Browsing by study line "Växtproduktionsvetenskaper"

Tarhaomenapuu (Malus domestica Borkh.) on tärkein Suomessa viljelty hedelmäpuulaji. Omenapuiden jalostus on Suomessa vähäistä ja viljelijät ovat uusien lajikkeiden suhteen pitkälti ulkomaisen jalostuksen varassa. Jos uuden lajikkeen kylmänkestävyyttä pystyttäisiin arvioimaan luotettavasti laboratoriomenetelmin, uusista lajikkeista saataisiin tietoa nopeammin ja edullisemmin kuin kenttäkokeissa, ja viljelijän riski viljelyn epäonnistumisesta pienenisi. Tavoitteena oli selvittää, voidaanko karaistumisen aikana omenan hiilihydraattipitoisuuksissa tapahtuvien muutosten avulla ennustaa lajikkeen kylmänkestävyyttä. Lisäksi tutkittiin silmämääräisen tarkastelun ja ionivuototestin kykyä kuvata lajikkeiden välisiä eroja kylmänkestävyydessä kontrolloidun pakkasaltistuksen jälkeen. Tutkimukseen valittiin etukäteistiedon perusteella kylmänkestävyydeltään neljä erilaista lajiketta: ’Aroma’, ’Lobo’, ’Pirja’ ja ’Santana’. Liukoisten hiilihydraattien kertyminen karaistumisen aikana ei selittänyt lajikkeiden tai kasvinosien välisiä eroja kylmänkestävyydessä. Tärkkelyksen pitoisuus oli sekä versoissa että silmuissa suurempi herkiksi tiedetyillä lajikkeilla ’Aromalla’ ja ’Santanalla’ kuin kestävämmillä lajikkeilla ’Pirjalla’ ja ’Lobolla’. Omenalla suuri tärkkelyspitoisuus karaistumisen aikana saattaa selittää lajikkeiden välisiä eroja kylmänkestävyydessä. Silmämääräinen tarkastelu kontrolloidun pakkasaltistuksen jälkeen kuvasi lajikkeiden välisiä eroja kylmänkestävyydessä sekä versoissa että silmuissa karaistumisen alkuvaihetta lukuun ottamatta. Ionivuototestin erottelukyky versoissa oli heikko. Silmuissa ionivuotesti erotteli lajikkeet syvän karaistumisen aikana. Lisää tutkimusta tarvitaan kasvissa karaistumisen aikana tapahtuvien muutosten tuntemiseksi ja menetelmien kehittämiseksi kylmänkestävyyden mittaamiseen.

Lipoxygenase enzymes, which contribute significantly to storage protein in legume seeds have been reported to cause the emission of volatile compounds associated with the generation of off-flavours. This is an are important factor limiting the acceptance of faba bean (Vicia faba) I foods. This study aimed at using bioinformatic tools to identify seed-borne lipoxygenase (LOX) genes and to design a biological tool using molecular techniques to find changes in sequence in faba bean lines. LOX gene mining by Exonerate sequence comparison on the whole genome sequence of faba bean was used to identify six LOX genes containing Polycystin-1, Lipoxygenase, Alpha-Toxin (PLAT) and/or LH2 LOX domains. Their sequence properties, evolutionary relationships, important conserved LOX motifs and subcellular location were analysed. The LOX gene proteins identified contained 272 – 853 amino acids (aa). The molecular weight ranged from 23.67 kDa in Gene 6 to 96.45 kDA in Gene 1. All the proteins had isoelectric points in the acidic range except Genes 6 and 7 which were alkaline. Only one gene had both LOX conserved domains with aa sequence length similar with that found in soybean and pea LOX genes and isoelectric properties with soybean LOX3. Phylogenetic analysis indicated that the genes were clustered into 9S LOX and 13S LOX types alongside other seed LOX genes in some legumes. Five motifs were found, and sequence analysis showed that three genes (Gene 1, 2 and 3) contained the 38-aa residue motif that includes five histidine residues [His-(X)4-His-(X)4-His-(X)17-His-(X)8-His]. The subcellular localization of the lipoxygenase proteins was predicted to be primarily the cytoplasm and chloroplast. Primers covering ~1.2 kb were designed, based on the conserved region of Genes 1, 2 and 3 nucleotide sequences. Gel electrophoresis showed the PCR amplification of the seed LOX gene at the expected region for twelve faba bean lines. Phylogenetic analysis showed evolutionary divergence among faba bean lines for sequenced and amplified region of their respective seed LOX alleles.

Modern agriculture is based on intensive farming practices where plant production farms rely on external mineral fertilizers and carbon stocks of the soils are decreasing. At the same time, regional clusters of animal production farms are struggling with excessive manure that increases the risk of nutrient leaching from their fields. To overcome problems related to nutrient loss, eu-trophication of watersheds and greenhouse gas emissions from food production, several national projects aim to promote farmers to use recycled fertilizers. The latter are fertilizers or soil condi-tioners which can be processed from side products such as animal manure, green manure, mu-nicipal biowaste, by-products from food industry or sludges from wood industry. The aim of this study was to determine how different recycled fertilizer products affect grain yield and yield quality of oat as well as how the products perform in relation to nitrogen input. The field experiment was founded in southern Finland where oat was cultivated for three successive years in a five-year rotation. Liquid ammonium sulfate, meat and bone meal pellets and biogas sludge were compared with commercial mineral fertilizer. The control treatments were unfertilized plots and mineral fertilization treatments with three different nitrogen levels between 44–161 kg/ha. There were no statistically significant differences between treatments in terms of grain yield, except for favorable growing season 2017 when unfertilized plots produced the lowest yield. Nor were there differences in protein, starch, fiber or ash content of grains among recycled and min-eral fertilizers over the three years. The grain yield was positively correlated with the amount of soluble and total nitrogen. Having the lowest application level, meat and bone meal produced the highest yield per nitrogen input among fertilizer treatments. The yield results show that ammonium sulfate, meat and bone meal and biogas slurry can be as effective as mineral fertilizers in oat production, if they have the same amount of soluble nitro-gen. Good fertility of the research plot and drought stress during the two following years mitigat-ed differences among treatments so that nitrogen fertilization proved itself useful only in the grow-ing season 2017. To gather enough data and determine the long-term effect of recycled fertiliz-ers, further research should be distributed into several pilot farms. Moreover, the current Finnish fertilizer recommendations should be updated towards experimental nutrient balance models. This could encourage farmers to gather information of the yield-limiting factors and prevent over fertili-zation in poorly responsive soils.

Global growing demand to produce more food with less inputs and energy without causing greenhouse gas emissions challenges the current practice of using mineral fertilizers which are produced from new and partly non-renewable raw materials with considerable amount of energy. On the other hand recycled fertilizers made of different side streams and biomasses also need to be processed before usage or the amount needed per area is so great that the environmental advantages might be lost. The aim of this study was to discover and compare the energy consumption and greenhouse gas emissions of recycled fertilizers (ammonium sulfate, biogas digestate and meat bone meal) and mineral fertilizer in production of oat by using Life Cycle Assessment (LCA). All recycled fertilizers were found to cause less greenhouse gas emissions and consume less energy than mineral fertilizer. The least emissions caused the usage of ammonium sulfate and the best energy efficiency was achieved with biogas digestate fertilization. Considered relative to global increase in food and energy consumption and control of climate change and recycling of raw materials recycled fertilizers proved to be effective compared to mineral fertilizer. Also on the grounds of land use and yield recycled fertilizers turned out to be potential substitute for mineral fertilizers. Further studies are still needed due to large number of raw materials and constantly increasing amount of processing techniques of recycled fertilizers.

Recognizing and evaluating the benefits of trees is important for creating sustainable, safe and recreational urban spaces. i-Tree Eco software is developed by USDA for evaluation and valuation of ecosystem services of urban trees and forests. The objective of this research was to find out how does the quality of collected data affect i-Tree Eco modelling. Two different types of data and modelling results were compared in this research. All trees of the park Kupittaanpuisto in Turku were measured and evaluated according to the i-Tree guidance in late summer 2018 (later inventory). The contrasting data was selected from the tree register maintained by the city of Turku (later tree register). i-Tree Eco models several ecosystem services, of which carbon storage, carbon sequestration, avoided surface water runoff and pollution removal were analyzed in this research. The software estimates the structural value of the trees considering the land use and tree condition as well. The results show that the quality of data affects modelling results. Based on the total inventory data, the amounts of carbon sequestration, avoided surface water runoff and pollution removal were higher than the amounts modelled according to the tree register data. On the other hand, the structural value and carbon storage were bigger based on the register data than on the total inventory measurements. Lack of canopy dimensions and estimates of canopy condition had an impact on the modelling results. According to the total inventory, there were 1315 trees in the Kupittaanpuisto (ca. 34 ha), the structural value was approx. 2 430 000 €, carbon storage was 563 t, annual carbon sequestration 12 t, annual avoided surface water runoff 811 m3 and annual pollution removal 307 kg. On grounds of this research it can be stated that canopy measurements and canopy condition estimates are needed to make more accurate estimates of ecosystem services when using i-Tree Eco. This research showed that trees in the Kupittaanpuisto produce many ecosystem services and the trees are valuable. In the future, the results can be used as a reference for other research projects on ecosystem services of urban trees in the Nordic countries.

Lihan kulutuksen ja tuotannon odotetaan kasvavan tulevaisuudessa ja se tulee aiheuttamaan muutoksia globaaleihin ruokajärjestelmiin. Viljeltyä lihaa eli solumaatalouden menetelmillä valmistettua lihaa on ehdotettu yhtenä ratkaisuna lihantuotantoon liittyvien ongelmien, kuten haitallisten ympäristövaikutusten ja eläinkärsimyksen vähentämiseen. Viljelty liha on uusi teknologia, eikä vielä laajasti saatavilla. Viljeltyä lihaa on tutkittu kvantitatiivisesti kuluttajatutkimuksen näkökulmasta, jolloin kohteena on usein ollut tuotannon lopputuote, viljelty liha ja siihen suhtautuminen. Jos viljelty liha kehittyy tulevaisuudessa samanlaiseksi kuin tavanomaisesti tuotettu liha, ne eroavat silloin lähinnä tuotantomenetelmältään. Tämä työ tarkastelee millaisia käsityksiä kasvispainotteista ruokavaliota tai kasvisruokavaliota noudattavat helsinkiläiset nuoret aikuiset liittävät tavanomaisesti tuotetun lihan ja viljellyn lihan tuotantoympäristöihin ja tuotantomenetelmiin, sekä millaisia merkityksiä tuotantotavalle annetaan. Tutkimus toteutettiin laadullisena aineistolähtöisenä tutkimuksena ja aineisto kerättiin käyttämällä puolistrukturoitua teemahaastattelua. Haastatteluihin osallistui 10 kohderyhmän kriteerit täyttänyttä henkilöä. Aineisto analysoitiin systemaattisesti käyttäen temaattista analyysiä. Aineiston koodauksessa ja temaattisen käsitekartan luomisessa käytettiin apuna Atlas.ti -ohjelmaa. Lihan tuotantoympäristöt ja -menetelmät käsitettiin kolmen pääteeman kautta: (1) yhteiskunta ja kulttuuri, (2) teknologia sekä (3) ympäristö ja luontosuhde. Pääteemat kuvataan työssä erillisinä ja lisäksi niiden välisten kytkösten kautta, joita käsityksissä ilmeni. Tavanomaisen lihantuotannon ja viljellyn lihan tuotannon keskeisimmäksi eroksi käsitettiin eläinkärsimyksen ja syntyvien ympäristöhaittojen määrä. Tieto tuotantotavasta koettiin tärkeäksi, eikä viljeltyä lihaa ja tavanomaisesti tuotettua lihaa nähty identtisinä ruokina, koska niiden tuotantoympäristöt ja -menetelmät poikkesivat toisistaan. Eri tavoilla tuotettua lihaa arvostettiin eri syistä. Tämän tutkielman yksi tärkeimmistä havainnoista on, että käsityksistä muodostetut teemat ja lihantuotannon osatekijät ovat vahvasti kytkeytyneitä toisiinsa. Teemojen kytkeytyneisyys käsityksissä ilmentää lihantuotannon integroitumista yhteiskuntaan. Mikäli viljelty liha korvaa tulevaisuudessa tavanomaista lihantuotantoa, tulisi viljellyn lihan tuotannon vastata tavanomaisen tuotannon ongelmiin ja kehittyä kestäväksi osaksi ruokajärjestelmää. Tulevaisuudessa tulisi tutkia ja syventää tietoa ihmisen suhteesta ruokajärjestelmiin ja tutkia niiden kestävyyttä taloudellisten ja ympäristöllisten näkökulmien lisäksi yhteiskunnallisista, sekä ruoka- ja luontosuhteen näkökulmista.

Tomaatit ovat tärkeimpiä luomutuotteita Suomessa. Pohjoismaisissa oloissa luomutomaatteja kasvatetaan pääasiassa kasvihuoneissa rajoitetussa kasvualustassa. Luomukasvihuonetuotanto eroaa tavanomaisesta tuotannosta eniten kasvinravinteiden käytössä. Tutkimuksen tavoitteina oli selvittää luonnonmukaisen kasvualustojen ja kasvinravitsemuksen vaikutusta tomaatin satoon ja sadon laatuun. Kasvihuonetutkimuksessa kirsikkatomaatilla (Solanum lycopersicum) tutkittiin kolmea kaupallista luomukasvualustaa ja kahta kokeeseen suunniteltua luomujakojuurikasvualustaa, joita verrattiin tavanomaiseen kivennäislannoitettuun kontrollialustaan. Luomukasvualustoja lannoitettiin pelkästään siipikarjanlannasta valmistetuilla kiinteillä lannoitteilla. Jakojuurialustat erosivat toisistaan vain lannoituksen määrän suhteen. Kokeessa seurattiin kasvualustojen ravinnepitoisuuksia, sadon määrää ja laatua ja tomaattien vegetatiivista kasvua. Kasvualustoista kerättiin satoa 28 viikon ajan. Yhtä kaupallista kasvualustaa lukuun ottamatta kaikki luomukasvualustat tuottivat yhtä suuren sadon kuin kivennäislannoitettuun kontrolli. Heikoimmat sadot ja vegetatiivisen kasvun tuotti kasvualusta, jonka rakenne ei tukenut lisättyjen ravinnepanosten liukenemista ja mineralisoitumista kasveille helposti käytettävään muotoon. Kontrolli tuotti tilastollisesti eniten kauppakelvottomia hedelmiä. Kasvualusta ja lannoiteratkaisut eivät vaikuttaneet hedelmien liukoisten kuiva-aineiden pitoisuuteen, mutta kontrollin hedelmien titrautuva happamuus oli 25 – 30 % luomukasvualustoja suurempi kasvukauden alussa. Titrautuvan happamuuden kasvu alentaa tomaattien sokeri/happo -suhdetta, mikä viittaa kontrollissa olevan huonomman makuisia tomaatteja. Kokeessa käytetyt jakojuurialustat eivät eronneet tilastollisesti toisistaan sadon määrän, laadun tai vegetatiivisen kasvun suhteen. Kasvualustan rakenne on erityisen tärkeää lannoituksen onnistumisen kannalta. Luomukasvualustoilla ja luomulannoituksella voidaan saada samansuuruinen ja laadukkaampi sato tavanomaiseen tuotantoon verrattuna, jos kasvualustan ravinteiden riittävyydestä pidetään huoli.

This thesis was undertaken to determine effects of genotype, vernalization and harvesting on the root growth of grass plants. Greenhouse experiments were carried out at Viikki experimental farm of University of Helsinki. The thesis was a part of a larger research of grasses. Grass species were two timothy (Phleum pratense L.) parental lines, northern (021/1) and southern (B112) genotype (Boreal Plant Breeding Ltd). The trial material was propagated using the plant material conserve of Viikki. A half of the trial material got a vernalization treatment (10 weeks) after pre-breeding (2 weeks, DL 12 h) and the other half of plants got only pre-breeding (3 weeks, DL 12h) before establishment of two separate trials in rhitsotubes and rhitsotrones. High, growth stage, dry matter of shoots and roots, depth of the root system and shoot to root ratios were measured from rhitsotubes seven times during the study. The growth samples from rhitzotrones were collected twice. The harvesting was done in the middle of the study from both separate trials. Genotype had an influence on all measured growth features in both separate trials. Treatments of southern genotypes were mainly higher, development was faster and dry matter of shoots was greater at harvest time compared to the same treatments of the northern genotype. There were no differences on growth features between genotypes in the end. The dry matter of roots was also greater at the harvest time with treatments of the southern genotype. In the end of the trial there were no differences between genotypes or treatments, but the genotype influenced on root growth in repeated measurements between weeks 6-8. The root system of the southern genotype spread out in deeper soil layers with both treatments and survived better after harvesting compared to treatments of the northern genotype. The vernalization had influence on growth features and the root system with most of the occasions of measurements with both the genotypes. The vernalization reduced biomass of roots in the both separate trials. This was partly due to low weight of shoots especially in the beginning of the study. In the other hand the vernalization improved on development before the harvesting and the carbohydrates allocated on shoots instead of roots. This was visible especially in the rhitsotubes. Differences between vernalized and non-vernalized treatments were levelled towards the end of the study. The vernalization increased growth of roots to deeper soil layers comparing to the non-vernalized treatment with the northern genotype. In weekly monitoring the growth of roots of both the vernalized genotypes were strong before ending the study. This might cite better overwintering but in the other hand shoot to root ratios were almost the same in all treatments. This study showed out that a plant tries to keep the growth of shoots and roots in balance but also that the biomass allocates in shoots in the beginning of the growing season and more in roots after harvesting. According to this study adding the southern genetic heritage to the timothy refinement programs brings higher yield level and moreover more abundant and deeper root system.

Tehokas agri-teollinen maataloustuotanto on osoittautunut ympäristön kannalta haitalliseksi ja kestämättömäksi ruoantuotantotavaksi. Se aiheuttaa ympäristöhaittoja sekä heikentää biodiversiteettiä. Biodiversiteetin heikkeneminen herättää kansainvälistä huolta lajimonimuotoisuudesta. Maatalous itsessään on myös riippuvainen biodiversiteetistä sekä maatalousympäristön ekosysteemipalveluista. Agroekologinen symbioosi (AES) -toimintamalli pyrkii tarjoamaan ratkaisuja agri-teollisen ruokajärjestelmän ongelmakohtiin. Luomalla paikallisesti toimivan ruokajärjestelmän, joka on ympäristön kannalta kestävä, taloudellinen sekä sosiaalisia hyötyjä tuottava. Agroekologisen symbioosin kulmakivenä toimii ravinteita kierrättävä sekä energiaa tuottava biokaasulaitos, joka hyödyntää paikallisia biomassoja, kuten puoliluonnontilaisten nurmien satoa. Puoliluonnontilaiset nurmet ovat lajimonimuotoisia tärkeitä elinympäristöjä. Tämän tutkimuksen tavoitteena oli tarkastella puoliluonnontilaisten nurmikasvustojen monimuotoisuusarvoja ja nurmien hoitotoimenpiteitä. Lisäksi tavoitteena oli selvittää nurmenkäytön biodiversiteettivaikutuksia sekä arvioida, miten nurmibiomassoja voidaan käyttää monimuotoisuusarvoja menettämättä. Aineisto muodostui viljelijähaastatteluista sekä indikaattorikasvilajien ja kimalaisten havainnointiaineistosta kolmelta puoliluonnontilaiselta nurmityypiltä: suojavyöhykkeiltä, luonnonhoitopeltonurmilta sekä viherlannoitusnurmilta. Tutkimuksen tulosten perusteella nurmityyppien välillä ei havaittu eroja kasvi- tai kimalaislajimonimuotoisuudessa. Nurmikasvustojen iän ja indikaattorikasvilajirunsauden välillä havaittiin positiivinen korrelaatio. Myös kasvustojen niittoajankohdalla oli yhteys kasvilajimonimuotoisuuteen. Tulosten perusteella puoliluonnontilaiset nurmikasvustot soveltuvat bionurmentuotantoon. Nurmenkorjuussa on otettava kuitenkin huomioon niiton vaikutukset eri eliöryhmien populaatioihin. Myöhäinen niitto lintujen pesimäkauden jälkeen tukee sekä kasvilajimonimuotoisuutta että peltolintukantoja. Selkärangattomat lajit hyötyvät niittämättömistä alueista. Lajimonimuotoisuuden kannalta on tärkeää ylläpitää monimuotoista maisemarakennetta, joka tarjoaa erilaisia elinympäristöjä maatalousalueen lajistolle.

Legume cultivation is of growing interest in Finland, but legume viruses have been mapped and studied relatively little in our country. The changing climate also creates new types of threats to legume production. Studies around the world provide an opportunity to assume that there are still undetected virus species and genera around Finnish legume production that pose a potential threat to legume production in Finland now and in the future. The aim of this study was to map the viruses present in Finnish legumes. Detected legume viruses from wild plants were characterized by deep sequencing and test plants were inoculated for virus detection. In addition, viruses from experimentally cultivated pea samples as well as faba bean, pea and fodder galega samples collected from Helsinki area were studied by deep sequencing. Soybean dwarf virus (SbDV) was detected in a wild plant sample by deep sequencing. The aim was to ensure the first occurrence of SbDV in Finland by PCR and sequencing. Another aim was to sequence the genome of a possible novel closterovirus detected in a wild plant sample. To identify the closterovirus genome, we utilized the deep sequenced information and designed PCR primers tailored to the virus. To detect closterovirus infectivity, pea and soybean samples were experimentally cultured and inoculated with the closterovirus using the original plant sample. The SbDV detected in deep sequencing and possible novel closterovirus allowed the hypothesis that there are viruses present in Finnish legumes that had not been previously detected or studied.