Происхождение семян
Происхождение семян — это стратегия поиска семян, которая фокусируется на географическом расположении источников семян в контексте экологического восстановления и лесного хозяйства . Происхождение семян относится к географическому местоположению родительского растения, из которого были собраны семена.
Генетический материал семян различается в зависимости от места сбора. [1] Выбор подходящего происхождения является важным решением, обеспечивающим долгосрочный успех усилий по восстановлению путем поддержания местных генетических и экологических связей, адаптивного потенциала, а также во избежание рисков аутбридинговой депрессии или других вредных генетических эффектов. [1] Традиционный подход к происхождению заключался в получении семян на месте восстановления (местное происхождение), но угрозы изменения климата вызвали споры о том, может ли использование неместных источников быть полезным для долговечности широкомасштабных усилий по восстановлению при определенных обстоятельствах.
Стратегии происхождения
[ редактировать ]Местное происхождение
[ редактировать ]Местное происхождение — это стратегия происхождения, которая основана на исключительном использовании семян, полученных либо на участке восстановления (строгое местное происхождение), либо рядом с местом восстановления (смягченное местное происхождение), и долгое время оставалась в центре внимания руководящих принципов восстановления. [1] [2] Эта стратегия основана на концепции местной адаптации , согласно которой использование семян, адаптированных к местным условиям, лучше всего влияет на долговечность проектов восстановления, поскольку они повышают приспособленность к местной среде, снижая риск дезадаптации к местным условиям и возникновения аутбридинговой депрессии. [3] [4] [5] Также было обнаружено, что использование местных семян может иметь важное значение для защиты важных биотических взаимодействий , включая взаимодействие с опылителями и устойчивость к патогенам. [6]
При использовании местного происхождения для широкомасштабной реставрации может быть сложно определить «местное» происхождение. Утверждалось, что наиболее полезным подходом к определению местного происхождения является подход, основанный на генетической информации, например, использование значительной генетической дифференциации (например, дифференциации по нейтральным или адаптивным генетическим маркерам) для описания происхождения. [1] Однако это может быть невыполнимо для всех специалистов по восстановлению из-за времени и затрат, необходимых для этого подхода.
Стратегии нелокального происхождения
[ редактировать ]Хотя долгое время считалось, что лучше всего использовать семена местного происхождения, поскольку местные семена будут лучше всего адаптированы к условиям, были выдвинуты аргументы в пользу отказа от строгого использования местных семян для популяций, которые, как ожидается, столкнутся с быстро меняющимися экологическими условиями. условия перед лицом изменения климата . Это связано с тем, что использование местного происхождения может создать популяцию, которая не будет обладать достаточной адаптивной генетической изменчивостью, чтобы справиться с будущими изменениями окружающей среды, что ставит под угрозу долговечность широкомасштабных усилий по восстановлению. [7] Кроме того, строгое использование местного происхождения может способствовать инбридингу и низкой генетической изменчивости в популяции, что еще больше угрожает способности популяции сохраняться в долгосрочной перспективе. [8] При этом было предложено множество новых стратегий происхождения, дополняющих местные источники происхождения нелокальными, чтобы максимизировать эволюционный потенциал и увеличить долгосрочный успех восстановленных популяций, которые сталкиваются с меняющимися условиями окружающей среды; эти предлагаемые стратегии включают примеси, композиты, климатическую поправку и прогнозируемое происхождение. [9]
Эти предлагаемые методы определения происхождения не применимы ко всем усилиям по восстановлению, и успех каждого из них зависит от контекстуальных факторов каждой популяции, которые включают в себя: [1]
- Биология видов растений, демография и история эволюции [1]
- Неоднородность и динамика ландшафта [1]
- Приоритеты, ресурсы и масштабы специалиста по реставрации [1]
Эти недавно предложенные методы основаны на более теоретической основе, поскольку экспериментальные испытания были проведены ограниченно. Таким образом, необходимо провести много будущих исследований, чтобы создать основу для практического применения этих предлагаемых методов определения происхождения в контексте реставрации; это исследование может быть сосредоточено на сборе научно обоснованных методов восстановления посредством полевых испытаний, углублении знаний об адаптивных процессах и оценке потенциальных рисков и преимуществ каждого метода происхождения. [1]
Происхождение примеси
[ редактировать ]Происхождение примесей смешивает самые разные виды происхождения в пределах диапазона видов, обеспечивая семена каждого происхождения в равных пропорциях. [6] Целью этого метода определения происхождения является увеличение постоянной генетической изменчивости в популяции, тем самым увеличивая адаптивный потенциал. [6]
Композитное происхождение
[ редактировать ]Комплексное происхождение направлено на имитацию динамики потока генов как способ создания адаптивного потенциала в восстановленной популяции; это делается путем смешивания семян как местного, так и неместного происхождения, но с большей долей местных семян и постепенно меньшим количеством семян из более отдаленных источников. [5]
Происхождение с учетом климата
[ редактировать ]Происхождение с учетом климатических условий направлено на повышение климатической устойчивости восстановленной популяции. Он включает в себя смесь местных и нелокальных источников происхождения в зависимости от климатического градиента, используя больше семян из сред, которые с большей вероятностью могут встретиться в будущем. [10] Эта стратегия позволит ввести в популяцию предварительно адаптированные генотипы, поддерживая генетическую изменчивость и улучшая эволюционную устойчивость популяции. [10]
Прогнозируемое происхождение
[ редактировать ]Прогнозирование происхождения — это стратегия, призванная повысить адаптационную способность восстановленного населения перед лицом меняющегося климата. В этой стратегии предлагается получать семена из растений, которые естественным образом адаптированы к будущим климатическим условиям, с которыми, по прогнозам, столкнется целевая популяция, путем введения предварительно адаптированных генотипов. [11]
Практическое применение
[ редактировать ]
Рекомендации по передаче семян
[ редактировать ]Использование источника происхождения важно для руководящих принципов передачи семян в области лесного хозяйства и экологического восстановления , поскольку важно подобрать посадочные места с хорошо адаптированными источниками семян для создания здоровых и продуктивных насаждений. Руководства по передаче семян устанавливают общие правила, которые применяются при посадке на участках, где этот вид встречается в природе, но могут также устанавливать правила для конкретных видов. Они также устанавливают зоны передачи семян, то есть территории, внутри которых можно перемещать растительные материалы с минимальным риском дезадаптации из-за сходства климатических условий. [12] Зоны переноса семян учитывают отличительные места обитания, которые встречаются в пределах ареала вида, и разделяются на основе этого, поскольку определенные особи этого вида лучше подходят для этого участка. [12] Они также могут учитывать генетические различия между популяциями, предполагая, что местные популяции лучше всего адаптированы к местной среде. [13] Размер зоны семенных деревьев может варьироваться от нескольких тысяч акров до многих тысяч квадратных миль, поскольку различия в топографии влияют на степень неоднородности окружающей среды, наблюдаемой на территории. [13]
Исторически сложилось так, что карты семенных зон деревьев основывались на климатической, топографической и растительной информации, что определяло общие правила переноса и семенные зоны для всех видов. [13] Однако в настоящее время признано, что виды по-разному реагируют на общие семенные зоны из-за генетических различий и влияния окружающей среды. Например, виды лесных деревьев демонстрируют большие генетические различия в выживаемости, скорости роста, морозостойкости и других характеристиках. [13] Таким образом, лесная служба США теперь определяет семенные зоны деревьев и правила их переноса для конкретных пород лесных деревьев в дополнение к общим рекомендациям, которые применяются при посадке в семенных зонах, где эти виды встречаются естественным образом. [13]
Развитие зон передачи семян
[ редактировать ]Поскольку собрать полные геогенетические данные по каждому виду, используемому в проекте восстановления, сложно из-за нехватки времени и ресурсов, для проектов восстановления разработаны различные типы зон передачи семян. Некоторые типы зон переноса семян широко применимы ко всем видам растений, тогда как другие применяются к конкретным видам, если имеется достаточно данных. Из этих типов зон переноса семян выделяют временные, климатически адаптированные и эмпирические зоны переноса семян.
Зоны временной передачи семян
[ редактировать ]Зоны временной передачи семян являются наиболее распространенными семенными зонами и могут применяться к любым видам растений для управления посадкой семян; они используются, когда для интересующего вида нет никакой генетической информации. [14] Они используют геопространственные климатические данные для определения регионов относительного климатического сходства, прогнозируя регионы местной адаптации к климатическому градиенту. [14]
Климатические зоны передачи семян
[ редактировать ]Зоны переноса семян с учетом климата обеспечивают конкретные рекомендации для зон посева, используя как модели распределения видов, так и климатическую информацию для прогнозирования относительной производительности семян на целевом участке. [15] Поскольку эти зоны передачи семян применяются к конкретным видам, они могут уменьшить количество предполагаемых источников семян для каждого вида, помогая менеджерам сбалансировать как экологические, так и экономические соображения. [15]
Эмпирические зоны переноса семян
[ редактировать ]Эмпирические зоны переноса семян являются наиболее точными зонами переноса семян для определения конкретных видов, поскольку они получены на основе эмпирических данных, собранных в ходе полевых экспериментов. [16] При разработке этих семенных зон используются испытания происхождения для выявления источников происхождения, хорошо адаптированных к целевому региону, которые представляют собой эксперименты в обычном саду, в которых оценивают растения по морфологии, фенологии, продуктивности и физиологическим признакам. [17] На основе этих данных применяется статистический анализ для разработки моделей, связывающих генетические вариации в целевом регионе, что позволяет определить семенные зоны. [15]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б с д и ж г час я Брид, Мартин Ф; Харрисон, Питер А; Бишофф, Армин; Дуррути, Паула; Гелли, Ник Джей Си; Гонсалес, Эмили К; Хейвенс, Кайри ; Карманн, Мэрион; Килкенни, Фрэнсис Ф; Краусс, Зигфрид Л; Лоу, Эндрю Дж; Маркес, Педро; Невилл, Пол Дж; Витт, Пати Л; Бучарова, Анна (01.07.2018). «Приоритетные действия по улучшению процесса принятия решений о происхождении» . Бионаука . 68 (7): 510–516. дои : 10.1093/biosci/biy050 . ISSN 0006-3568 .
- ^ Бучарова, Анна; Дурка, Уолтер; Хельцель, Норберт; Коллманн, Йоханнес; Михальски, Стефан; Боссдорф, Оливер (декабрь 2017 г.). «Являются ли местные растения лучшими для восстановления экосистемы? Это зависит от того, как вы анализируете данные» . Экология и эволюция . 7 (24): 10683–10689. Бибкод : 2017EcoEv...710683B . дои : 10.1002/ece3.3585 . ISSN 2045-7758 . ПМЦ 5743477 . ПМИД 29299248 .
- ^ Маккей, Джон К.; Кристиан, Кэролайн Э.; Харрисон, Сьюзен; Райс, Кевин Дж. (сентябрь 2005 г.). « Насколько локально локально?» — Обзор практических и концептуальных проблем генетики восстановления» . Реставрационная экология . 13 (3): 432–440. Бибкод : 2005ResEc..13..432M . дои : 10.1111/j.1526-100X.2005.00058.x . ISSN 1061-2971 . S2CID 1267883 .
- ^ Мортлок, Уоррен (август 2000 г.). «Местные семена для восстановления растительности: откуда возьмутся все эти семена?» . Экологический менеджмент и восстановление . 1 (2): 93–101. Бибкод : 2000ЭкоМР...1...93М . дои : 10.1046/j.1442-8903.2000.00029.x . ISSN 1442-7001 .
- ^ Jump up to: а б Бродхерст, Линда М.; Лоу, Эндрю; Коутс, Дэвид Дж.; Каннингем, Сол А.; Макдональд, Морис; Веск, Питер А.; Йейтс, Колин (ноябрь 2008 г.). «Поставка семян для широкомасштабного восстановления: максимизация эволюционного потенциала» . Эволюционные приложения . 1 (4): 587–597. Бибкод : 2008EvApp...1..587B . дои : 10.1111/j.1752-4571.2008.00045.x . ISSN 1752-4571 . ПМЦ 3352390 . ПМИД 25567799 .
- ^ Jump up to: а б с Брид, Мартин Ф.; Стед, Майкл Г.; Оттуэлл, Ким М.; Гарднер, Майкл Г.; Лоу, Эндрю Дж. (февраль 2013 г.). «Какое происхождение и где? Стратегии поиска семян для восстановления растительности в меняющихся условиях» . Сохраняющая генетика . 14 (1): 1–10. Бибкод : 2013ConG...14....1B . дои : 10.1007/s10592-012-0425-z . ISSN 1566-0621 . S2CID 254426835 .
- ^ Мориц, Крейг (6 мая 2004 г.). «Единицы сохранения и транслокации: стратегии сохранения эволюционных процессов» . Эредитас . 130 (3): 217–228. дои : 10.1111/j.1601-5223.1999.00217.x .
- ^ Лоу, Эндрю (21 февраля 2015 г.). «Местное не всегда лучше». Революция биоразнообразия . Австралийский центр эволюционной биологии и биоразнообразия.
{{cite web}}: Отсутствует или пусто|url=( помощь ) - ^ Бирн, М; Пробер, С; Маклин, Лиз; Стейн, Д; Запас, Вт; Поттс, Б; Вайанкур, Рене (2013). Адаптация к климату широко распространённых видов эвкалиптов . Национальный исследовательский центр по адаптации к изменению климата. ISBN 978-921609-98-5 .
{{cite book}}: Проверять|isbn=значение: длина ( справка ) - ^ Jump up to: а б Пробер, Сюзанна М.; Бирн, Маргарет; Маклин, Элизабет Х.; Стейн, Дороти А.; Поттс, Брэд М.; Вайланкур, Рене Э.; Сток, Уильям Д. (23 июня 2015 г.). «Происхождение с учетом климатических изменений: стратегия устойчивого к изменению климата восстановления экологии» . Границы экологии и эволюции . 3 . дои : 10.3389/fevo.2015.00065 . ISSN 2296-701X .
- ^ Вулридж, Кристофер Б.; Фант, Джереми Б.; Флорес, Ана И.; Шульц, Келли; Крамер, Андреа Т. (январь 2023 г.). «Изменение общей пригодности в зависимости от источника семян: прогнозы по прогнозированию происхождения» . Реставрационная экология . 31 (1). Бибкод : 2023ResEc..3113717W . дои : 10.1111/rec.13717 . ISSN 1061-2971 .
- ^ Jump up to: а б «Картирование исходной зоны WWETAC TRM» . www.fs.usda.gov . Проверено 10 марта 2024 г.
- ^ Jump up to: а б с д и Рэндалл, Уильям; Беранг, Пол (2002). Зоны переноса семян Вашингтонского дерева (PDF) . Департамент природных ресурсов штата Вашингтон.
- ^ Jump up to: а б Шрайок, Дэниел Ф.; ДеФалко, Лесли А.; Эск, Тодд К. (октябрь 2018 г.). «Инструменты поддержки пространственных решений для управления восстановлением и поиском семян на юго-западе пустыни» . Экосфера . 9 (10). дои : 10.1002/ecs2.2453 . ISSN 2150-8925 .
- ^ Jump up to: а б с «Картирование исходной зоны WWETAC TRM» . www.fs.usda.gov . Центр оценки экологической угрозы дикой природе Запада – Лесная служба США . Проверено 12 марта 2024 г.
- ^ «Зоны переноса семян» . Программа местных растений плато Колорадо . Бюро землеустройства. 07.06.2021 . Проверено 12 марта 2024 г.
- ^ Риск, Клара; Маккенни, Дэниел В.; Педлар, Джон; Лу, Пэнсинь (26 января 2021 г.). «Сборник исследований происхождения деревьев в Северной Америке и соответствующих исторических климатических данных для семи видов» . Научные данные . 8 (1): 29. Бибкод : 2021НатСД...8...29Р . дои : 10.1038/s41597-021-00820-2 . ISSN 2052-4463 . ПМЦ 7838313 . ПМИД 33500421 .