Effect of forest management on genetic diversity and spatial genetic structure of scots pine (pinus sylvestris l.) stands

Disertacijoje nagrinėjamas paprastosios pušies (Pinus Sylvestris L.) DNR polimorfizmas medyno lygmenyje t.y. paprastosios pušies populiacijų genetinės įvairovės pasiskirstymo dėsningumai medyno lygmenyje ir antropogeninės veiklos poveikis jų genetinei įvairovei. Šiais tyrimais buvo siekta atsakyti į tokius svarbius klausimus, kiek ir kokio dydžio bei formos giminingų medžių grupių vyrauja medynuose, kokią įtaką turi medyno atkūrimo metodas būsimo medyno genetinei įvairovei, kokią įtaką medynų genetinei įvairovei daro ugdymo kirtimai. Tyrimui naudoti 12 aukšto polimorfiškumo, genetinės skiriamosios gebos ir patikimumo mikrosatelitinės DNR žymekliai, kaip vienas tiksliausių žinomų metodų individų tėvystės ir giminystės nustatymo tyrimuose. Atlikti tyrimai atskleidė, jog natūralios kilmės paprastosios pušies medynuose vyrauja 2-4 giminingų medžių grupės, kurios išsidėstę mišriai ir nesudaro erdviškai tęstinių grupių. Pušynų atkūrimo metodas neturi reikšmingos įtakos medynų alelininės įvairovės rodikliams, tačiau natūraliu žėlimu atkurti pušynai turi ženkliai didesnį įvaisos (inbrydingo) laipsnį ir mažesnį stebimą heterozigotiškumą nei natūralios ir dirbtinės kilmės medynai. Erdvinis genetinių grupių išsidėstymas po atvejinių kirtimų atkurtame medyne yra neatsitiktinis, formuojasi erdviškai tęstinės grupės. Retinimų įtakos genetinei įvairovei retrospektyvaus modeliavimo tyrimas atskleidė, kad paprastosios pušies medynuose ugdomieji kirtimai, eliminuojant medžius pagal skersmenį, neturi reikšmingo poveikio medynų heterozigotiškumui ir bendrų alelių įvairovei, tačiau sukelia reikšmingą retų alelių praradimą. Retų alelių praradimas ugdant pušynus yra ženkliai mažesnis, jei ugdymo intensyvumas neviršija 30 procentų.This thesis addresses the problem of how forest management may affect genetic diversity and structure of Scots pine stands. We raise questions as what is the spatial genetic structure in natural stands of Scots pine? How establishment method and thinning regimes affect this genetic structure and genetic diversity? This problem is poorly investigated for Scots pine and is important because it is the main forest tree species in Europe. The main aim of the study was to assess the effect of the main forest management operations on genetic diversity and structure in Scots pine stands. The objectives were based on DNA markers to assess: (1) the small scale spatial genetic structure in mature natural stands of Scots pine, (2) the effect of the most common establishment methods of Scots pine stands on the genetic diversity and genetic structure, and (3) the effects of common tending treatments on genetic structure and genetic diversity in Scots pine stands. For DNA analysis we used 12 hight polymorphism microsatelites markers. The study of spatial genetic structure of Scots pine showed that there are 2 to 4 discreate genetic groups in naturally-born stands of Scots pine and these groups are intermixed with each other and do not form spatial groups. The study on the genetic consequences of the three most common establishment methods of Scots pine stands based on large sample sizes and large set of polymorphic DNA markers showed that the establishment method has little effect on the allelic diversity, however, the progeny after the natural regeneration (seed tree method) possessed markedly higher inbreeding and lower heterozygosity than the planted and naturally born stands. The spatial genetic structure of Scots pine stands after seed tree regeneration method may not be random and there could be a risk for development of spatial genetic groups of trees. The retrospective modelling of loss of genetic diversity indicates that for stands of Scots pine such as those investigated in our study diameter-based tending in young stands and thinning in mature stands has minor effect on heterozygosity, expected inbreeding or the common allelic diversity but causes a significant loss of rare alleles.Žemės ūkio akademijaVytauto Didžiojo universiteta