ispltaИзвестия Санкт-Петербургской лесотехнической академииIzvestia Sankt-Peterburgskoj lesotehniceskoj akademii2079-43042658-5871СПбГЛТУ10.21266/2079-4304.2025.256.397-413isplta-662Research ArticleЛЕСНОЕ ХОЗЯЙСТВОFORESTRYОсобенности роста сеянцев карельской березы, полученных в результате свободного опыления, и выявление среди них носителей признака «узорчатая древесина» с помощью молекулярного маркера BpCW1Growth patterns of curly birch seedlings produced through open pollination and identification of the individuals carrying the ‘figured grain’ trait using BpCW1 molecular markerhttps://orcid.org/0000-0003-2091-905XВетчинниковаЛ. В.VetchinnikovaL. V.

ВЕТЧИННИКОВА Лидия Васильевна – доцент, главный научный сотрудник лаборатории лесных биотехнологий, доктор биологических наук

185910, ул. Пушкинская, д. 11, г. Петрозаводск

ResearcherID: J-5665-2018

VETCHINNIKOVA Lidya V. – DSc (Biology), Assistant Professor, Chief Researcher in the Laboratory for Forest Biotechnology

185910. Pushkinskaya str. 11. Petrozavodsk

ResearcherID: J-5665-2018

vetchin@krc.karelia.ruhttps://orcid.org/0000-0001-6880-2411ТитовА. Ф.TitovA. F.

ТИТОВ Александр Федорович – член-корреспондент РАН, профессор, главный научный сотрудник лаборатории экологической физиологии растений, доктор биологических наук

185910, ул. Пушкинская, д. 11, г. Петрозаводск

ResearcherID: A-67052014

TITOV Aleksandr F. – DSc (Biology), RAS Corr. Fellow, Professor, Chief Researcher in the Laboratory of Plant Ecophysiology

185910. Pushkinskaya str. 11. Petrozavodsk

ResearcherID: A-6705-2014

 

titov@krc.karelia.ruhttps://orcid.org/0009-0001-7015-5230СафронычеваЕ. Д.SafronichevaE. D.

САФРОНЫЧЕВА Елизавета Дмитриевна – младший научный сотрудник 

194021, Институтский пр., д. 21, Санкт-Петербург

ResearcherID: JNT-0110-2023

SAFRONYCHEVA Elizaveta D. – Junior Researcher 

194021. Institute av. 21. St. Petersburg

ResearcherID: JNT-0110-2023

esafronycheva@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0001-8707-7526ЖигуновА. В.ZhigunovA. V.

ЖИГУНОВ Анатолий Васильевич – профессор кафедры лесных культур, доктор сельскохозяйственных наук

194024, Институтский пер., д. 5, Санкт-Петербург

ResearcherID: AAK-8124-2020

ZHIGUNOV Anatolii V. – DSc (Agriculture), Professor

194024. Institute per. 5. St. Petersburg

ResearcherID: AAK-8124-2020 

a.zhigunov@bk.ruИнститут леса ФИЦ «Карельский научный центр Российской академии наук»РоссияForest Research Institute KarRC RASRussian FederationИнститут биологии ФИЦ «Карельский научный центр Российской академии наук»РоссияInstitute of Biology KarRC RASRussian FederationСанкт-Петербургский научно-исследовательский институт лесного хозяйстваРоссияSt. Petersburg Forestry Research InstituteRussian FederationСанкт-Петербургский государственный лесотехнический университет имени С.М. КироваРоссияSt.Petersburg State Forest Technical UniversityRussian Federation2025120320260256397–413Copyright © Ветчинникова Л.В., Титов А.Ф., Сафронычева Е.Д., Жигунов А.В., 20262026Ветчинникова Л.В., Титов А.Ф., Сафронычева Е.Д., Жигунов А.В.Vetchinnikova L.V., Titov A.F., Safronicheva E.D., Zhigunov A.V.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://izvestiya-lta.spbftu.ru/jour/article/view/662

Приводятся результаты изучения роста однолетних сеянцев карельской березы, полученных в результате свободного опыления деревьев, произрастающих в Ленинградской области на территории Гатчинского ПЛСУ, в учебно-производственном питомнике Лисинского лесного колледжа (насаждение «Шапки») и дендропарке Санкт-Петербургского научно-исследовательского института лесного хозяйства («СПбНИИЛХ»). Показано, что ростовые показатели сеянцев существенно различались в зависимости от года и места сбора семян. Так, высота сеянцев из дендропарка СПбНИИЛХа к осени 2023 г. составила в среднем 51,4 см, а диаметр у корневой шейки – 1,6 мм. В 2024 г. наибольшие средние значения этих показателей зафиксированы у сеянцев, выращенных из семян, собранных на Гатчинском ПЛСУ (соответственно, 20,5 см и 2,5 мм), а наименьшие – у сеянцев из дендропарка СПбНИИЛХа (соответственно, 8,2 см и 1,6 мм). Использование молекулярного маркера BpCW1 позволило уже в первый год жизни сеянцев выявить среди них носителей признака «узорчатая древесина», что внешне проявляется, как правило, в возрасте 8 лет и даже позднее. В результате ПЦР-анализа у 43% изученных сеянцев обнаружены продукты амплификации в гомо- или гетерозиготном (476 п.н. или 476/530 п.н.) состоянии, свойственные «узорчатым» растениям карельской березы, что существенно выше, чем считалось ранее для семенного потомства, полученного в результате свободного опыления. Из анализа ростовых показателей следует, что «безузорчатые» растения по средним значениям высоты и диаметра превышают «узорчатые» примерно в 1,5 раза независимо от места сбора семян. Однако только этого показателя недостаточно, чтобы провести их разделение на «узорчатые» и «безузорчатые» растения, учитывая полиморфизм жизненных форм, характерный для карельской березы. На основании проведенной работы сделан вывод о возможности использования семян от свободного опыления для выращивания посадочного материала карельской березы при условии выявления среди них носителей признака «узорчатая древесина» с помощью молекулярного маркера BpCW1, что в раннем возрасте практически невозможно сделать методами, основанными на анализе только внешних (морфологических) признаков. 

The article reports the results of research on the growth of one-year-old curly birch seedlings produced through open pollination and growing in the Leningrad Region in the Gatchina permanent seed production stand (PSPS), training nursery of the Lisino Forest College (Shapki plantation), and arboretum of the St. Petersburg Forestry Research Institute (StPFRI). It is demonstrated that the seedlings’ parameters varied significantly depending on the seed collection year and method. Thus, the average height of seedlings in the StPFRI arboretum by the fall 2023 was 51.4 cm and their root collar diameter was 1.6 mm. In 2024, the average values of these parameters were the highest in seedlings grown from seeds collected in the Gatchina PSPS (20.5 cm and 2.5 mm, respectively) and the lowest in seedlings originating from the StPFRI arboretum (8.2 cm and 1.6 mm). Application of the BpCW1 molecular marker permitted detecting the seedlings with the ‘figured grain’ trait as early as in their first year, whereas this trait would normally have exterior manifestations only at 8 years of age or even later. PCR analysis revealed homo- or heterozygous (476 base pairs or 476/530 base pairs) amplification products characteristic of figured-grain curly birch plants in 43% of the analyzed seedlings, which is notably higher than accepted previously for seed progeny from open pollination. Our analysis of the growth parameters shows that the ‘non-figured’ plants had approximately 1.5-fold higher average height and diameter than the ‘figured’ plants irrespective of the seed provenance. However, these parameters are insufficient for differentiating between ‘figured’ and ‘non-figured’ plants considering the life-form polymorphism of curly birch. It is concluded that seeds from open pollination can be used to produce curly birch planting stock provided that the ‘figured grain’ trait is identified in them by the BpCW1 molecular marker, which is nearly unidentifiable at an early age using conventional methods based on the analysis of exterior (morphological) traits.

карельская березаBetula pendula Roth var. carelica (Mercklin) Hämet-Ahtiсеменное потомстворостузорчатая древесинаcurly birchBetula pendula Roth var. carelica (Mercklin) HämetAhtiseed progenygrowthpatterned woodИсследование выполнено за счет средств Российского научного фонда (проект № 22-16-00096-П «Выявление генетических факторов, контролирующих признак «узорчатость древесины» у карельской березы с использованием высокопроизводительного генотипирования»). Авторы благодарят Е.К. Потокину, Д.С. Каржаева, В.А. Волкова, Р.Ф. Губаева, Е. Григорьеву, М.В. Тисс и всех других участников коллектива, проводящего разносторонние исследования в рамках проекта РНФ.ReferencesВетчинникова Л.В., Титов А.Ф. Карельская береза: разновидность или самостоятельный вид? // ИВУЗ. Лесной журнал. 2020. № 1. С. 26–48. DOI: 10.37482/0536-1036-2020-1-26-48.Evdokimov A.P. Biology and culture of curly birch. Leningrad: LSU, 1989. 222 p. (In Russ.)Ветчинникова Л.В., Титов А.Ф. Карельская береза: важнейшие результаты и перспективы исследований: монография. Петрозаводск: КарНЦ РАН, 2021. 243 с.Ermakov V.I. Mechanisms of birch adaptation to the North conditions. Leningrad: Nauka, 1986. 144 p. (In Russ.).Ветчинникова Л.В., Титов А.Ф., Костина Е.Э., Жигунов А.В. Сибсовое потомство карельской березы на Заонежской лесосеменной плантации // ИВУЗ. Лесной журнал. 2023. № 5. С. 9–26. DOI: 10.37482/0536-1036-2023-5-9-26.Gubaev R., Karzhaev D., Grigoreva E., Lytkin K., Safronycheva E., Volkov V., Nesterchuk V., Vetchinnikova L., Zhigunov A., Potokina E. Dissection of figured wood trait in curly birch (Betula pendula Roth var. carelica (Mercklin) Hämet-Ahti) using high-throughput genotyping. Scientific Reports, 2024, vol. 14, art. no. 5058. DOI: 10.1038/s41598-024-55404-y.Евдокимов А.П. Биология и культура карельской березы. Л.: Изд-во ЛГУ, 1989. 222 с.Heikinheimo O. Kokemuksia visakoivun kasvatuksesta. Commun. Inst. Forest. Fenn., 1951, vol. 39, no. 5, pp. 4–26.Ермаков В.И. Механизмы адаптации березы к условиям Севера. Л.: Наука, 1986. 144 с.Johnsson H. Avkommor av masurbjork. Svenska Skogsvf. Tidskr., 1951, bd. 49, no. 1, ss. 34–45.Жигунов А.В., Ветчинникова Л.В., Губаев Р.Ф., Каржаев Д.С., Волков В.А., Потокина Е.К. BpCW1 – молекулярный маркер для выявления генотипов карельской березы на ранних стадиях развития. Патент на изобретение РФ № 2823809. 2024.Larsen C.M. Masurbirk. Rejseberetning – Masurbirk i Finland. Materialet i arboretet. Dansk Skovforen. Tidsskr., 1940, vol. 25, pp. 33–72.Любавская А.Я. Селекция и разведение карельской березы. М., 1966. 124 с.Lyubavskaya A.Ya. Selection and breeding of Karelian birch. Moscow, 1966. 124 p. (In Russ.)Любавская А.Я. Карельская береза. М.: Лесн. пром-сть, 1978. 158 с.Lyubavskaya A.Ya. Karelian birch. Moscow: Lesnaya promyshlennost, 1978. 158 p. (In Russ.)Мамаев С.А. Формы внутривидовой изменчивости древесных растений. М., 1973. 284 с.Mamaev S.A. Forms of intraspecific variability of woody plants. Moscow, 1973. 284 p. (In Russ.)Николаевская Т.С., Ветчинникова Л.В., Лебедева О.Н., Кузнецова Т.Ю. Морфофизиологическая характеристика пыльцы различных видов березы в условиях Восточной Фенноскандии // Труды КарНЦ РАН. Сер. Биогеография. 2008. Вып. 14. C. 84–91.Nikolaevskaya T.S., Vetchinnikova L.V., Lebedeva O.N., Kuznetsova T.Yu. Morphophysiological characteristics of pollen of different birch species in the conditions of Eastern Fennoscandia. Transactions of Karelian Research Center of the Russian Academy of Sciences. Ser. Biogeography, 2008, iss. 14, pp. 84–91. (In Russ.)Соколов Н.О. Карельская береза. Петрозаводск: Гос. изд. Карело-Финской ССР, 1950. 116 с.Rahimah A.R., Cheah S.C., Rajinder S. Freeze-drying of oil palm (Elaeis guineensis) leaf and its effect on the quality of extractable DNA. J. Oil Palm Res., 2006, vol. 18, pp. 296–304.Соколов Н.О. Отбор и выращивание березы карельской в Ленинградской области с использованием самосева // Лесная генетика, селекция и семеноводство. Петрозаводск, 1970. C. 277–281.Sokolov N.O. Curly birch. Petrozavodsk. 1950. 116 p. (In Russ.)Gubaev R., Karzhaev D., Grigoreva E., Lytkin K., Safronycheva E., Volkov V., Nesterchuk V., Vetchinnikova L., Zhigunov A., Potokina E. Dissection of figured wood trait in curly birch (Betula pendula Roth var. carelica (Mercklin) Hämet-Ahti) using high-throughput genotyping // Scientific Reports. 2024. Vol. 14. Art. no. 5058. DOI: 10.1038/s41598-024-55404-y.Sokolov N.O. Selection and cultivation of Karelian birch in the Leningrad region using self-seeding. Forest genetics, selection and seed production. Petrozavodsk, 1970, pp. 277–281. (In Russ.)Heikinheimo O. Kokemuksia visakoivun kasvatuksesta // Commun. Inst. Forest. Fenn. 1951. Vol. 39, no. 5. P. 4–26.Vetchinnikova L.V., Titov A.F. Curly birch: a variety or a separate species? IVUZ. Forestry journal, 2020, no. 1, pp. 26–48. DOI: 10.37482/0536-1036-2020-1-26-48. (In Russ.)Johnsson H. Avkommor av masurbjork // Svenska Skogsvf. Tidskr. 1951. Bd. 49, no. 1. S. 34–45.Vetchinnikova L.V., Titov A.F. Specific Characteristics of Curly Birch Population Structure. Biology Bulletin Reviews, 2021, vol. 11, no. 4, pp. 414–427. DOI: 10.1134/S2079086421040095.Larsen C.M. Masurbirk. Rejseberetning – Masurbirk i Finland // Materialet i arboretet. Dansk Skovforen. Tidsskr. 1940. Vol. 25. P. 33–72.Vetchinnikova L., Titov A. CURLY BIRCH: major research results and prospects for future research: monograph. Petrozavodsk: KarRC RAS, 2021. 243 p. (In Russ.)Rahimah A.R., Cheah S.C., Rajinder S. Freeze-drying of oil palm (Elaeis guineensis) leaf and its effect on the quality of extractable DNA // J. Oil Palm Res. 2006. Vol. 18. P. 296–304.Vetchinnikova L.V., Titov A.F., Kostina E.E., Zhigunov A.V. Sibs progeny of curly birch on Zaonezhskaya forest seed plantation. IVUZ. Forestry journal, 2023, no. 5, pp. 9–26. DOI: 10.37482/0536-1036-2023-5-9-26. (In Russ.)Vetchinnikova L.V., Titov A.F. Specific Characteristics of Karelian Birch Population Structure // Biology Bulletin Reviews. 2021. Vol. 11, no 4. P. 414–427. DOI: 10.1134/S2079086421040095.Zhigunov A.V., Vetchinnikova L.V., Gubaev R.F., Karzhaev D.S., Volkov V.A., Potokina E.K. BpCW1 – a molecular marker for identifying curly birch genotypes at early stages of development. Patent for invention of the Russian Federation No. 2823809. 2024. (In Russ.)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.