Г., Падутов В.Е., Поджарова З.С., Крутовский К.В. Генетическая изменчивость у кедровой сосны сибирской //Доклады АН БССР. - 1987. - Т. 31. - N 9. - С. 848 - 851.

3. Гончаренко Г.Г., Падутов В.Е., Потенко В.В. Руководство по исследованию хвойных видов методом электрофоретического анализа изоферментов. - Гомель, 1989. - 164 с.

4. Гончаренко Г.Г., Потенко В.В. Параметры генетической изменчивости и дифференциаци в популяциях ели европейской (Picea abies (L.) Karst.) и ели сибирской (Picea obovata Ledeb.) //Генетика. - 1991. - Т. 27, N 10. - С. 1759 - 1772.

5. Гончаренко Г.Г., Падутов В.Е., Силин А.Е. Генетическая структура, изменчивость и дифференциация в популяциях Pinus sibirica Du Tour //Генетика. - 1992. - Т. 28, N 10. - С. 114 - 128.

6. Духарев В.А., Романовский М.Г., Рябоконь С.М. Гетерозиготность и семенная продуктивность особей сосны обыкновенной //Лесоведение. - 1987. - N 2. - С. 87 - 90.

7. Крутовский К.В., Политов Д.В., Алтухов Ю.П. и др. Генетическая изменчивость сибирской кедровой сосны Pinus sibirica Du Tour. Сообщение 4. Генетическое разнообразие и степень генетической дифференциации между популяциями //Генетика. - 1989. - Т 25, N 11. - С. 2009 - 2032.

8. Крылов Г.В., Марадудин И.И., Михеев Н.И. и др. - М., 1986. - 239 с.

9. Лакин Г.Ф. Биометрия. - М., 1980. - 293 с.

10. Левонтин Р. Генетические основы эволюции: Пер. с англ. - М., 1978. - 350 с.

11. Маценко А.Е. Пихты восточного полушария //Флора и систематика высших растений. - 1964. - Вып. 13. - С. 3 - 103.

12. Падутов В.Е., Гончаренко Г.Г., Поджарова З.С. Генетическая изменчивость у Pinus sylvestris L. //Доклады АН БССР. - 1989. - Т. 33, N 11. - С. 1039 - 1042.

13. Справочник по лесосеменному делу / п/ред.А.И.Новосельцевой. - М., 1978. - 336 с.

14. Brown A.H.D., Moran G.F. Isozymes and the genetic resources of forest trees //Proceedings of Symposium on Isozymes of North American Forest Trees and Forest Insects. July 27, 1979. Berkeley.

15. California./ M.T.Conkle (tech. coord.). - Berkeley, 1981. - P. 1 - 10.

16. Cheliak W.M., Pitel J.A. Techniques for starch gel electrophoresis of enzymes from forest tree species. - Petawawa National Forestry Institute, 1984. - 49 pp.

17. Cheliak W.M., Yeh F.C.H., Pitel J.A. Use of electrophoresis in tree improvement //The Forestry Chronicle. April. - 1987. - P. 89 - 96.

18. Conkle M.T., Hodgskiss P.D., Nunnally L.B., Hunter S.C. Starch gel electrophoresis of conifer seeds: a laboratory manual //USDA For. Serv. Gen. Tech. Rep. PSW-64. - 1982. - 18 p.

19. Conkle M.T., Schiller G., Grunwald C. Electrophoretic analysis of diversity and phylogeny of Pinus brutia Ten. and closely related taxa //Systematic Botany. - 1988. - V.13. - P. 411 - 424.

20. Furnier G.R., Adams W.T. Geographic patterns of allozyme variation in Jeffrey pine //Am. J. Bot. - 1986. - V. 73. - P. 1009 - 1015.

21. Goncharenko G.G., Padutov V.E., and Silin, A.E. Population structure, gene diversity,and differentiation in the natural populations of Cedar Pines (Pinus subsect. Cembrae, Pinaceae) in the USSR // Plant Syst. Evol. - 1992. - V. 182. - P. 121 - 134.

22. Goncharenko G.G., Padutov V.E., and Silin, A.E. Allozymme variation in natural populations of Eurasian pines. II. Genetic diversity, differentiation, and gene flow in Pinus sibirica Du Tour in some lowland and mountain populations //Silvae Genetica. - 1993. - V. 42. - P. 246 - 253.

23. Gullberg U., Yazdani R., Rudin D., Ryman N. Allozyme variation in Scots pine (Pinus sylvestris L.) in Sweden //Silvae Genetica. - 1985. - V. 34. - P. 193 - 201.

24. Guries R.P., Ledig F.T. Genetic diversity and population structure in Pitch pine (Pinus rigida Mill.) //Evolution. - 1982. - V. 36. - P. 387 - 402.

25. Hamrick J.L., Godt M.J.W. Allozyme diversity in plant species //Plant Population Genetics, Breeding and Genetic Resources. Chapter 3/ A.H.D. Brown, M.T. Clegg, A.L. Kahler and B.S. Weir (eds.) - Sinauer Associates, Inc., Sunderland, MA. - 1989. - Р. 43 - 63.

26. Hamrick J.L., Godt M.J.W., Sherman-Broyles S.L. Factors influencing levels of genetic diversity in woody plant species //New Forests. - 1992. - V. 6. - P. 95 - 124.

27. Ledig F.T. Heterozygosity, heterosis and fitness in outbreeding plants //Conservation biology: the science of scarcity and diversity. Sinauer Associates, Sunderland Massachusetts. - 1986. - P. 77 - 104.

28. Mejnartowicz L., Bergmann F. Genetic differentiation among Scots pine populations from the lowland and the mountains in Poland //Lecture Notes in Biomathematics. Population Genetics in Forestry. H.R.Gregorius (ed). Springer-Verlag, New York. 60. - 1985. - Р. 253 - 266.

29. Millar C.I., Strauss S.H., Conkle M.T., Westfall R.D. Allozyme differentiation and biosystematics of the Californian closed cone pines (Pinus subsect. Oocarpae) //Systematic Botany. - 1988. - V. 13. - P. 351 - 370.

30. Moran G.F., Bell I.C., Eldridge K.G. The genetic structure and the conservation of the five natural populations of Pinus radiata //Can. J. For. Res. - 1988. - V. 18. - P. 506 - 514.

31. Nei M. Genetic distance between populations //Amer. Nat. - 1972. - V. 106. - P. 283 - 292.

32. Nei M. Analysis of gene diversity in subdivided populations //Proc. Nat. Acad. Sci. USA.- 1973.- V. 70.- P. 3321 - 3323.

33. Nei M. Molecular population genetics and evolution. - North-Holland Publishing Company, Amsterdam Oxford; American Elsevier Publishing Company, Inc, New York. - 1975. - 234 p.

34. Niebling C.R., Conkle, M.T. Diversity of Washoe pine and comparison with allozymes of ponderosa pine races //Can. J. For. Res. - 1990. - V. 20. - P. 298 - 308.

35. Prakash S., Lewontin R.C., Hubby J.L. A molecular approach to the study of genic heterozygosity in natural populations. IV. Patterns of genic variation in central, marginal and isolated populations of Drosophila pseudoobscura //Genetics. - 1969. - V. 61. - P. 841 - 858.

36. Yeh F.C., Khalil M.A.K., El-Kassaby Y.A., Trust D.C. Allozyme variation in Picea mariana from Newfoundland: genetic diversity, population structure, and analysis of differentiation //Can. J. For. Res. - 1986. - V. 16. - P. 713 - 720.

Опубликовано на стр. 141 - 160.

Оглавление
Следующая статья

Главная Написать письмо Карта сайта