Browsing by Subject "kuusi"

Ligniini on maakasveille hyvin tärkeä makromolekyyli. Se on olennainen osa esimerkiksi vettä ja ravinteita kuljettavien puusolukon solujen soluseinää. Ligniini on myös osallisena kasvien puolustuksessa muita organismeja vastaan. Lisäksi se on tärkeä osa metsien ekologiassa ja ihmisen hyödykkeenä. Prosessia, jossa kasvisolun seinään muodostuu ligniiniä, sanotaan puutumiseksi, eli lignifikaatioksi. Tällöin lignifikoituvan solun sisällä syntetoidut ligniinin monomeerit – monolignolit - kuljetetaan solukalvon yli soluseinään, jossa ne polymeroituvat ligniiniksi. Vähitellen kasvisolun soluseinän selluloosan, hemiselluloosien, pektiinien ja rakenne-proteiinien muodostama verkosto tukkiutuu ligniinistä. Lignifikoituessaan solu käy samalla läpi ohjelmoidun solukuoleman. Monolignolien synteesistä tiedetään suhteellisen paljon, samoin kuin ligniinin polymerisaatiosta. Monolignolien kuljetuksesta sen sijaan ei ole tietoa. Eri hypoteesien mukaan monolignolit voivat kulkeutua solukalvon yli joko diffuusion, golgin laitteen rakkuloiden tai kuljettajaproteiinien eli transportterien avulla. Teoria golgin laitteesta on osoitettu epätodennäköiseksi ja diffusiostakaan ei ole todisteita aidoilla solukalvoilla. Siksi pro gradu –tutkielmani tarkoituksena onkin testata hypoteesia transportterivälitteisestä kuljetuksesta. Tutkittavina ovat kasveissa hyvin yleiset ABC-transportterit, joiden tiedetään kuljettavan sekundaarisen aineenvaihdunnan tuotteita. Tutkielmassani testasin ABC-transportterihypoteesia kuusen (Picea abies) ligniiniä tuottavilla A3/85-liuosviljelmäsoluilla sekä bioninformatiikan keinoin. A3/85-soluille syötettiin radioaktiivista fenyylialaniinia – monolignolisynteesin raaka-ainetta – yhdessä ABC-transportteri-inhibiittoreiden (Reversin 121 ja vanadaatti) kanssa. Inhibiittoreilla ei kuitenkaan ollut vaikutusta solujen erittämien fenyylialaniinin fenolituotteiden tai näiden sokerijohdannaisten määrään. Bioinformatiikan keinoin taas yritettiin löytää kuusen (Picea spp.) ja männyn (Pinus spp.) EST-kirjastoista hyviä ABC-transportteriehdokkaita monolignolien kuljetukseen. Erityisesti lignifikoituvassa solukossa esiintyvää, ominaisuuksiltaan sopivaa ABC-transportteria ei kuitenkaan löytynyt. Tämän perusteella kuljetuksesta vastaa todennäköisesti jokin muu transportteri tai kuljetus ei tapahdu lainkaan transportterin välityksellä. Tutkielmassani oli testattavana myös usein esitetty ajatus monolignolien myrkyllisyydestä, josta ei kuitenkaan ole tehty asiaan kuuluvaa selvitystä. Monolignolien odotetulla myrkyllisyydellä saatetaan kasvitieteessä perustella erinäisiä väittämiä, joten ajatuksen paikkansapitävyys on syytä varmistaa. Hypoteesia monolignolien myrkyllisyydestä testasin lisäämällä ligniiniä tuottamattomien tupakan (Nicotiana tabacum) liuosviljelmäsolujen (BY-2) kasvatusalustaan monolignoli koniferyylialkoholia. Koniferyylialkoholi aiheutti solujen lignifikaation sekä tappoi solut korkeissa pitoisuuksissa. Näiden kokeiden perusteella voidaan myrkyllisyys-hypoteesin sanoa olevan mahdollinen, joskin koniferyylialkoholin mahdollinen osallisuus lignifikoituvassa solussa tapahtuvaan ohjelmoituun solukuolemaan täytyy ottaa huomioon.

The underlying bedrock is known to have effects on metal contents in soil and water, and thereby onto the major and trace nutrient balances in plants. Heavy metal contents in different rock types are highly variable and changes in the composition of the bedrock can happen over small distances. In Finland, the locally relatively abundant black shales in the eastern part of the country contain elevated amounts of several heavy metals, while the generally more common felsic rock types are in comparison depleted in them. The influence of elemental contents in bedrock on metal distribution in nature can be assessed through comparing metal amounts in various kinds of environmental samples, which at the same time enables identification of areas of potential environmental concern. The aim of this study is to assess the influence of bedrock on heavy metal contents in peat, ditch water, and needle samples between areas underlain by felsic or black shale bedrock in nine peatland catchments in Kainuu in eastern Finland. In addition to comparing differences in elemental contents, effort is put into evaluating strengths of correlations between metal concentrations and ash contents in peat samples and to assess which metals have a tendency of occurring together in peat. For ditch water samples, correlations will be evaluated between concentrations of metals and of dissolved organic carbon (DOC) and of amounts of precipitation. In addition to influences of bedrock, other possible reasons behind differences in heavy metal amounts between areas will be looked at. Comparisons with data from other publications will in places also be made. The study is based on material collected by the Natural Resources Institute Finland in the years 2008–2015, which here includes 70 peat, 634 ditch water, and 80 needle samples. All samples were collected in nine separate forestry drained peatland catchments. Five of the catchments were located on areas underlain by felsic bedrock and four by black shales. The peat samples examined in this study range from the surface of the peat layers to 40 cm depth. The ditch water samples were collected from outlet ditches from all nine peatland catchments and needle samples were taken in eight catchments from either Scots pine (Pinus sylvestris L.) or Norway spruce (Picea abies [L.] Karst). Half of the samples were of current year’s and half of previous year’s needles. Laboratory analyses of peat samples included measurements of As, Cd, Co, Cr, Cu, Mn, Ni, Pb, U, and Zn concentrations by either ICP-MS or ICP-AES -methods and of ash contents through loss-on-ignition (LOI). Ditch water samples were analysed for Cd, Cr, Cu, Mn, Ni, Pb, and Zn concentrations with the ICP-AES method, for DOC concentrations by TOC-V CPH/CPN analysis and for sulphate (SO4-S) by ion chromatography. Tree needles were measured for contents of Cr, Cu, Mn, Ni and Zn with ICP-AES. Statistical differences in metal amounts in samples by bedrock were tested with the Mann–Whitney U test and correlations using Spearman’s rank correlation coefficient or the Pearson correlation coefficient. Metal concentrations in peat samples were for some tests recalculated to take into account ash contents using a linear general model. Metal stocks in peat layers (mg/m2) were also calculated for the sampling sites. As the main results, the ash corrected metal concentrations in peat were statistically significantly higher in samples collected on black shale as opposed to felsic bedrock in terms of As, Cd, Co, Mn, Ni, and Zn, while metal stocks in peat were significantly different in terms of Ni. In ditch water, samples from black shale areas had significantly higher concentrations of Cd, Cr, Cu, Ni, and Zn, and in tree needle samples similar significances were observed for Ni. The only cases were samples from felsic areas had significantly higher concentrations than those form black shale areas were the ash corrected concentrations of U and Cu concentrations in needle samples. Regardless of the underlying bedrock, large variations in metal amounts in all sample types were observed between catchment areas. Correlations between metal concentrations and ash contents in peat were generally relatively strong. Correlations between metals in peat were variable, and often stronger in samples collected in felsic areas. In water samples, correlations between metal and DOC concentrations were variable both between metals and catchments. The correlations between precipitation and metal concentrations in ditch water were generally weak. Overall, the composition of the bedrock was noticed to have some effects on metal concentrations in all sample types. But it was evident by the results that there are also other factors controlling metal amounts between catchments.

Tausta Suomessa tuotettiin vuonna 2016 noin 5,9 milj. m³ kuusisahatavaraa. Kuusta (Picea abies) käytetään pääosin rakentamiseen. Siitä valmistettavia tuotteita ovat liimapuu, sisä- ja ulkoverhouslaudat, rakennusten rungot ja koolaukset. Sahatavaran laatu vaikuttaa siitä valmistettavan tuotteen ominaisuuksiin. Sahatavaralle on määritelty laatuluokat, jotka ovat US, V, VI ja VII. Laatuun eniten vaikuttavat ominaisuudet ovat oksaisuus, halkeamat, muotoviat ja lyly. Sahatavaran ominaisuuksille on määritelty enimmäismäärät ja -koot eri laatuluokissa. Tuottajien vaatimukset raaka-aineelle ovat erilaisia, koska sahatavaraa käytetään hyvin erilaisissa tuotteissa. Kuusisahatavaraa käyttävien yritysten laatuvaatimuksia ei ole tähän mennessä kattavasti selvitetty. Tavoite ja menetelmät Tutkielman tavoite oli selvittää kuusisahatavaran jatkojalostajien asettamat mitta- ja laatuvaatimukset. Tutkimuksessa haastateltiin 20:ta yritystä, jotka sijaitsevat Pirkanmaalla ja sen lähialueilla. Yritykset jaettiin heidän valmistamansa tuotteen mukaan viiteen luokkaan, jotka ovat liimapuu, runkorakenteet, ulkoverhouslaudat, sisäverhous- ja lattialaudat sekä listat ja puusepäntuotteet. Yrityksiltä kerättiin taustatiedot sekä heidän asettamansa vaatimukset raaka-aineelleen. Kysymyksillä selvitettiin jatkojalostajien käyttämät sahatavaran laatuluokat, heidän käyttämänsä mitat, sahatavaran eri ominaisuuksien merkitsevyydet, terveoksaisuuden tärkeyttä, sydäntavaran käyttöä, lujuusvaatimuksia, raaka-aineen kosteussuhdetta ja kuusisahatavaran käyttöä tulevaisuudessa. Aineistosta laskettiin tilastollisia lukuja ja vastauksia mallinnettiin järjestysasteikkomallilla. Tulokset ja johtopäätökset Aiempaa kirjallisuutta mukaillen sahatavaran laatu- ja mittavaatimukset vaihtelivat eri jatkojalostajaluokkien välillä. Korkein laatuvaatimus oli listojen ja puusepäntuotteiden valmistajilla. Seuraavaksi korkein vaatimustaso oli muiden höylätuotteiden tuottajilla. Pienimmät laatuvaatimukset olivat rakennusten runkojen valmistajilla ja liimapuun tuottajilla. Lähes puolet yrityksistä ilmoitti tilaavansa sahatuottoista (ST) sahatavaraa. Merkittävimmät ominaisuudet sahatavarassa keskimäärin olivat oksien koko ja laatu sekä halkeamat, muotoviat ja oksien määrä. Yritykset halusivat pääosin terveoksaista sahatavaraa ja yli puolet vastasi tarvitsevansa sydäntavaraa. Sahatavaran mittojen osalta yritykset tilasivat pitkää sahatavaraa. Yritykset katkovat pitkän sahatavaran ja hyödyntävät raaka-aineen mahdollisimman tehokkaasti. Kuusisahatavaran tilatut paksuudet ja leveydet määräytyvät jatkojalosteen vaadituista mitoista. Höylätuotteiden valmistajat tilaavat myös lopputuotteita paksumpia ja leveämpiä mittoja, mikä johtuu sahatavaran halkaisusta. Tutkimuksen tulokset antavat tietoa sahatavaran tuottajille. Huomioimalla sahatavaran tilaajan vaatimukset, sahatavaran tuottajat pystyvät parantamaan kilpailukykyään.

Metsänomistajakunnan rakenteen muutos on vähentänyt metsänomistajien omatoimisuutta metsän-hoitotöihin. Samanaikaisesti työvoiman saatavuus työvoimavaltaisiin metsänhoitotöihin on vaikeutunut. Koneellista taimikonhoitoa on kehitetty korvaamaan miestyönä tehtävää taimikonhoitoa. Koneellisen taimikonhoidon osuus on tällä hetkellä noin 1 % kaikesta tehdystä taimikonhoidosta. Konekitkentää on kehitetty yhtenä vaihtoehtona taimikonhoidon, tarkemmin varhaisperkauksen koneellistamiseksi. Tutkimuksen tavoitteena oli selvittää miten eri kasvupaikkatekijät vaikuttavat kuusen vapaana kasvamiseen kitkennän jälkeen. Tarkastelua tehtiin puu-, koeala- ja metsikkötasolla kasvatettavan kuusen ja häiritsevän puuston pituussuhteen avulla. Tavoitteena oli myös selvittää MOTTI-ohjelmiston avulla miten kuusen ja rauduskoivun välinen pituussuhde kehittyy kitkennästä ensiharvennusvaiheeseen. Aineisto kerättiin syksyn 2017 aikana maastomittauksin vuosina 2012–2014 konekitketyistä kuusen istutustaimikoista. Mitattuja kuvioita oli 66 ja laskennassa oli mukana 1152 koealaa. Aineiston analyysi tehtiin SPSS -ohjelmistolla. Koealatasolla mallinnettiin vapaana kasvavien kuusten suhteellista osuutta yleistetyllä lineaarisella sekamallilla. Kaikista kasvatettavista kuusista kasvoi vapaana 65,6 %. Pidempinä kitketyistä suurempi osa kasvoi vapaana. Kuivemmilla kasvupaikoilla ja karummilla kasvupaikoilla vapaana kasvavia kuusia oli suurempi osuus kosteampiin ja rehevämpiin kasvupaikkoihin verrattuna. Metsikkötasolla vapaana kasva-vien kuusten runkoluku oli yli 1000 kpl/ha 61 % kuvioista. Yli 1200 vapaana kasvavaa kuusta/ha oli 33 %:ssa kuvioista. MOTTI-simuloinnin perusteella OMT ja MT-kasvupaikoilla rauduskoivu ohittaa kuusen pituudessa ensiharvennukseen mennessä 80 %:ssa kohteista. Kuusia pidemmistä koivuista kuusta enintään metrin pidempiä oli 57 % ja yli 2 metriä pidempiä 11%. Mallinnuksessa tilastollisesti merkitseviksi tekijöiksi koealatasolla osoittautui kasvatettavan kuusen pituus kitkentähetkellä, kasvupaikan kosteus, kitkentäajankohdan ja mittaushetken välinen aika. Kannonnostolla, kasvupaikan metsätyypillä ja maalajilla ei ollut tilastollista merkitsevyyttä. Tulokset vapaana kasvavien kuusien osuudesta ja kuvioiden osuudesta, joilla on yli 1000 kpl/ha vapaana kasvavaa kuusta, tukevat aiempien tutkimusten tuloksia.

Kryopreservaatio on tekniikka, jossa elävää materiaalia säilötään nestetyppeen. Oikeilla suoja-ainepitoisuuksilla saadaan materiaali selviämään äärimmäisestä lämpötilasta ja kasvamaan myös sulatuksen jälkeen. Tässä tutkimuksessa etsittiin parempaa menetelmää kuusen alkiontuottokykyisen solukon kryopreservointiin. Kuusen alkiontuottokykyisen solukon säilömisellä pyritään suojaamaan arvokasta geenimateriaalia menetelmällä, joka ei vaadi toimenpiteitä säilytyksen aikana eikä aiheuta solukossa geneettisiä muutoksia. Kuusen jalostussykli vaatii useita vuosia, jonka aikana solukkoviljelmät hävittäisivät vähitellen elinkykynsä. Kryopreservaation aikana yksilöitä pystytään testaamaan kenttäolosuhteissa ja parhaimmista yksilöistä saadaan materiaalia jatkojalostukseen tai massamonistukseen. Tässä tutkielmassa tutkittiin neljää eri menetelmää, joiden avulla pyrittiin löytämään paras esikäsittely- ja esijäähdytysmenetelmä. Esikäsittelyinä olivat maljaviljely nousevassa sokeripitoisuudessa ja liemiviljely. Esijäähdytysmenetelmät edustivat kryopreservaation hitaan jäähdytyksen menetelmiä. Toiseen menetelmistä tarvittiin jäähdytykseen nestetyppeä, kun taas toinen vaati säilytystä -80°C pakastimessa. Näiden menetelmien ohella tutkittiin menetelmää, jossa esikäsittelyalustalle lisättiin myös kasvihormoni ABA:a. Lisäksi parhaaksi osoittautuneesta menetelmästä näytteiden DNA:sta tutkittiin mikrosatelliittien avulla ettei siinä tapahtunut somaklonaalista muuntelua. Näytteistä tutkittiin myös kryopreservaation mahdollista vaikutusta telomeereihin. Tutkimuksessa löytyi selvästi paras menetelmä, joka koostui maljalla esikasvatuksesta ja nestetypellä tapahtuneesta esijäähdytyksestä. Tällä menetelmällä saatiin 89 % linjoista kasvamaan uudelleen sulatuksen jälkeen. Menetelmä ei aiheuttanut somaklonaalisia muutoksia, eivätkä näytteiden telomeerit lyhentyneet kryopreservaation seurauksena.

Kuusi (Picea abies) uudistetaan nykyisin pääasiassa mätästäen muokatuille uudistusaloille. Mätästysmenetelmien on havaittu parantavan kuusen kasvua ja kehitystä muihin maanmuokkausmenetelmiin verrattuna. Kääntömätästyksen vaikutusta taimien varhaiskehitykseen on kuitenkin tutkittu vielä vähän eikä kääntömätästetyille kohteille ole aiemmin luotu omia pituuskehitystä kuvaavia malleja. Tämän tutkimuksen tavoitteena oli tehdä pituusmallit kuvaamaan istutuskuusen pituuskehitystä 5-17-vuotiailla kääntömätästyskohteilla. Mallit laadittiin sekä metsikkö- että puutasolle. Mallien selittävien muuttujien vaikutusta kuusen pituuskehitykseen tutkittiin ja samalla pyrittiin arvioimaan kääntömätästyksen soveltuvuutta erilaisille uudistusaloille. Luotua metsikkötason keskipituusmallia vertailtiin myös jo olemassa oleviin kuusen pituusmalleihin. Tutkimusta varten kerättiin yhteensä 49:ltä kääntömätästetyltä kuviolta koeala-aineisto (n=853). Kääntömätästetytkohteet sijaitsivat Pirkanmaalla sekä Keski-Suomessa. Kerätyn koeala-aineiston rinnalla käytettiin myös paikkatietoaineistoja (Maanmittauslaitoksen korkeusmalli sekä Ilmatieteen laitoksen sade- ja lämpösummadata) selittämään kuusen pituuskehitystä. Paikkatietoaineistoja hyödynnettiin erityisesti puutason pituusmallissa. Aineisto analysoitiin SPSS-ohjelmistolla, jossa pituusmallit sovitettiin Generalized linear models -proseduuria käyttäen. Lopulliset mallit sisälsivät vain merkitseviä pituutta selittäviä muuttujia. Molemmissa malleissa taimien ikä, kasvupaikkatyyppi sekä kasvukauden aikainen sadesumma korreloivat positiivisesti pituuskehityksen kanssa. Malleissa pituuskehitystä puolestaan hidasti lehtipuiden pituuskilpailu. Metsikkötason keskipituusmallissa (RMSE 17 %) taimien pituuskehitys parani myös maalajin karkeuden lisääntyessä. Puutason pituusmallissa (RMSE 32,2 %) korkeusmallista johdetut maaston topografiaa kuvaavat muuttujat selittivät hyvin pituuskehitystä. Rinteen ilmansuunta hidasti pituuskehitystä ilta-aurinkoisilla lounas-, länsi- ja luoderinteillä. Samoin pituuskehitys oli hitaampaa maaston topografisen aseman alavissa kohdissa kuten notkoissa ja alarinteissä. Puutason mallissa pituuskehitystä hidastivat lisäksi kilpailevien puulajien lukumäärä, hallatuhot, soistuneisuus sekä korkeus merenpinnasta. Maanmuokkaus istutusta edeltävänä vuonna puolestaan paransi pituuskehitystä puutason mallissa. Keskipituusmallia verrattaessa havaittiin, että kääntömätästettyjen kohteiden keskipituuskehitys oli paljon parempaa kuin muokkaamattomilla tai pintamuokatuilla (äestys/laikutus) kohteilla. Mielenkiintoinen havainto oli myös, että kääntömätästettyjen kohteiden keskipituuskehitys vastasi lähes täydellisesti nykyistä Motti-ohjelman (Luonnonvarakeskus) mätästettyjen kohteiden pituuskehitystä. Tutkimustulosten perusteella kuusen taimet kehittyvät kääntömätästyskohteilla hyvin ja niiden kasvu kestää vertailun myös muihin mätästysmenetelmiin. Tutkimuksen perusteella Maanmittauslaitoksen sekä Ilmatieteen laitoksen paikkatietoaineistoja voidaan hyvin hyödyntää myös puiden pituuskehityksen mallinnuksessa.

Tukkimiehentäi (Hylobius abietis) on merkittävä metsänuudistamisvaiheen tuhohyönteinen Pohjois- Euroopassa. Se aiheuttaa syönnillään tuhoa etenkin istutetuille havupuun taimille. Näin ollen Suomen istutusta suosiva metsätalous on erityisen herkkä tukkimiehentäituhoille. Tukkimiehentäituhojen torjuntaan on perinteisesti käytetty kemiallisia kasvinsuojeluaineita, joilla taimet on käsitelty ennen istutusta. Torjunta-aineilla on saatu helposti ja edullisesti vähennettyä taimien tukkimiehentäituhoja. Torjunta-aineisiin liittyvien ympäristö- ja terveysriskien takia niiden käyttö on kuitenkin kyseenalaistettu tai jopa kielletty monissa maissa viime aikoina. Vaihtoehtoisten torjuntatapojen kehitys ja tutkimus on noussut yhä tarpeellisemmaksi. Maanmuokkauksen tukkimiehentäituhoja pienentävä vaikutus on todistettu useaan otteeseen aikaisemmissa tutkimuksissa. Tässä tutkimuksessa tavoitteena oli selvittää, voisiko maanmuokkaus olla sellainen metsänhoitotoimenpide, joka laadukkaasti tehtynä suojaisi taimia tukkimiehentäituhoilta niin, että torjunta-aineilla tehtävää suojausta ei tarvittaisi lainkaan. Laadukkaan maanmuokkauksen ja torjunta-ainekäsittelyn vaikutuksia tukkimiehentäituhoihin tutkittiin keväällä 2012 perustetulla maastokokeella. Koe koostui 11:sta uudistusalasta. Uudistusaloille istutettiin torjunta-aineella käsiteltyjä ja käsittelemättömiä yksivuotiaita kuusen paakkutaimia laikkumättäisiin. Torjunta-ainekäsittely tehtiin 0,75 % Karate Zeon tukkimiehentäin torjunta-aineliuoksella, jossa oli tehoaineena lambda-syhalotriini. Taimia seurattiin yhden kasvukauden ajan siten, että istutuksen jälkeisenä syksynä taimien kasvu, kunto ja tukkimiehentäin syönti kartoitettiin. Lisäksi mitattiin taimien maatakertuma, etäisyys hakkuutähteisiin ja etäisyys humusreunaan. Näin voitiin tutkia maanmuokkauksen ja torjunta-ainekäsittelyn lisäksi myös muiden mahdollisten ympäristötekijöiden vaikutuksia tukkimiehentäituhoihin. Ensimmäisen kasvukauden jälkeen kaikista taimista laskettu tukkimiehentäin kokonaissyönti oli 12 % ja tukkimiehentäin syönnin seurauksena vakavasti syötyjä taimia oli 3 % (kuolleita tai vakavasti heikentyneitä taimia). Sekä kokonaissyönnissä että vakavassa syönnissä käsittelemättömiä taimia oli syöty enemmän kuin käsiteltyjä taimia. Vakavasti syötyjä oli käsittelemättömistä taimista 5 % ja käsitellyistä taimista 1 %. Kun taimen etäisyys humusreunaan kasvoi syönnin todennäköisyys laski. Myös taimen runkoon tarttunut maa, maatakertuma, pienensi tukkimiehentäin syönnin todennäköisyyttä. Tutkimuksen perusteella tyydyttävä uudistamistulos voidaan saada aikaan Keski-Suomen ilmasto-oloissa ilman torjunta-aineiden käyttöä, kun taimet istutetaan laadukkaisiin kivennäismaapintaisiin mättäisiin tarpeeksi etäälle humusreunasta.