Skogplanteforedling

Skogfrøverket driver foredlingsprogram for gran, furu og bjørk til skogproduksjon. I tillegg har vi program for gran og fjelledelgran for juletrenæringen. For svartor og lutzgran bevarer vi avlsmaterialene fra eldre prosjekter og produserer frø i frøplantasjer. Frøforsyning fra foredlingsprogrammene tar utgangspunkt i at foryngelsesmaterialet skal brukes i skogbehandlingen på samme måte som ikke-foredlete foryngelsesmaterialer i tråd med gjeldende regelverk og standard for bærekraftig skogbruk. Fra Sanderud ved Hamar (bildet), og mange andre proveniensforsøk etablert av Ketil Kohmann (tidligere forsker på NIBIO) på 1990-tallet, har Skogfrøverket et godt grunnlagsmateriale for oppstart av foredlingsprogram for lavlandsbjørk.

Trærnes genetikk er formet av mange millioner år med naturlig utvalg, mutasjoner, klimaendringer, sykdom, overlevelse under knappe forhold i istidsrefugier og innvandringsveiene etter siste istid. Etter siste istid vandret furu, bjørk og gran sannsynligvis inn fra øst, og grana kom ikke over fra Sverige før om lag 1000 – 2000 år siden. Spesielt grana er derfor et relativt ungt treslag i norsk natur, og mange steder i vest og nord kan man fortsatt se 1. generasjons innvandrere spredt i landskapet.

Skogplanteforedlingen tar utgangspunkt i treslagenes naturlige genetiske variasjon og utbredelse. Planteforedlernes målinger og utvalg er basert på næringen og industriens behov, men reflekterer også det naturlige utvalget, der egenskapene som gir god vekst, rette stammer med færre svakheter og riktig klimatilpasning også er egenskaper som også gir fordeler under naturlig seleksjon i naturen.

Frøplantasjene settes sammen av ubeslektede individer som pollinerer fritt og blander genvariantene nesten tilfeldig. I tillegg bidrar pollen fra omkringliggende skog med 20 – 30 % av fedrene til de norske frøblandingene. Dermed er framtidige mulige genkombinasjoner uendelige og alle individer er unike genetisk. En studie gjennomført av Sønstebø m.fl. (2019) viser at frøplantasjer, slik vi forvalter dem i Norge, gir opphav til frøpartier med omtrent like høy genetisk variasjon som frøpartier fra naturlige bestand. Tilsvarende studier finner vi fra andre land og treslag. Forskningen viser også at utvalget til plantasjene representerer den genetiske variasjonen i bruksområdet godt, siden det er lite genetisk differensiering mellom frøplantasjen og de naturlige populasjonene.

Figuren viser fordelingen for høydevekst hos individer i en tenkt basispopulasjon og avkom etter utvalg av disse (2. generasjon). Ved utvalg fra basispopulasjonen vil den genetiske gevinsten, gjennomsnittet i 2. generasjon, avhenge av variasjonen i basispopulasjonen, arvbarheten til egenskapen og utvalgsintensiteten. Det samme vil variasjonen i neste generasjon. Høydevekst er den viktigste egenskapen for de fleste utvalg hos gran og furu. For disse egenskapene er arvbarheten relativt lav og genetisk variasjon høy.

Genetisk variasjon er hele grunnlaget for artenes videre evolusjon og planteforedlernes framtidige mulighet for å utvikle bedre plantemateriale, og det er derfor viktig at variasjonen opprettholdes gjennom skogplanteforedlingen. Utvalg skal påvirke frekvensene av de gunstige genvariantene for vekst, kvalitet og klimatilpasning. Utvalget for gran omfatter mer enn 200 trær i hver foredlingssone, testet under varierende miljøforhold, og vi forutsetter at svært lite genetisk variasjon går tapt i denne prosessen.

Forskningen til Sønstebø m.fl. viser at antall foreldre i frøplantasjene påvirker genetisk variasjon i stor grad. På bakgrunn av denne forskningen etableres nye frøplantasjer med minst 40 ubeslektede foreldretrær for å unngå reduksjon av variasjon i framtidige frøpartier. De eldre frøplantasjene som vi høster frø fra i dag inneholder gjerne over 100 foreldretrær.

Frøplantasjene plantes med de beste individene fra foredlingsprogrammet og overfører foredlingsgevinsten til skogbruket. Granfrøplantasjene er dimensjonert til å produsere 50 millioner skogplanter årlig. Produksjonen i plantasjene er ikke jevn, også her er det variasjon i tid mellom frøårene. Skogfrøverket etablerer nå nye granfrøplantasjer kontinuerlig etter hvert som de gamle går ut av produksjon og avvirkes. De nye frøplantasjene vil settes sammen av mer grundig testet og bedre genetisk materiale enn de eldre.

OECD regelverket for handel med frø kategoriserer frøplantasjer som «kvalifisert» når frøplantasjen inneholder pluss-trær og «testet» når plusstrærne er testet i avkomforsøk. Våre eldste frøplantasjer, som etter hvert går ut av produksjon, er i den første kategorien og forventet genetisk gevinst er der 10 – 15 % økt volumproduksjon. Nyere frøplantasjer omfattes av kategorien «testet» og er 1.5- eller 2. generasjons frøplantasjer siden de inneholder testede foreldre og avkom fra testede foreldre. Forventet genetisk gevinst vil ligge mellom 15 – 25 % økning av volumproduksjonen avhengig av hvor godt foreldrene er testet, størrelsen på foredlingspopulasjonen i gitt foredlingssone og hvordan tilvekst og kvalitet har vært vært vektlagt i utvalget.
Skogfrøverket beregner prognoser for frøproduksjon i frøplantasjer. Disse viser tydelig hvor viktig det er at etablering og drift av frøplantasjer er forutsigbar og effektiv for å sikre stabil frøforsyning.
Nå etableres det nye frøplantasjer for furu for å forsyne hele landet med foredlet frø. Ny frøplantasje for lavlandsbjørk er under etablering, og i tillegg har vi en frøplantasje med svartor og lutzgran.

Les mer om frøplantasjer

Skogfrøverket er ansvarlig for å forvalte foredlingsprogrammene og frøforsyningen. Skogfrøverket samarbeider tett med Norsk institutt for bioøkonomi (NIBIO) for å effektivisere metodene i foredlingen, utvikle analyseverktøy og IKT-infrastruktur, evaluere klimatilpasning og bruksområder for frø, og vurdere hvordan foredlingen påvirker genetisk diversitet.
I forskningsprosjekter samarbeider også Skogfrøverket med University of life sciences i Praha, Skogforsk og SLU i Sverige, Luke og Universitetet i Helsinki i Finland, Biobank AS og Graminor i Norge. Forsøkene til Skogfrøverket blir også gjerne brukt i studentoppgaver, f.eks. Bachelor- og Masteroppgaver, ved NMBU, Nord Universitetet og Høgskolen i Innlandet.

I foredlingspopulasjonen foregår avkomtesting og utvalg som skal bedre produksjon, tilpasning og virkeskvalitet. Foredlingspopulasjonen er stor! Det er over 1100 foreldre til hver generasjon, og flere hundre tusen avkom som skal plantes, måles og bedømmes.

Avkomtestingen er bærebjelken i foredlingen. Den starter med krysninger mellom trær som allerede er vurdert som gode, enten ved en tidligere runde avkomtesting eller som pluss-tre i skogen. Fra krysningene får vi familier som plantes ut i avkomforsøk på minst 4 lokaliteter, med geografisk spredning både i breddegrad, høyde over havet og temperatur. Slik skal tilpasning og robusthet mot klimatisk stress utvikles til å følge klimaendringene.
Fra avkomforsøkene samles det inn data for trærnes vekst, kvalitet, helse og tilpasning. Dette kalles «fenotyping» og dataene brukes til å beregne avlsverdier. Målingene krever store ressurser til manuelt arbeid i en hektisk feltsesong. Men godt planlagte og skjøttede feltforsøk gir godt utgangspunkt for utvalg og relativt høy genetisk gevinst for hver generasjon.

Bildene under viser kontrollerte krysninger i Skogfrøverkets foredlingssenter og arbeid med etablering og måling av avkomforsøk. Krysningene gjøres for å skape nye familier for testing i neste generasjons avkomforsøk.

For å effektivisere den krevende datainnsamlingen LIDAR-skannes nå avkomforsøkene med droner. Skogfrøverket bruker punktskyen fra skanningen til å lage høydemodeller for terreng og enkelttrær og sparer mye tid på feltarbeid i eldre feltforsøk der målinger av høyde tar tid. Dataene brukt her er samlet inn av selskapet Biodrone AS. Bildet viser utdrag fra en punktsky samlet inn med drone-båren LIDAR fra et avkomforsøk. Planteforedlerne må allikevel ut i felt for å hente resterende informasjon om trærnes kvalitet og tilpasning før de kan gjøre utvalg til nye frøplantasjer.

Teknologisk utvikling påvirker fler av metodene i skogplanteforedlingen . De siste årene er det utviklet effektive genotypingsverktøy, såkalte SNP-arrays, som potensielt kan øke effektiviteten i foredlingen. Vi ser at det er spesielt i to hovedretninger de nye verktøyene er veldig relevante:

En retning er genomisk seleksjon, som allerede er svært viktig for husdyravlen og matplanteforedlingen. Mulighetene med genomisk seleksjon for skogtrær kan være store. Men der er også utfordringer med denne metoden hos arter med veldig store genom, der den genetiske variasjonen veldig høy, og populasjonene i stor grad er ubeslektet med liten grad av genetisk struktur.

Den andre måten å bruke DNA-testing på er for slektskapsanalyse. I den tradisjonelle avkomtestingen utnytter vi kjent slektskap etter kontrollerte krysninger. Men krysningene er dyre og krevende å gjennomføre. Med DNA-analyser kan vi finne dette slektskapet uten å gjøre kontrollerte krysninger. Den «genomiske slektskapsmatrisen» kan derfor brukes som erstatning i statistiske analyser og gi planteforedlerne like gode, kanskje bedre avlsverdier. Slektskapsanalysene brukes også til å kvalitetssikre krysninger og utvalg. Det er også ønskelig å bruke metodene for å evaluere og dokumentere genetisk variasjon i frøpartier fra frøplantasjer.

Data fra avkom- og proveniensforsøk i foredlingsprogrammet benyttes også til å lage veiledning for hvor de forskjellige proveniensene bør plantes for å gi sikrest og best produksjon. Veiledningen gis gjennom Proveniensvelgeren.

Gevinsten ved foredling estimeres gjerne i økningen av volumproduksjon pr. arealenhet slik at både vekst og overlevelse har betydning. For gran har vi nå lenge hatt tilgang fra første generasjons frøplantasjer der forventet produksjonsøkning skal være fra 10-15 %. Siden år 2000 er det etablert stadig flere frøplantasjer med testede foreldre (såkalt 1.5 generasjon) og 2. generasjonsforeldre. Forventningen er at disse skal gi en produksjonsøkning på mer enn 20 %.