Artikkelit jotka sisältää sanan 'freezing'

Pakkaskestävyys on yksi boreaalisten puiden ja puuvartisten puutarhakasvien menestymiseen ja kasvuun vaikuttava tekijä. Onnistunut viljely ja kasvatus edellyttää, että taimien sopeutuneisuus kylmiin kasvuolosuhteisiin on testattu, ennen kuin viljelijät ja metsänomistajat käyttävät niitä viljelyssä. Tällä hetkellä ei ole olemassa sopivaa menetelmää, jolla eri alueille sopivat metsäpuiden siemenalkuperät ja hedelmäpuiden ja -pensaiden lajikkeet voitaisiin testata. Tässä tutkimuksessa kehitettiin menetelmä männyn (Pinus sylvestris L.) siemenviljelysjälkeläisten ja neljän puuvartisen puutarhakasvin, eli omenan (Malus domestica Borkh.), pensasmustikan (Vaccinium corymbosum L.), mustaherukan (Ribes nigrum L.) ja päärynän (Pyrus communis L.), eri lajikkeiden pakkaskestävyyden testaukseen. Tutkimus muodostui kolmesta osasta, joiden tavoitteet olivat: i) Kuinka männyn siemenviljelyksen sijainti vaikuttaa jälkeläisten pakkaskestävyyteen, ii) millaisissa oloissa omenapuun, pensasmustikan ja mustaherukan eri lajikkeiden taimet pitää syksyllä esikäsitellä, että niiden pakkaskestävyydessä esiintyvät erot saadaan näkyviin, ja iii) kuinka lyhytaikainen lämpöjakso talvella vaikuttaa päärynälajikkeiden pakkaskestävyyteen. Tavoite oli myös vertailla pakkaskestävyyden testauksessa käytettäviä mittausmenetelmiä.

Ensimmäisen osan materiaali koostui männyn pluspuiden Suomessa ja Ukrainassa sijaitsevien siemenviljelysten jälkeläisistä, sekä luonnonpopulaatioista kerätyistä siemenistä kasvatetuista taimista, joista kustakin oli kolme siemenerää. Taimet karaistiin kontrolloiduissa oloissa kasvatuskammioissa ja pakkaskestävyys testattiin eri altistuslämpötiloissa kahtena ajankohtana karaisukäsittelyn aikana. Toisen osan kokeissa oli mukana kaksi omenalajiketta, kolme pensasmustikkalajiketta ja kolme mustaherukkalajiketta. Taimet karaistiin ensin luonnon oloissa ja sen jälkeen kontrolloiduissa oloissa. Sen jälkeen ne siirrettiin neljään eri esikäsittelylämpötilaan (+3, −3, −7 ja −10 °C). Viikon ja kolmen viikon jälkeen testattiin taimien pakkaskestävyys. Kolmannen osan kokeissa oli kolme päärynälajiketta, joiden karaisu tapahtui luonnon oloissa. Keskitalvella taimet siirrettiin kammioihin, joissa niille annettiin ensin joko 3-4 päivän tai 16 päivän lämpökäsittely +5 asteessa, ja näiden käsittelyjen jälkeen 5-7 päivän kylmäkäsittely -7 asteessa. Kunkin vaiheen lopussa testattiin taimien pakkaskestävyys.

Pakkaskäsittelyt vaikuttivat voimakkaasti männyn siemenviljelmistä ja luonnonpopulaatioista kasvatettujen jälkeläisten eri kasvinosien fysiologiaan ja kasvuun. Siemenviljelyksen sijainnilla ei kuitenkaan havaittu mitään selvää vaikutusta jälkeläisten pakkaskestävyyteen. Paras esikäsittely omenan ja pensasmustikan maksimaalisen pakkaskestävyyden saavuttamiseksi oli 3 viikkoa -3 asteessa, mutta mustaherukalle lyhyempi käsittelyaika samassa lämpötilassa voi olla riittävä. Päärynän taimet reagoivat talvella esiintyneeseen lämpö- ja kylmäjaksoon oletettua vähemmän, eikä lajikkeiden välillä havaittu eroja. Impedanssi- ja ionivuotomenetelmillä määritetyt pakkaskestävyydet eivät poikenneet merkittävästi toisistaan, mutta molemmat yliarvioivat kestävyyttä, kun niitä verrattiin silmämääräisellä menetelmällä määritettyyn tulokseen. Eksotermianalyysillä määritetyssä pakkaskestävyydessä oli muihin menetelmiin verrattuna vähemmän hajontaa, mutta alhaisen lämpötilan eksotermin mittaukseen perustuvan menetelmän käyttöä rajoittaa se, että kyseistä eksotermiä ei havaittu kaikissa näytteissä tai joillakin lajeilla sitä ei esiinny ollenkaan.

• Wu, University of Eastern Finland, Faculty of Science and Forestry, School of Forest Sciences Sähköposti: ext.dongxia.wu@luke.fi

Puiden toiminta muuttuu kun veden määrä niissä vähenee. Veden määrän vähetessä elävät solut puun sisällä voivat kokea kuivuusstressiä ja puun kyky kuljettaa vettä vähenee kun ksyleemi-solukkoon alkaa kertymä ilmaa ilmiössä, jota kutsutaan embolisaatioksi. Veden määrä vähenee puissa niiden kokiessa kuivuutta tai kun ne jäätyvät. Jäätymisen tapauksessa, nestemäisen veden määrä puun sisällä alenee tyypillisesti erittäin nopeasti jäätymisen alettua ja jään kemiallisista ominaisuuksista johtuen jää myös kuivattaa eläviä soluja erittäin tehokkaasti vetämällä nestemäistä vettä puoleensa. Veden liikettä puissa kuvataan usein vesipotentiaalin avulla. Vesipotentiaali alenee paineen laskiessa ja osmoottisen konsentraation noustessa, josta seuraa että vesi kulkee kohti alhaisempaa vesipotentiaalia.

Tässä väitöskirjassa pyrittiin ymmärtämään vesipotentiaalin vaikutuksia puiden elävin soluihin ja ksyleemin hydrauliseen vedenjohtavuuteen alentamalla vesipotentiaalia; kuivuuden ja jäädyttämisen keinoin ja nostamalla osmoottista potentiaalia apoplastisessa tilassa. Apoplastisella tilalla tarkoitetaan tilaa joka käsittää ksyleemin putkilot ja muun tilan elävien solujen ulkopuolella. Vaikutuksia tutkittiin käyttämällä läpimitanmuutos-, lämpötila- ja kaasunvaihtomittauksia.

Alhaisen vesipotentiaalien vaikutuksia eläviin soluihin tutkittiin ksyleemin parenkyymi- ja lehtien mesofyllisolujen tapauksessa. Puiden paksuuskasvua ja veden kuljetusta on tutkittu paljon mittaamalla rungon läpimitanmuutoksia ajan suhteen. Parenkyymisoluilla on yleisesti uskottu olevan vain marginaalinen vaikutus ksyleemin läpimitanmuutoksiin, mutta tämän väitöskirjan tuloksista ilmenee että niillä on merkittävä vaikutus, erityisesti puiden jäätyessä. Mesofyllisoluissa tapahtuvan fotosynteesin tiedetään alentuvan lämpötilan painuessa nolla asteen alapuolelle. Tässä väitöskirjassa näytetään ensimmäistä kertaa miten fotosynteesi nopeus alenee nopeasti jäätymisen alettua puissa ja kuinka se tapahtuu samaan tahtiin elävien solujen kokeman kuivuusstressin kanssa.

Väitöskirjassa tutkittiin myös alhaisen vesipotentiaalin, embolisaation ja jäätymisen vaikutuksia ksyleemin hydrauliseen johtavuuteen ja puiden kykyä havaita ja aktiivisesti kontrolloida embolisaation kehittymistä. Väitöskirja paljasti kuinka jäätyminen ja embolisaatio voi saada aikaan paineen nousuja ksyleemissä, jolla voi olla pitkäkestoisia seurauksia puiden toimintaan ja ksyleemin hydrauliseen konduktanssiin ja joilla voi olla myös suuria ekologisia seurauksia. Kaiken kaikkiaan väitöskirja osoitti miten vesipotentiaalin ja sen vaikutusten keskinäinen suhde ei ole niin yksinkertainen ja lineaarinen kun tieteen alalla on yleisesti ymmärretty.

• Lindfors, University of Helsinki, Department of Forest Sciences Sähköposti: lauri.lindfors@helsinki.fi

• Räisänen, University of Joensuu, Faculty of Forestry Sähköposti: mikko.raisanen@faforest.fi