Kuva: Metla/Teuvo Nikkanen

Metsänjalostus 2050 - pitkän aikavälin metsänjalostusohjelma

[  Ilmastonmuutos | Biotekniikka | Biotekniikan sovellutukset metsänjalostuksessa | Päätelmiä biotekniikan mahdollisuuksista metsänjalostuksessa ]

Ilmastonmuutos

Ihmisen toiminnan ennustetaan johtavan jo lähivuosina ilmastonmuutoksiin, jotka vaikuttavat monin tavoin luontoon ja ihmisen elämään. Ratkaisevin merkitys ilmastonmuutoksessa on fossiilisten polttoaineiden käytössä syntyvän hiilidioksidin lisääntymisellä. Hiilidioksidin lisääntyminen ilmakehässä johtaa maapallon keskilämpötilan nousuun. Ennusteiden mukaan lämpeneminen olisi nopeinta manneralueilla, erityisesti pohjoisilla maa-alueilla talvisin.

Suomen osalta mallit ennustavat 2,4–7,4 °C lämpötilan ja 6–37 % sademäärän kasvua vuoteen 2080 mennessä. Vuoteen 2050 mennessä lämpötilan kohoaminen olisi 1,8–5,2 °C . Voidaan siis olettaa, että kuluvan vuosisadan lopulla Suomen ilmasto muistuttaa lämpöoloiltaan Etelä-Ruotsin nykyisiä lämpöolosuhteita. Etenkin Etelä-Suomen talvi on lämpenevässä ilmastossa uhanalainen.

Kotimaiset metsäpuut ovat perinnöllisesti sopeutuneita nykyiseen vallitsevaan paikallisilmastoon. Tämä tulee selvästi esiin luonnonpopulaatioiden kasvurytmin ajoittumisessa, jossa on nähtävissä selvä etelä-pohjois –suuntainen kliini. Tämän lisäksi puille on kehittynyt luonnonvalinnan tuloksena lämpötilaan ja valoperiodiin perustuvia säätelymekanismeja, jotka ovat sopeutuneita vuosien väliseen lämpöolojen vaihteluun. Niiden voidaan olettaa toimivan joustavana puskurina myös pitempiaikaista ilmastonmuutosta vastaan. Metsäpuut kykenevät mm. erottamaan lopputalven leudot säät varsinaisesta keväästä ja siten välttämään lämpiminä vuosina ennenaikaisesta kasvuunlähdöstä aiheutuvat pakkasvauriot. Myös metsäpuiden alkuperäsiirtokokeiden perusteella näyttäisi siltä, että kasvukauden aikaisesta lämpenemisestä ei sinänsä aiheutuisi vakavaa riskiä metsäpuille. Erityisesti Pohjois-Suomessa, jossa lämpötila nykyisin on kasvua rajoittava tekijä, ilmastonmuutoksen vaikutukset saattavat osoittautua metsätalouden näkökulmasta katsoen pääosin myönteisiksi. Vuoteen 2080 mennessä pohjoisten metsien kasvun on arvioitu lisääntyvän jopa 70 % lämpenemisen johdosta.

Ennusteiden mukaisena toteutuessaan ilmastonmuutoksen nopeudelle ei löydy vertailukohtaa puiden evolutiivisesta historiasta. Tämä merkitsee sitä, etteivät nykyiset metsänviljelyaineistot ilmeisesti ole optimaalisesti sopeutuneita niiden kiertoajan lopulla vallitsevaan ilmastoon. Puiden vuosirytmin kannalta talveentumisen myöhästyminen ja siitä aiheutuva altistuminen myöhäissyksyn pakkasvaurioille on eräs uhkatekijä. Toinen uhkatekijä on vastaavasti talvilevon ennenaikainen purkautuminen keväällä.

Kotimaiset metsäpuut kykenevät perinnöllisesti sopeutumaan muuttuvaan ilmastoon, mutta välttämättä tämä ei tapahdu luonnossa riittävän nopeasti. Valintajalostuksen avulla sopeutumista voidaan nopeuttaa ja siten varmistaa metsien tuotantokyvyn säilyminen tulevaisuudessa. Tämä edellyttää tehokasta, mahdollisimman erilaisissa ympäristöissäsuoritettavaa testausta ja valintaa tulevaisuuden ilmastoon mahdollisimman hyvin sopeutuvien, geneettisesti joustavien yksilöiden löytämiseksi ja hyödyntämiseksi metsänviljelyaineiston tuotannossa. Toissijaisesti ilmaston muutokseen varautumisessa voidaan soveltaa migraatiota eli aineiston tuontia sellaisista ilmasto-olosuhteista, joita ei Suomessa tällä hetkellä esiinny, mutta joiden voidaan olettaa yleistyvän tulevaisuudessa. Käytännössä nämä aineistot olisivat peräisin ruotsalaisista jalostuspopulaatioista, joiden kohdealueet kattavat ilmastollisesti laajemman gradientin kuin Suomessa.

Biotekniikka

Biotieteiden kehitys on luomassa uuden laajan keinovalikoiman kasvin- ja kotieläintuotannon sekä teollisten prosessien tehostamiseen. Esimerkiksi geenisiirrot on jo otettu käyttöön maatalous- ja puutarhakasvien jalostuksessa ja viljelyssä. Epävarmuus uuden teknologian haittavaikutuksista ihmiselle ja luonnolle on kuitenkin hillinnyt tätä kehitystä.

Moderni bio- ja geenitekniikka tarjoaa lupaavia näkymiä myös metsänjalostuksen nopeuttamiseen ja täsmentämiseen. Puuvartiset kasvit ovat kuitenkin kaikenlaisen bio- ja geeniteknisen käsittelyn kannalta vaikeampia kohteita kuin ruohovartiset vilja- ja vihanneskasvit. Havupuut ovat tässä suhteessa erityisen hankalia – ne ovat ehkä kaikkein vaikein ja vähiten tunnettu ryhmä ihmisen hyödyntämistä eliöistä. Näistä syistä uusien tekniikoiden hyödyntäminen metsäpuiden tutkimuksessa ja jalostuksessa laahaa muiden tuotantokasvien jäljessä.

Geenitekniikan mahdollisuudet metsäpuilla nähdään erityisen suuriksi, mutta vasta pitemmällä aikavälillä. Geeniteknisesti käsiteltyihin aineistoihin väistämättä liittyvien pitkien testausaikojen takia menetelmien sovellusmahdollisuudet käytännön jalostustyöhön näyttävät juuri tällä hetkellä varsin kaukaisilta. Metsäpuilla geneettisen kokoonpanon muokkaamista rajoittaa myös se, että ihminen ei voi muuttaa ja säädellä niiden elinympäristöä samassa mitassa kuin pelto- ja puutarhakasveilla sekä kotieläimillä. Metsäpuut ovat viljelykasveinakin vielä paljolti luonnonkasveja ja erittäin monimutkaisten ja lukemattomien vuorovaikutussuhteiltaan heikosti tunnettujen kasvi-, eläin- ja pieneliöiden muodostamien ekosysteemien jäseniä.

Metsäpuiden bio- ja geenitekninen tutkimus on ollut vireää ympäri maailmaa, mutta käytännön sovelluksiin uudet tekniikat eivät juuri ole johtaneet jalostus- ja viljelytaimien mikrolisäystä lukuunottamatta.

Biotekniikan sovellukset metsänjalostuksessa

Biotekniikasta metsänjalostuksessa haetaan apua perinteisen jalostustyön ja sen tulosten käyttöönoton nopeuttamiseen. Jalostushyötyjen siirtäminen käytäntöön perustuu kaikkialla maailmassa pääosin edelleen siemenviljelytekniikkaan, johon liittyy väistämättä pitkä tuotantoviive viljelysten perustamisesta kaupallisesti merkittävän siementuotannon alkamiseen (poikkeuksena koivut).

• Kasvullinen lisäys

Kasvullinen lisäys on biotekniikan sovellus, jolla valinnan tulokset voidaan hyödyntää nopeasti ja täysimääräisesti. Löydettyjen huippuyksilöiden edulliset ominaisuudet saadaan siirrettyä sellaisenaan viljelyaineistoon. Kanadalaisten tutkimustulosten mukaan sikäläisten kuusilajien (lähinnä valkokuusi) pituuskasvua voidaan lisätä parasta valikoitua kloonimateriaalia käyttämällä jopa 22–45 %. Kasvullista lisäystä voidaan voidaan hyödyntää niin jalostetun aineiston massatuotannossa kuin jalostuksessakin. Käytännön taimituotantoon sopivien kasvullisten lisäysmenetelmien kehittäminen on jalostustutkimuksen suurin haaste ja tulevaisuuden toive.

Jalostuksessa siirtyminen kasvullisesti lisätyn aineiston avulla tapahtuvaan kloonitestaukseen nopeuttaisi valintaa huomattavasti, koska siementaimiehdokkaiden kukittaminen ja jälkeläisten kasvatusvaihe jäisivät pois. Kuusella ja koivulla kasvullisen lisäyksen ongelmat ovat jokseenkin ratkaistu, mutta männyllä joudutaan edelleen käyttämään vanhoja menetelmiä.

• Kloonien fysiologisen vanhenemisen estäminen

Kloonien fysiologinen vanheneminen heikentää kasvullisen lisäämisen onnistumista ja vaikeuttaa erityisesti kuusella lupaavaa kloonitestaukseen perustuvaa jalostusta. Männyllä ongelma on vieläkin suurempi kuin kuusella ja lehtipuilla taas vähäisempi. Biotekniikka tarjoaa tähän ongelmaan menetelmän, kryopreservaation, jossa kasvimateriaalia säilytetään nestemäisessä typessä. Kuusella voidaan käyttää myös kasvullisten alkioiden tuottoon perustuvaa kloonausta ja kylmäsäilytystä.

• Merkkigeeniavusteinen varhaisvalinta

Monien taloudellisesti tärkeiden ominaisuuksien todellinen arvo selviää vasta myöhäisessä vaiheessa. Näiden ominaisuuksien varhaisen ja kypsän iän geneettisistä korrelaatioista on toistaiseksi hyvin vähän tietoa. Riittävän tiheän geenikartan avulla voidaan paikallistaa vaikeasti jalostettavia kvantitatiivisia ominaisuuksia sääteleviin perintötekijöihin kytkeytyneitä ns. merkkigeenejä. Kohdistamalla valintaa näihin merkkigeeneihin voidaan itse ominaisuuden valintaa nopeuttaa ja tehostaa.

Merkkigeeniavusteista valintaa ei liene vielä sovellettu missään käytännön jalostusohjelmassa, mutta menetelmän toimivuus on osoitettu monissa tutkimuksissa. Sen ottaminen käyttöön jalostuksessa edellyttää vielä pääpuulajiemme perimän kartoituksen tarkentumista sekä merkkigeenien ja kvantitatiivisten ominaisuuksien välisten kytkentöjen selvittämistä. Lähitulevaisuudessa yksittäisten perintötekijöiden kartoitus ja niiden vaikutusten tutkiminen voi mahdollistaa tärkeiden ominaisuuksien valinnan jo nuorissa taimissa.

Menetelmän ensimmäiset sovellukset olisivat todennäköisesti männyn ilmastonkestävyyden sekä eri puulajien puuaineen ominaisuuksien (ligniinien pitoisuus ja rakenne, lahonkestävyys) valinnassa. Merkkigeeniavusteinen valinta ei poistaisi kenttäkoetestauksen tarvetta, mutta aineiston esikarsintamenetelmänä se saattaisi suuresti vähentää testauksen työmääriä ja pinta-aloja tai kasvattaa valinta-aineiston määrää ja valinnan intensiteettiä. Merkkiominaisuuksia käyttämällä voidaan myös tunnistaa puuyksilöt esim. tarkistettaessa risteytyksissä käytettyjen vanhempien ja siemenviljelyksille vartettujen kloonien oikeellisuutta.

• Geenisiirrot

Geenisiirtotekniikat ovat metsäpuilla kehittyneet samaan tahtiin kuin muilla kasveilla. Tutkimuksen työvälineinä geenisiirrot hallitaan jo varsin hyvin koivulla ja kuusella. Geenisiirto mäntyyn on onnistunut, mutta menetelmän kehittäminen tutkimuskäyttöönkin on vielä kesken. Tekniikoiden soveltamisen ongelmat keskittyvät siirtogeenisten solukoiden regenerointiin sekä, millaisia geenejä voidaan siirtää organismista toiseen.

Epäilykset vieraiden siirtogeenien sivuvaikutuksista kasvien perimässä ja niiden siirtymisestä muihin kasveihin ovat johtaneet tiukkojen turvamääräysten luomiseen. Geenitekniikan turvamääräysten takia geenisiirtojen onnistumisen, pysyvyyden ja vaikutusten pitkäaikainen seuranta ei ole toistaiseksi mahdollista edes perustutkimuksen tasolla.

Geenitekniikan tärkein anti jalostukselle on tähän mennessä ollut ja luultavasti tulee tulevaisuudessakin olemaan perustiedon lisääntyminen puissa molekyylitasolla tapahtuvista biokemiallisista prosesseista ja niiden geneettisestä ohjauksesta.

Päätelmiä biotekniikan mahdollisuuksista metsänjalostuksessa

Moderneista biotieteistä ei todennäköisesti kannata odottaa mitään nopeaa ja käänteentekevää ratkaisua metsänjalostuksen ongelmiin. Vaikka uusia lupaavia tekniikoita näyttäisi jo olevan metsänjalostajan käden ulottuvilla, useimpien hyväksikäytön tiellä on vielä monia vakavia esteitä.