بحث
انتخاب مصنوعی در مدیریت جنگل در عملیات تنککردن و یا انتخاب پایههای بذرگیری عینیت پیدا میکند. تنککردن مهمترین عملیات جنگلشناسی است که توسعه جمعیتهای جنگلی را تحت تأثیر قرار میدهد. تنککردن میتواند با هدف تغییر سن و جوان کردن جمعیت و یا با هدف حذف پایههای بدفرم و بمنظور اصلاح جمعیتها باشد. تنککردن به علت کاهش اندازه جمعیت و یا ترجیح برخی ژنوتیپها و حذف انتخابی درختان، میتواند ساختار ژنتیکی جمعیت را تغییر دهد. دادههای این پژوهش نشان دادند که نه تنها پارامترهای تنوع ژنتیکی بذرها کمتر از درختان جمعیت بود، بلکه میزان شاخص تثبیت یا ضریب خویشآمیزی بذرها مثبتتر از درختان بوده که حاکی از نقص یا کمبود هتروزیگوتها میباشد. این نتایج موافق با مطالعات اولیه Hosius (1993) بود که به وضوح نشان داده بود که ساختار ژنتیکی جمعیت Picea abiesپس از تنککردن انتخابی درختان تغییر مییابد. در چندین مطالعه براساس مارکر ژنی ایزوآنزیمی نیز مشاهده شده است که هتروزیگوسیتی بعد از تنککردن تا حدودی افزایش مییابد ولی تعداد آللها و آللهای نادر کاهش مییابد (Kätzel et al., 2001). در مقابل در چندین مطالعه بر روی گونههای درختی متعددی، تنککردن هیچ اثر یا اثر بارزی بر ساختارهای آللی و ژنوتیپی نگذاشته است (Hussendörfer & Konnert, 2000؛ Konnert & Bauer, 2001؛ Wolf, 2001؛ Dounavi et al., 2002؛ Cremer et al., 2005). چنین نتایجی ناشی از اثر تنککردن بر افزایش جریان ژن بهویژه از جمعیتهای اطراف است. بهطوری که در بررسیهای بسیاری با مطالعه اثر تنککردن انتخابی در پروسههای مدیریت جنگل نشان دادهاند اگرچه تنککردن به وسیله کم کردن تعداد پایههای تولیدمثل کننده بر روی ساختار ژنتیکی میتواند تأثیر بگذارد ولی باعث افزایش جریان گرده میگردد و سطح گوناگونی ژنتیکی را متعادل میکند (Oddou-Muratorio et al., 2004؛ Sork et al., 2005؛ Palstra & Ruzzante, 2008؛ Jacquemyn et al., 2008). در این رابطه نتایج این آزمایش نیز نشان داد تعداد آللهای مشاهده در نمونههای بذرها بیش از درختان جمعیت بود. ولی نکته مهم اثر تنککردن در کاهش تعداد آللهای نادر و تنوع ژنتیکی است. این مسئله بوسیله Rajora و همکاران (2000) در جمعیت Pinus strobousبراساس مارکرهای میکروساتلایتی بخوبی نشان داده شده است. به علت ارتباط بین حضور آللهای نادر و فنوتیپهای خاص درخت، حذف درختان با توجه به فنوتیپ باعث تغییر فراوانی آللی میشود. بهطوری که Hawley و همکاران (2005) با بررسی اثر حذف انتخابی درختان نشان داد که حذف درختانی با فنوتیپ پست باعث کاهش تعداد آللهای نادر و برآوردهای توانمندی ژنتیکی شده است. به علت مزیت تکاملی بلندمدت فرمهای ژنی نادر، فقدان آللهای نادر میتواند منجر به کاهش توانمندی جمعیتها برای سازگاری و نیز کاهش استمرار بقاء در برابر تغییرات محیطی شود. یکی از اصول مهم بسیاری از سیستمهای جنگلشناسی در جنگلهای بالغ، برداشت انتخابی درختان با فنوتیپهای برتر است (Finkeldey & Ziehe, 2004). انتخاب درختانی با ویژگیهای فنوتیپی برتر اثر مخرب بیشتری از انتخاب تصادفی بر ساختار ژنتیکی دارد (Namkoong et al., 2000).
دادههای این پژوهش به وضوح نشان میدهد که انتخاب مصنوعی میتواند ساختار ژنتیکی جمعیتها را تغییر دهد. حذف انتخابی درختان و ژنهایشان از سیستمهای جنگلی در طی فرایند تنککردن، بوسیله تغییر ساختار ژنتیکی و سطح تنوع ژنتیکی روی حاصلخیزی، پایداری اکوسیستم، استمرار طویل مدت و تکامل جمعیتها تأثیر میگذارد. تغییر ساختار ژنتیکی در نتیجه حذف انتخابی ژنهای خاص، تغییر فراوانی ژنها یا بهمریختن سیستمهای تولیدمثلی درون جمعیتها، ساختار ژنتیکی جمعیتهاست (Hawley et al., 2005). بنابراین انتخاب تعداد محدود درخت برای بذرگیری یا برای تجدید حیات در آینده میتواند در درازمدت منجر به فرسایش ژنتیکی جمعیتها شود. ولی برداشت تک درخت یا برداشت جزئی پایهها که در سیستمهای مدیریت جنگلشناسی نزدیک به طبیعت اجرا میشود تأثیری بر روی ساختار ژنتیکی جمعیتها ندارد (Cremer et al., 2005).
سپاسگزاری
پژوهش حاضر توسط مساعدتهای مالی انستیتو بین المللی منابع ژنتیک گیاهی (Bioversity International) به کد پروژه D06C Fellowships و انستیتو ژنتیک گیاهی فلورنس ایتالیا ممکن گردیده است که به این وسیله مراتب قدردانی خود را اعلام میدارم.
منابع مورد استفاده
- رسانه، ی.، مشتاق، م. و صالحی، پ.، 1380. بررسی کمی و کیفی جنگلهای شمال کشور. مجموعه مقالات همایش ملی مدیریت جنگلهای شمال و توسعه پایدار، صفحات 55-79.
- Adams,W.T., Zuo, J., Shimizu, J.Y. and Tappeiner, J.C., 1998. Impact of alternative regeneration methods on genetic diversity in coastal Douglas-fir. Forest Science, 44: 390–396.
- Booy, G., Hendriks, R.J.J., Smulders, M.J.M., Van Groenendael, J.M. and Vosman, B., 2000. Genetic diversity and the survival of populations. Plant Biology, 2: 379–395.
- Boyle, T., 2000. Criteria and indicators for the conservation of genetic diversity. In: Young, A.C., Boshier, D. and Boyle, T. (Eds.). Forest Conservation Genetics: Principles and Practice. CAB International, New York, USA.
- Buiteveld, J., Vendramin, G.G., Leonardi, S., Kamer, K. and Geburek, T., 2007. Genetic diversity and differentiation in European beech (Fagus sylvatica L.) stands varying in management history. Forest Ecology and Management, 247: 98-106.
- Cremer, E., Rumpf, H., Wolf, H., Maurer, W. and Steiner, W., 2005. Führen Durchforstungen zu Veränderunger der genetischen Strukturen von Buchenbeständen. Forst Holz, 60: 184–188.
- Dounavi, K.D., Steiner, W. and Maurer, W.D., 2002. Effects of different silvicultural treatments on the genetic structure of European beech populations (Fagus sylvatica L.). In: von Gadow, K., Nagel, J. and Saborowski, J. (Eds.). Continuous Cover Forestry: Assessment, Analysis, Scenarios. Kluwer Academic Publishers, Dordrecht, Boston, New York, pp. 81–90.
- El-Kassaby, Y.A. and Benowicz, A., 2000. Effects of commercial thinning on genetic, plant species and structural diversity in second-growth Douglas-fir (Pseudotsuga menziesii (Mirb) Franco) stands. Forest Genetics, 7: 193–203.
- El-Kassaby, Y.A., Dunsworth, B.G. and Krakowski, J., 2003. Genetic evaluation of alternative silvicultural systems in coastal montane forests: western hemlock and amabilis fir. Theoretical Applied Genetics, 107: 598–610.
- Finkeldey, R. and Ziehe, M., 2004. Genetic implications of silvicultural regimes. Forest Ecology and Management, 197: 231–244.
- Gilles, A.C.M., Navarro, C., Lowe, A.J., Newton, A.C., Herna´ndez, M.,Wilson, J. and Cornelius, J.P., 1999. Genetic diversity in Mesoamerican populations of mahogany (Swietenia macrophylla), assessed using RAPDs. Heredity, 83: 722–732.
- Glaubitz, J.C., Murrell, J.C. and Moran, G.F., 2003a. Effects of native forest regeneration practices on genetic diversity in Eucalyptus consideniana. Theoretical Applied Genetics, 107: 422–431.
- Glaubitz, J.C., Wu, H.X. and Moran, G.F., 2003b. Impacts of silviculture on genetic diversity in the native forest species Eucalyptus sieberi. Conservation Genetics, 4: 275–287.
- Gower, J.C., 1966. Some distance properties of latent root and vector methods used in multivariate analysis. Biometrika, 53: 325-338.
- Hawley, G.J., Schaberg, P.G., Dehayes, D.H. and Brissette, J.C., 2005. Silviculture alters the genetic structure of an eastern hemlock forest in Maine, USA. Canadian Journal of Forest Research, 35: 143-150
- Hamrick, J.L., Godt, M.J.W. and Sherman-Broylers, S.L., 1992. Factors influencing levels of genetic diversity in woody plant species. New Forestry, 6: 95-124.
- Hosius, B., 1993. Wird die genetische Struktur eines Fichtenbestandes von Durchforstungseingriffen beeinflußt? Forst und Holz, 48: 306–308.
- Hussendörfer, E. and Konnert, M., 2000. Untersuchungen zur Bewirtschaftung von Weisstannen- und Buchenbeständen unter dem Aspekt der Erhaltung genetischer Variation. Forest Snow and Landscape Research, 75: 187–204.
- Jacquemyn, H., Brys, R., Adriaens, D., Honnay, O. and Roldán-Ruiz, I. 2008. Effects of population size and forest management on genetic diversity and structure of the tuberous orchid Orchis mascula. Conservation Genetics,
- Kätzel, R., Nordt, B. and Schmitt, J., 2001. Untersuchungen zum Einfluß der Durchforstungsintensitaät auf die genetische Struktur von Kiefernbeständen in den Berliner Forsten auf der Grundlage von Isoenzym- und DNA-Markern. In: Wolf, H., (Ed.). Nachhaltige Nutzung forstgenetischer Ressourcen. Tagungsbericht zur 24. Internationalen Tagung der Arbeitsgem. f. Forstgenetik u. Forstpflanzenzüchtung. Sächsische Landesanstalt für Forsten, Pirna, Germany, pp. 159–170.
- Konnert, M. and Ruetz, W., 2003. Influence of nursery practices on the genetic structure of beech (Fagus sylvatica L.) seedling populations. Forest Ecology and Management, 184(1-3): 193-200.
- Lee, C., Wickneswari, R., Mahani, M.C. and Zakri, A.H., 2002. Effect of selective logging on the genetic diversity of Scaphium macropodum. Biological Conservation, 104: 107–118.
- MacDonald, S.E., Thomas, B.R., Cherniawsky, D.M. and Purdy, B.G., 2001. Managing genetic resources of Lodgepole pine in West-Central Alberta: patterns of isozym variation in natural populations and effects of forest management. Forest Ecology and Management, 152: 45–58.
- Namkoong, G., Koshy, M.P. and Aitken, S., 2000. Selection. In: Young, A., Boshier, D. and Boyle, T., (Eds.). Forest Conservation Genetics: Principles and Practice. CSIRO and CABI, Collingwood, pp. 101–111.
- Nei, M., 1978. Estimation of average heterozygosity and genetic distance from a small number of individuals. Genetics, 89: 583-590.
- Ningre, F., 1997. Une définition raisonnée de la fourche du hêtre. Revue Forestière Française, 59: 32−40.
- Oddou-Muratorio, S., Demesure,Usch, B, Pélissier, R. and Gouyon P.H., 2004. Impacts of gene flow and logging history on the local genetic structure of a scattered tree species, Sorbus torminalis L. Crantz. Molecular Ecology, 13: 3689–3702.
- Palstra F.P. and Ruzzante D.E., 2008. Genetic estimates of contemporary effective population size: what can they tell us about the importance of genetic stochasticity for wild population persistence? Molecular Ecology, 17(15): 3428-47.
- Pastorelli R., Smulders M.J.M., Van’t Westende W.P.C., Vosman B., Giannini R., Vettori C. and Vendramin G.G., 2003. Characterization of microsatellite markers in Fagus sylvatica L. and Fagus orientalis Lipsky. Molecular Ecology Notes, 3: 76–78.
- Pastorelli, R., Smulders, M.J.M., Westende, W.P.C., Vosman, B. and Giannini, R., 2003. Characterization of microsatellite markers in Fagua sylvatica L. and Fagus orientalis Lipsky. Molecular Ecology Notes, 3: 76-78.
- Peakal, R. and Smouse, P.E., 2006. GenAlEx 6: genetic analysis in Excel Population genetic software for teaching and research. Molecular Ecology Notes, 6: 288–295
- Rajora, O.P., 1999. Genetic biodiversity impacts of silvicultural practices and phenotypic selection in white spruce. Theoretical Applied Genetics, 99: 954–961.
- Rajora, O.P., Rahnam, M.H., Buchert, G.P., and Dancik, B.P., 2000. Microsatellite DNA analysis of genetic effects of harvesting in old-growth eastern white pine (Pinus strobus) in Ontario. Canadian Molecular Ecology, 9: 330–348.
- Raymond, M. and Rousset, F., 1995. GENEPOP (Version 1.2): Population genetics software for exact tests and ecumenicism. Journal of Heredity, 86: 248-249.
- Salehi Shanjani, P., Paule, L., Khavari-Nejad, R.A., Gömöry, D. and Sagheb-Talebi, K., 2002. Allozymic variability in beech (Fagus orientalis Lipsky) forests over Hyrcanian zone. Journal of Forest Genetics, 9: 297-297.
- Salehi Shanjani, P., Vettori, C., Giannini, R. and Khavari-nejad, R.A., 2004. Intraspecific variation and geographic patterns of Fagus orientalis Lipsky chloroplast DNA. Silveae Genetica, 53: 193-197.
- Salehi Shanjani, P. and Vendramin, G.G., 2005. Analysis of genetic diversity of Oriental beech (Fagus orientalis Lipsky) populations as the basis for development of gene conservation strategy in Hyrcanian forests, Iran. The 22th IUFRO World Congress, Brisbane.
- Salehi Shanjani, P., Vendramin, G.G. and Calagari, M., 2008. Assessment of genetic structure within and among Iranian populations of beech (Fagus orientalis Lipsky): Implications for in situ gene conservation. The 8th IUFRO International Beech Symposium, Japon.
- Sork, V.L., Smouse, P.E., Apsit, V.J., Dyer, R.J. and Westfall, R.D. 2005. A two-generation analysis of pollen pool genetic structure in flowering dogwood, Cornus florida (Cornaceae), in the Missouri Ozarks. American Journal of Botany, 92: 262-271.
- Wolf, H., 2001. Auswirkungen von waldbaulichen Eingriffen auf die genetische Struktur von Durchforstungsbeständen der Fichte, Rotbuche und Stieleiche in Sachsen. In: Wolf, H., (Ed.). Nachhaltige Nutzung forstgenetischer Ressourcen. Tagungsbericht zur 24. Internationalen Tagung der Arbeitsgem. f. Forstgenetik u. Forstpflanzenzüchtung. Sächsische Landesanstalt für Forsten, Pirna, Germany, pp. 171–181.
1*- Corresponding author, Asist. Prof., Research Institute of Forests and Rangelands, Tehran, I.R. Iran. E-mail: psalehi@rifr-ac.ir
2- Prof., Institute of Plant Genetic, CNR, Via Madonna del Piano, I-50019 Sesto Fiorentino, Firenze, Italy
3- Asist. Prof., Research Institute of Forests and Rangelands, Tehran, I.R. Iran
The impact of artificial selection as the critical practice in forest management, thinning and selection of seed trees, on genetic structure was examined in oriental beech (Fagus orientalis Lipsky). In ten beech (Fagus orientalis Lipsky) populations along Hyrcanian forests, genotype of trees compared with 10 selected mother trees and their seeds (each 7 seeds) as next generation, based on four highly polymorphic microsatellite loci. In two populations forked and monopodial trees and their seeds were also investigated to study phenotypically based tree selection in forest management. Significant differences were found for allelic richness (Na), effective number of alleles (Ne), number of rare alleles, either for observed (Ho) or expected heterozygosity (He) between trees and seed samples in each population. Because of an association between the occurrence of rare alleles and tree phenotypes, phenotypically based tree removals were associated with a shift in allelic frequency and number of rare alleles, which followed by decreasing future genetic potential. Because of the theoretical long-term evolutionary benefit of unique gene forms, the loss of rare alleles could diminish the potential of populations to adapt to and survive ongoing environmental change. The results indicated that intense selection or thinning might severely affect genetic structure of beech population in long term, confirming efficiency of sustainable stand management policies with emphasis on the close to nature silviculture system and the employment of un-even aged form methods. As beech populations seem not to be affected by single or partial thinning activities, the selection system (both, the single and the group selection system) is a suitable silvicultural system for the Caspian beech forests.