Генетические свойства семян являются важнейшим фактором, влияющим на продуктивность и биологическую устойчивость насаждений.
Однако на протяжении истории лесовыращивания практическая деятельность лесного хозяйства не отвечала научным основам генетики и селекции по отбору и размножению лучших форм лесных деревьев. Почти всегда преобладало естественное стремление вырубать лучшие деревья и насаждения. При лесовосстановлении часто использовались семена, неизвестные по происхождению и наследственным свойствам (заготовку их поручали местному населению без указания места сбора и контроля). Семена собирали преимущественно с низкорослых, обычно уродливых и суковатых деревьев, или в плодоносящих молодняках. Семена сосны и ели часто заготавливались на лесосеках со срубленных деревьев. В результате этого имела место «отрицательная селекция».
В лесном хозяйстве и агролесомелиорации допускались нецелесообразные перевозки семян. Так, в 1949—1952 гг., семенные желуди, собранные во влажных лесорастительных условиях западной Украины, завезли в Астраханские и Волгоградские степи. Это причинило серьезный ущерб лесоразведению и в некоторой мере самой идее улучшения природы степей с помощью лесонасаждений. В пятидесятые годы в лесхозах европейской части СССР, в частности в Московской области, широко использовали семена лиственницы сибирской алтайской разновидности (экотипа), хотя опытами В. Д. Огиевского и С. А. Самофала была установлена непригодность ее семян для выращивания устойчивых насаждений в этих районах.
Известно также, что в течение длительного времени западноевропейские торговцы заготовляли и сбывали во многие страны Европы в массовом количестве лесные семена без учета происхождения и наследственных свойств пород, а также условий местности будущего их использования для выращивания лесов. В результате этого погибло много насаждений, а сохранившиеся оказались низкопродуктивными (изреженными, низкоствольными, суковатыми и т. д.). Такие столетние живые памятники в виде участков так называемых «пьяных сосняков», выращенные из западногерманских (дармштадтских) семян, сохранились до наших дней в лесах Украины (Тростянецкий лесхоззаг), в Воронежской, Липецкой и других областях РСФСР. Местные леса оказались засоренными малоценными деревьями инорайонного происхождения, которые продолжают опылять деревья местных форм, ухудшая качество их потомства. Поэтому упорядочение заготовок и использование семян с учетом их наследственных особенностей являются важнейшей задачей интенсификации лесокультурного производства.
Насаждения того или иного вида растений развиваются в различных лесорастительных условиях, что приводит к образованию географических, климатических и эдафических экотипов, популяций и форм, приспособленных к данным условиям. Вследствие этого один и тот же вид растения в пределах своего ареала неравноценен по биологическим, экологическим, а значит и лесоводственным свойствам. Он отличается специфическими наследственными свойствами, которые передаются следующему поколению. Главным фактором, влияющим на географическую изменчивость вида, является размер ареала. Виды с очень большими естественными ареалами (например, сосна обыкновенная — абориген большинства районов Европы и Азии) обладают гораздо большим генетическим разнообразием, чем виды с ограниченными ареалами, например, сосна пицундская (абориген небольшого района Западного Закавказья на причерноморских обрывах и склонах). В пределах ареала данного вида важным фактором является разнообразие окружающей среды. Сосна пицундская не подвергается воздействию больших климатических изменений в пределах естественного ареала и, следовательно, не обладает большой генетической изменчивостью, связанной с местом происхождения. Значительно большая географическая изменчивость у видов, произрастающих в равнинных и гористых местностях, например, у сосны обыкновенной. Не менее важным фактором является степень разъединенности ареала. Виды со сплошным ареалом имеют возможность для обильного взаимообмена генами. Влияние отбора в разных местах может быть неодинаковым, но если экотипы постоянно обмениваются пыльцой и семенами, они генетически могут и не отличаться друг от друга. Однако у вида, растущего в горном регионе, различные части ареала, вероятно, были географически изолированы у сотен поколений. Можно привести достаточно примеров, в которых географические экотипы (расы), разделенные расстоянием в 100—200 км, генетически полностью отличаются друг от друга. На значение географической изменчивости влияют и неизвестные нам факторы. Так, у туи западной, распространенной в восточной части Северной Америки, ареал достаточно велик, но географическое разнообразие относительно небольшое, а у сосны тайваньской при сравнительно небольшом ареале степень разнообразия довольно высокая.
Образовавшиеся популяции вида хорошо приспособлены к условиям, где они возникли. В связи с этим лесоводы, как правило, используют для лесокультурных целей семена местной заготовки, наследственные свойства которых способствуют выращиванию устойчивых и продуктивных насаждений. Однако иногда в силу объективных причин (неурожай и др.) приходится использовать семена из других районов страны. Большую ценность в этом смысле представляют опыты по выращиванию растений в одинаковых условиях из семян, собранных в ряде далеко отстоящих друг от друга насаждений (обычно естественных), так называемые географические культуры.
Первые опыты по изучению влияния происхождения семян на рост и развитие культур провели финские лесоводы в XVIII в. Однако результаты исследований впервые в 1857 г. опубликовал Луи де Вильморен (Франция), который заложил опытные культуры из семян сосны обыкновенной, собранных в нескольких регионах Северной Европы. Он доказал, что географическая изменчивость сосны обусловлена не влиянием окружающей среды, как объясняли ранее, а ее генетической природой. На территории нашей страны впервые географические культуры сосны были заложены М. К. Турским в 1877—1891 гг. в лесной даче бывшей Петровской, ныне Московской сельскохозяйственной академии им. К. А. Тимирязева, а затем сосны и лиственницы — В. Д. Огиевским в 1911—1914 гг. в Собичском лесничестве Сумской области, Никольском лесничестве Киевской области, Охтинском лесничестве под Петербургом, Казанском опытном лесничестве и др., а также дуба в Тульских засеках. В 1928—1930 гг. по инициативе А. И. Колесникова были заложены географические культуры сосны в Красно-Тростянецком опытном лесничестве Сумской области на площади 18,8 га. В последующие годы были заложены богатые по набору географические культуры сосны (353 образца) и ели (108 образцов) под Воронежем, а также опытные культуры дуба в Московской и Воронежской областях, в Башкирской и Калмыкской АССР, в Краснодарском крае (27 образцов). В шестидесятых годах заложены опыты в Архангельской области, в Эстонии, на Украине и в других районах страны. Эксперимент Вильморена был повторен в 1908 г. Международным объединением лесных исследовательских организаций (ИЮФРО) в 11 районах с использованием в каждом 13 партий семян из разных мест Центральной Европы. В 1938 г. в эксперименте ИЮФРО изучалось уже 65 партий семян сосны обыкновенной из Северной и Центральной Европы, причем географические культуры были заложены не только в нескольких местах Европы, но и в США.
Более чем столетний опыт использования инорайонных семян и географические культуры свидетельствуют, что лучшие по продуктивности, качеству и устойчивости лесные насаждения получают при использовании семян местного происхождения или взятых из районов, сходных по почвенно-климатическим условиям. Сосны северного происхождения удовлетворительно, хотя и в 2 раза медленнее местных, растут под Киевом и Черниговом, а сосны украинского происхождения погибают уже в первое десятилетие под Ленинградом, Архангельском и даже под Воронежем. В то же время в центральной Швеции лучше растут деревья южного происхождения, хотя по выживаемости они уступают северным. Во многих экспериментах в США деревья местного происхождения также росли хуже, чем деревья из насаждений, находившихся в 50—500 милях от них. Очевидно, это связано с тем, что при заготовке семян использовались разные формы, расы и разновидности древесных пород или не лучшие маточные деревья и насаждения одной и той же популяции или экотипа. Кроме того, каждый экотип обладает определенными возможностями приспособления к новым условиям среды, т. е. резервами изменчивости, поэтому имеет экологический ареал, в границах которого при лесовыращивании можно использовать семена без ущерба для хозяйства. Все популяции и экотипы того или иного вида растений способны лучше приспосабливаться к новым более благоприятным условиям среды и, наоборот, имеют ограниченные возможности приспособления к более суровым условиям. Чем благоприятнее для потомства новые условия произрастания, тем на большие расстояния можно завозить семена. Например, в районе Тростянца Сумской области удовлетворительно произрастает большее число географических форм сосны, чем под Ленинградом и Казанью.
При использовании семян из суровых условий в более благоприятных древесные породы в определенной степени проявляют склонность к замедленному росту. Однако по устойчивости и качеству в культурах они превосходят растения, выращенные из местных семян. Следует отметить, что по пластичности, т. е. по приспособленности к новым условиям среды, разные экологические формы неодинаковы, Это, очевидно, связано прежде всего с историей заселения и условиями формирования данной популяции или экотипа. Разнообразные, неустойчивые условия среды, где растение в процессе естественного отбора воспитывается на разных фонах или возможно перекрестное опыление (гибридизация) между разными формами, способствуют образованию пластичных экотипов. Однообразные, устойчивые и односторонние (специфические) условия среды, вероятно, содействуют выработке узких (консервативных) наследственных форм. Условия эти могут быть как суровые (ленточные боры Алтая для сосны), так и весьма благоприятные, изнеживающие растения (европейская часть). Семена более пластичных экотипов пригодны для выращивания насаждений в сравнительно далеких от места их заготовки районах.
Немаловажное значение имеет также лесотипологическое происхождение семян. В засушливых юго-восточных районах Украины приживаются и лучше растут культуры из желудей, привезенных из западных сухих дубрав, чем из местных, собранных во влажных условиях.