Metsänjalostus ja metsien geneettinen monimuotoisuus

Tekstin sisältämät hyperlinkit johtavat termien selityksiin erilliselle sanastosivulle.

Mitä on metsien perinnöllinen monimuotoisuus?

Metsäpuiden monimuotoisuus näkyy eroina niiden ulkomuodossa, kasvussa ja muissa ominaisuuksissa. Eroja aiheuttavat sekä ympäristö että puiden perimä. Kaiken perinnöllisen monimuotoisuuden taustalla ovat erot puiden perimäaineksessa, DNA-molekyyleissä, joihin syntyy muutoksia mutaatioiden seurauksena. Osa näistä muutoksista näkyy puiden ominaisuuksissa, kun taas osa niistä on neutraaleja eivätkä vaikuta puihin mitenkään.

Vaikka tietyn puulajin yksilöiden DNA on 99-prosenttisesti samanlainen, muuntelu jäljelle jäävässä yhdessä prosentissa tuottaa kaikki havaittavat perinnölliset erot lajitovereiden välillä. Luonnossa esimerkiksi kaksi lähekkäistä mäntyä voivat siis erota toisistaan miljoonissa DNA:n eri kohdissa. Tämä muuntelu on sekä metsänjalostuksen että luonnonvalinnan pääraaka-aine ja edellytys.

Kaksi kuusentainta, joissa eri aikaan puhjenneet kerkät — Kuusen silmujen puhkeamisen ajoitus keväällä vaihtelee myös saman metsikön puiden välillä. Kuva: Erkki Oksanen / Luke

Kuusen silmujen puhkeamisen ajoitus keväällä vaihtelee myös saman metsikön puiden välillä. Kuva: Erkki Oksanen / Luke

Suurin osa metsäpuista lisääntyy suvullisesti. . Lukuun ottamatta kasvullisesti lisääntyviä lajeja, kuten juurivesoista uudistuvaa haapaa, jokainen metsikön puu on saanut vanhemmiltaan ainutlaatuisen perintötekijöiden yhdistelmän. Myös jokainen suomalainen metsänjalostuksen työmenetelmillä tuotettu siementaimi on perimältään ainutlaatuinen. Siemenviljelyksillä tuotetun siemenen onkin todettu olevan perinnöllisesti yhtä monimuotoista kuin luonnonmetsissä tuotettu siemen.

Geenivirta ylläpitää metsäpuiden monimuotoisuutta ja samalla tasoittaa eroja metsiköiden välillä. Siitepöly ja sen sisältämä perintöaines leviävät ympäröiviin metsiköihin ja pitkiäkin matkoja tuulen avulla. Saman puulajin metsiköt ovatkin suurimmassa osassa perimän DNA:ta hyvin samankaltaisia koko Europan alueella, mikä tarkoittaa, että suurin osa geneettisestä monimuotoisuudesta löytyy jo jokaisen metsikön sisältä. Kuitenkin ympäristöön sopeutumisen kannalta tärkeissä perinnöllisissä ominaisuuksissa metsiköt voivat poiketa merkitsevästi toisistaan eri puolilla lajin levinneisyysaluetta.

Metsien perinnöllisen monimuotoisuuden merkitys

Vallitseviin ympäristöolosuhteisiin perimältään parhaiten soveltuvilla yksilöillä on korkeampi todennäköisyys selvitä hengissä, pysyä terveenä ja tuottaa jälkeläisiä. Sukupolvien saatossa luonnonvalinta sopeuttaa metsiämme muuttuviin olosuhteisiin. Luonnonvalinta voi vaikuttaa vain, jos metsiköissä on jo valmiiksi läsnä uusiin ympäristön vaatimuksiin sopivia perinnöllisiä piirteitä. Kansallinen geenivarastrategia arvioi geneettisen muuntelun tarvetta pitkällä aikavälillä ja on määrittänyt erillisiä suojelutoimenpiteitä muuntelun säilyttämiseksi.

Perinnöllistä monimuotoisuutta tarvitaan myös viljelymetsissä, sillä muuttuva ilmasto sekä uudet taudit ja tuholaiset voivat aiheuttaa paljon kuolemia metsiin, jos kasvatettava materiaali on perinnöllisesti liian yksipuolista.

Sukusiitos ja sukusiitosheikkous

Sukusiitos, eli toisilleen läheisten sukulaisten lisääntyminen keskenään, on mahdollista myös metsäpuilla. Useat puulajit ovat kykeneviä jopa itsesiitokseen, jossa puu pölyttää oman emikukkansa. Kaikilla valtapuulajeillamme: koivulla, kuusella ja männyllä, sukusiitos johtaa asteittain heikkolaatuisempiin jälkeläisiin riippuen sukusiitoksen asteesta. Itsesiitoksen seurauksena syntyneistä jälkeläisistä useimmat kuolevat jo alkiovaiheessa tai hyvin nuorina. Esimerkiksi männyn itsepölyttyneistä alkioista yli 85 % kuolee siemenen kehityksen aikana ja itämään selvinneiden siemenien taimien kasvu on keskimäärin hitaampaa ja kuolleisuus yleisempää kuin taimien, joiden vanhemmat eivät ole sukulaisia. Ilmiötä kutsutaan sukusiitosheikkoudeksi.

Sukusiitosheikkous johtuu haitallisista geenimuodoista, jotka eivät aiheuta haittaa, jos yksilö perii sellaisen vain toiselta vanhemmaltaan, ja toiselta vanhemmalta vastaavan terveen geenimuodon. Tällöin haitallisen geenimuodon sanotaan esiintyvän heterotsygoottisena. Jos taas yksilö perii saman haitallisen geenimuodon molemmilta vanhemmiltaan, eli se esiintyy homotsygoottisena, on seurauksena ongelmia kasvussa ja kehityksessä. Mitä läheisempää sukua vanhemmat ovat keskenään - ääripäänä itsesiitos - sitä todennäköisemmin jälkeläinen perii samoja haitallisia geenimuotoja molemmilta vanhemmiltaan monessa kohdassa genomia. Sukusiitos siis lisää homotsygotian määrää jälkeläisten genomissa ja näin nostaa haitallisten geenimuotojen ilmenemisen todennäköisyyttä.

Koska suku- ja itsesiitos ovat haitallisia, on puille kehittynyt erilaisia keinoja niiden välttämiseksi. Esimerkiksi emi- ja hedekukinnot voivat sijaita eri osissa puun latvusta tai saman puun emi- ja hedekukinta tapahtuu hieman eri aikaan. Myös tuulipölytys vähentää sukusiitoksen määrää, koska tuuli kuljettaa siitepölyä hyvin tehokkaasti pitkiäkin matkoja. Siemenviljelyksillä suku- ja itsesiitosta vältetään koostamalla siemenviljelykset useista pluspuista, jotka eivät ole sukua keskenään, ja istuttamalla samasta pluspuusta peräisin olevat vartteet eri osiin siemenviljelystä.

Jalostetun metsänviljelyaineiston perinnöllinen monimuotoisuus

Geneettinen monimuotoisuus jalostetuissa viljelymetsissä. Kuvan sisältämä informaatio on selitetty sivun tekstissä. — Kuva: Dorota Paczesniak

Metsäpuiden jalostusohjelma perustuu suureen määrään pluspuita, jotka on valittu eri puolilta Suomea hyvän kasvun ja ulkoisten laatuominaisuuksien perusteella. Pluspuiden suuri määrä ja jakautuminen eri lähtöisyysalueille takaavat sen, että Suomen metsäpuiden perinnöllinen monimuotoisuus on varsin hyvin edustettuna jalostusohjelmassa.

Lisätietoa valinnasta

Metsänjalostuksessa pluspuita risteytetään keskenään, ja jälkeläistöistä valitaan parhaat yksilöt seuraavan jalostuskierroksen risteytysvanhemmiksi. Jälkeläisvalinnoissa otetaan huomioon jalostettavien ominaisuuksien lisäksi myös perinnöllisen monimuotoisuuden ylläpito. Jalostuspopulaatio voidaan esimerkiksi jakaa osalinjoihin, joiden sisällä jalostusta viedään eteenpäin. Näin voidaan jalostaa tehokkaasti ja samalla varmistaa monimuotoisuuden säilyminen kokonaispopulaatiossa. Geneettisen monimuotoisuuden ylläpitoa pystytään nykyisin tukemaan myös genomisten menetelmien avulla; suoraan DNA:sta luetun genotyyppisen tiedon avulla voidaan varmistua genomisen monimuotoisuuden toteutuneesta tasosta.

Lisätietoa risteytyksistä

Jalostettu metsänviljelyaineisto saadaan siemenviljelyksiltä tai kasvullisen lisäyksen keinoin. Kullekin siemenviljelykselle on vartettu pluspuita monelta eri paikkakunnalta. Siitepölyä tulee myös viljelysten ulkopuolelta – lukuun ottamatta kasvihuoneisiin perustettuja siemenviljelyksiä (esimerkiksi koivu). Suvullisessa lisääntymisessä muodostuu joka kerta uusia perintötekijöiden yhdistelmiä, ja jokainen syntyvä siemen on ainutlaatuinen.

Lisätietoa siemenviljelyksistä

Kasvullisessa lisäyksessä monimuotoisuuden taso määräytyy lisäyksessä käytettävien perimältään erilaisten yksilöiden lukumäärän mukaan. Kasvullisesti tuotettuja puita on vielä varsin vähän metsissä, lähinnä hybridihaapametsiköitä ja visakoivikoita, mutta kasvullisen lisäyksen mahdollisuuksia pyritään hyödyntämään myös havupuilla.

Lisätietoa kasvullisesta lisäyksestä

Metsänviljelyaineiston kauppaa käsittelevässä laissa ja vastaavassa EU direktiivissä säädellään klooniaineistojen tuotantoa. Havupuiden, erityisesti kuusen kasvullisen lisäyksen tekniikoiden kehittyminen ja laajempien kasvullisten metsiköiden istuttaminen voi lisätä tarvetta seurata perinnöllisen muuntelun määrää metsiköissä tarkemmin. Mallintaen on kuitenkin jo pohdittu turvallista kloonien minimilukumäärää metsässä.

Metsänviljely jalostetulla aineistolla voidaan tehdä käyttämällä siemenviljelyssiemeniä metsäkylvöön tai istuttamalla niistä taimitarhalla kasvatettuja taimia. Istutukseen voidaan käyttää myös kasvullisesti lisättyjä taimia, joskin niiden osuus metsänviljelyssä on hyvin pieni.

Kunkin kylvö- tai istutusalan sisäiseen perinnölliseen monimuotoisuuteen vaikuttaa siten valittava siemen- tai taimimateriaali, mutta lisäksi myös ympäröivistä metsiköistä leviävät luonnontaimet, joiden osuus voi olla huomattava. Alueellista monimuotoisuutta lisää se, että lähekkäisillä uudistusaloilla voidaan käyttää eri siemenviljelyksiltä peräisin olevaa materiaalia. Kultakin siemenviljelykseltä saataville siemenille samoin kuin kasvullisesti tuotetulle aineistolle on määritetty käyttöalue, jonka ilmasto-oloihin kyseisen aineiston katsotaan soveltuvan.

Siemenalkuperien käyttöalueiden määritys

Luontainen uudistaminen ja geneettinen monimuotoisuus

Mäntymetsiä ja koivikoita voidaan uudistaa luontaisesti siemenpuuhakkuulla eli jättämällä hyvälaatuisia valtapuita siementämään kuviolle. Männyn siemenpuuhakkuussa jätetään noin 50–100 mäntyä hehtaarille, koivun siemenpuuhakkuussa vähemmän, noin 10–12 koivua hehtaarille. Peitteisenä kasvatettavista jatkuvan kasvatuksen kuusivaltaisista metsiköistä korjataan puuta poiminta-, pienaukko- tai ylispuuhakkuilla ja metsiköiden oletetaan uudistuvan luontaisesti suurten puiden siementäessä uutta taimiainesta alueille.

Männyn ja muiden valopuuvaltaisten metsiköiden uudistamisesta siemenpuuhakkuilla on varsin hyvin tietoa, myös pohjoismaisista metsistä. Siemenpuuhakkuun ajatellaan muistuttavan varsin paljon luontaista uudistumista metsäpalon jälkeen, jolloin suurimmat puut paloalueella tai sen vieressä siementävät ja synnyttävät alueelle uuden taimikon. Suurimmassa osassa tutkimuksia ei ole havaittu suuria eroja geneettisessä monimuotoisuudessa siemenpuuhakkuiden ja täysin luontaisesti uudistuvien metsiköiden välillä.

Eri-ikäismetsien lisääntymisen genetiikasta tai hakkuiden geneettisistä vaikutuksista ei ole vielä tutkimustuloksia pohjoismaisista metsistä ja muillakin alueilla tutkimuksia on niukasti. Vanhanaikaisen määrämittaharsinnan on joillain puulajeilla havaittu rikastuttavan harvinaisten ja mahdollisesti haitallisten geenimuotojen esiintyvyyttä ja niiden homotsygotiaa jäljelle jäävässä puustossa. Määrämittaharsinnat eivät kuitenkaan kuulu nykyisiin jatkuvan kasvatuksen suosituksiin.

Metsätalousmetsien toivotaan mukautuvan muuttuvaan ilmastoon ilman suuria taloudellisia menetyksiä. Jalostettua materiaalia käytettäessä voidaan ottaa huomioon ilmastomuutoksen vaikutus kasvukauteen siemenerien käyttöalueiden määrityksessä, ja metsänjalostuksen avulla lisätä puiden resilienssiä abioottisia ja bioottisia tuhoja vastaan. Luontaisesti uudistuvissa metsiköissäkin geenimuotojen suhteelliset määrät muuttuvat muuttuvien olosuhteiden mukaan luonnonvalinnan seurauksena, mutta muutos on paljon hitaampaa kuin esimerkiksi jalostettua taimimateriaalia käytettäessä.