Maatalous- metsätieteellinen tiedekunta
Uusimmat julkaisut
-
(Helsingin yliopisto, 2018)Fava bean is a good source of plant protein that is increasingly gaining attention due to its health benefits and sustainability. However, the addition of fava bean flour or protein concentrate at high concentrations to food products may result in an unsatisfying texture. Therefore, texture modification of the fava bean matrix is essential to improve its usability in various food systems. Microbial exopolysaccharides (EPS) are effective texture modifiers, with lactic acid bacteria (LAB) being widely used in the food industry to produce them. In this thesis, EPS were produced in situ from sucrose by LAB during the fermentation of fava bean flour or fava bean protein concentrate (FPC), and their texture modification effects on fava bean matrix were evaluated. Leuconostoc pseudomesenteroides DSM 20193 and Weissella confusa VTT E-143403 were found to be good dextran producers in fava bean matrix. With the same starter, sucrose addition strongly increased paste viscosity after fermentation. By separately hydrolyzing the fermented paste with dextranase and levanase, this increase was demonstrated to be primarily driven by dextran. The gel-strengthening ability of EPS was revealed by dynamic oscillatory rheology analysis, with obvious elasticity increases in sucrose-enriched pastes after fermentation. Dextrans produced by Ln. pseudomesenteroides DSM 20193 and W. cibaria Sj 1b showed considerable gel-strengthening ability. Two mechanisms of degradation for raffinose family oligosaccharides (RFO) were established in this thesis, involving plant-derived α-galactosidase and microbial levansucrase (LSR). In fava bean flour, RFO were preferentially degraded by endogenous α-galactosidase, producing galactose and sucrose that could be further used for EPS synthesis. In the absence of endogenous α-galactosidase, LSR could act on RFO, forming melibiose, manninotriose, and manninotetraose. A joint function of endogenous α-galactosidase and microbial LSR in RFO degradation was also observed. Texture evaluation of fermented FPC pastes revealed higher firmness, consistency, cohesiveness, and index of viscosity in sucrose-enriched pastes. Proteolysis of fava bean protein was very weak after fermentation, thus contributing less to texture modification of FPC pastes than did EPS. Confocal laser scanning microscopy of fermented fava bean protein showed more concentrated protein aggregates in dextran-enriched pastes. The study of fava bean protein-dextran interactions indicates the importance of intermolecular interactions between these two polymers in determining the rheological properties of the system. During acidification, dextran stabilized the network of fava bean protein through intermolecular interactions. Conjugation of dextran to fava bean protein through the Maillard reaction decreased both viscosity and gel elasticity during protein gelation. The molar mass and conformation of dextrans affected their behavior in the protein system, especially during protein gelation. This thesis shows for the first time the feasibility of connecting EPS production by LAB to the fermentation of fava bean matrix, and identifies two promising dextran producers for use in this matrix. Analysis of the microstructure of fava bean protein with dextran and fava bean protein–dextran interactions clearly showed the role of dextran in the protein network. Furthermore, the results indicate that different EPS producers may allow texture tailoring of the fava bean matrix, which may contribute to the development of novel plant protein-based food or meat substitutes.
-
(Helsingin yliopisto, 2018)Maaperä on metsäekosysteemin rakenteen ja toiminnan perusta. Maaperän fysikaaliset, kemialliset ja biologiset prosessit säätelevät koko metsän hiilen, ravinteiden ja veden kiertoa. Ihminen on toiminnallaan merkittävästi muuttanut suomalaisten metsämaiden rakennetta ja toimintaa ja edelleen metsäekosysteemin häiriödynamiikkaa. Tässä väitöskirjassa määritettiin kahden maaperän rakenteeseen ja kemialliseen koostumukseen vaikuttavan toimenpiteen − kantojen korjuun ja tekopohjaveden muodostamisen – pitkäaikaisvaikutuksia metsämaaperän ja -kasvillisuuden rakenteeseen, toimintaan ja toipumiseen. Kantojen korjuussa maaperän pintakerros häiriintyy ja siitä poistuu hiiltä ja ravinteita korjattavien juurten ja kantojen mukana. Tekopohjaveden muodostaminen sadettamalla ravinnerikasta järvivettä harjualueille puolestaan lisää maaperään hiiltä ja ravinteita, ja käsittelyn tuloksena maaperän kemiallinen koostumus muuttuu ja metsäekosysteemi rehevöityy. Aiemmat kotimaiset tutkimukset näiden toimenpiteiden vaikutuksista on tehty korkeintaan muutamia vuosia toimenpiteiden päättymisen jälkeen eikä vaikutusten kestoa ja ekosysteemien toipumisnopeutta tunneta. Tässä työssä kantojen korjuun maaperävaikutuksia tutkittiin Keski- ja Etelä-Suomessa ja tekopohjaveden ekosysteemivaikutusten kestoa Keski-Suomessa sadetusimeytystä käyttävällä tekopohjavesilaitoksella. Tutkimuksissa tarkasteltiin metsäekosysteemin toipumista toimenpiteistä, jotka olivat päättyneet yli 10 vuotta aiemmin. Tulokset osoittavat, että kantojen korjuun ja sen jälkeen tehtävän maanmuokkauksen seurauksena kuusikoiden maaperän pintakerros häiriintyy laajalti rakenteeltaan ainakin yli 10 vuoden ajaksi. Suomalaisten havupuiden kannot ja paksujuuret ovat huomattava hiilen ja ravinteiden pitkäaikaisvarasto maaperässä, ja kantojen korjuun merkittävin ekologinen vaikutus on lahopuun ja sen hiilivaraston määrän väheneminen. Tekopohjaveden muodostaminen sadettamalla muutti maaperän happamuuden ja ravinteisuuden sekä edelleen kasvilajiston, ja muutokset kestivät pitkään imeytyksen lopettamisen jälkeen. Tekopohjavesialueilla maaperän pH oli 12−15 vuoden jälkeen sadetuksen päättymisestä edelleen huomattavasti korkeampi sadetetuilla koealoilla kuin vastaavilla kasvupaikoilla, joita ei oltu sadetettu. Lisäksi maaperän ravinteiden pitoisuudet olivat myös korkeampia sadetuksen seurauksesta. Myös aluskasvillisuuden lajien runsaussuhteet ja dynamiikka olivat edelleen muuttuneita. Tutkimuksen tulokset osoittavat, että maan pintakerroksen rakenne ja maaperän toiminta häiriintyy pitkäaikaisesti molempien käsittelyjen seurauksena. Ympäristövaikutusten keston ja niistä toipumisen tunteminen on ensiarvoisen tärkeää, jotta metsäenergian korjuun päätöksentekoa ja suunnittelua ja vastaavasti tekopohjavesilaitosten toimintaa voidaan suunnitella mahdollisimman pienin ympäristöhaitoin.
-
(Helsingin yliopisto, 2018)Boreaaliset metsät ovat merkittäviä hiilivarastoja ja suurin osa niihin varastoidusta hiilestä on maaperässä. Erityisesti maaperän orgaanisessa kerroksessa hiili on muuntunut hitaasti hajoavaksi humusaineeksi, joka muodostaa boreaalisen metsämaan pysyvimmän hiilivaraston. Koska metsämaassa vain pieni osa tärkeistä ravinteista on kasveille helposti hyödynnettävissä muodoissa, turvatakseen ravinteiden saannin kasvit muodostavat sienijuurisymbiooseja niiden juuristoissa elävien sienten kanssa. Boreaalisissa metsissä havupuut ovat yleisiä ja metsän aluskasvillisuus koostuu pääasiassa varpukasveista sekä sammaleista. Havupuut muodostavat tyypillisesti sienijuurisymbioosin pintasienijuurisienten kanssa (ektomykorritsasienet) ja varpukasvit kanervasienijuurisienien (erikoidimykorritsasienet) kanssa. Vastineeksi turvatusta ravinteiden- ja vedenotosta, sienijuurisienet saavat energiansa isäntäkasveilta erilaisina hiiliyhdisteinä eli sokereina. Ihmisen toiminnan aiheuttaman kasvihuoneilmiön voimistumisen ja ilmakehän CO2-pitoisuuden noustessa myös kasvukaudet pidentyvät ja sen myötä kasvien maahan allokoiman hiilen määrien on arveltu kasvavan. Helppokäyttöiset hiiliyhdisteet antavat mikrobeille mahdollisuuden tuottaa tavallista enemmän orgaanisen materiaalin hajotukselle välttämättömiä entsyymejä ja näin lisäävän myös vaikeasti hajotettavien hiiliyhdisteiden, kuten humuksen, hajotusta. Parempi tietämys kasvi-sieni-vuorovaikutuksen merkityksestä boreaalisen metsäekosysteemin toiminnalle on tärkeää, jotta voidaan arvioida muuttuvan ilmaston vaikutuksia maaperän hiilenkierrolle ja hiilivarastoille. Tämän väitöskirjatyön tarkoituksena oli tutkia kasvien maahan syöttämien hiiliyhdisteiden merkitystä juuriston ja maaperän sieniyhteisön monimuotoisuudelle sekä maaperän hiilenkierrolle. Tämän työn kaksi ensimmäistä osajulkaisua perustuivat laboratoriomittakaavan mikrokosmoskokeeseen ja viimeinen monivuotiseen kenttäkokeeseen. Sieniyhteisöjä ja niiden monimuotoisuutta tutkittiin molekyylibiologisin menetelmin ja syväsekvensoinnilla. Lisäksi ensimmäisessä osajulkaisussa tunnistettiin isäntäkasvin (kanerva, mustikka, puolukka ja mänty) kanssa suorassa vuorovaikutuksessa olleet sienet hyödyntäen DNA:n isotooppileimaukseen perustuvaa tekniikkaa. Tutkittujen boreaalisen metsän kasvien (kanerva, mustikka, puolukka ja mänty) juuristojen ja ympäröivän maan sieniyhteisöjen rakenteet erosivat toisistaan, mutta niistä löytyi myös keskenään samoja lajeja. Lisäksi varpukasveilla (kanerva, mustikka ja puolukka) oli erilainen vaikutus ympäröivän maan kemialliseen koostumukseen kuin männyllä. Tämän laboratoriomittakaavan mikrokosmoskokeen tulosten perusteella kanervakasveilla on merkittävä vaikutus boreaalisen metsämaan prosesseihin ja mikrobien monimuotoisuuden ylläpitämiseen. Kasvien maahan syöttämien hiiliyhdisteiden pääsyn rajoittaminen aiheutti muutoksia humusmaan sieniyhteisön rakenteeseen kolmivuotisen kenttäkokeen aikana. Lahottajasienten ja ektomykorritsasienten on arveltu kilpailevan maaperässä samoista ravinteista. Jos kasvien hiilisyöte ektomykorritsasienille lakkaa, lahottajasienten on arveltu yleistyvän ja estävän ektomykorritsasienten kasvua. Tämän sieniryhmien välisen oletetun kilpailun taustalla olevaa mekanismia kutsutaan Gadgil-ilmiöksi. Tässä väitöskirjatyössä kuvatun kolmivuotisen kenttäkokeen tulokset eivät kuitenkaan tue Gadgil-ilmiötä vaan viittaavat siihen, että lahottajasienet ja ektomykorritsasienet suosivat erilaisia ravinteiden lähteitä ja eri ekolokeroita. Lisäksi tuloksien perusteella maaperän mikrobit ovat sopeutuvaisia ja kykenevät mukautumaan tilapäisiin häiriöihin. Tässä väitöskirjatyössä saatiin uusia näkökulmia kasvin vaikutuksesta juuriston ja maaperän sieniyhteisön rakenteeseen ja toimintaan sekä maaperän kemialliseen koostumukseen. Tämän väitöskirjatyön tulokset viittaavat siihen, että tarvitsemme lisätietoa kasvien ja mikrobien vuorovaikutuksesta sekä näiden vuorovaikutusten merkityksestä maaperän prosesseille, jotta voimme ennustaa muuttuvan ilmaston vaikutusta boreaalisen metsämaan hiilenkierrossa.
-
(Helsingin yliopisto, 2018)Pohjoiset havumetsät varastoivat maaperäänsä merkittäviä määriä hiiltä, toimien samalla maailmanlaajuisen hiilen kierron nieluna. Mikrobit vastaavat välttämättömistä ekologisista toiminnoista maaperässä, kuten ravinteiden kierrättämisestä ja orgaanisen aineksen hajotuksesta. Sienet ovat tärkeimpiä hajottajia ja keskeisiä erityisesti hiilen ja typen kierrolle maaperässä. Sienet tuottavat monia solunulkoisia entsyymejä, joiden ansiosta niillä on erityinen pääsy maan orgaaniseen typpeen, joka on sitoutuneena hankalapääsyiseen maan orgaaniseen ainekseen. Typpi on usein kasvien kasvua rajoittava tekijä, minkä takia lähes kaikki kasvit muodostavat sienijuurisymbiooseja pohjoisissa havumetsissä. Sienijuurisymbioosi parantaa kasvin pääsyä maaperän hankalapääsyiseen typpivarastoon, ravinteisiin ja veteen. Tämän väitöskirjan päätavoitteina oli tutkia maaperän sieniyhteisöjä ja niiden toimintaa kuukausittain eri maakerroksissa, sekä suhteessa erilaisiin häiriöihin, kuten metsäpaloon ja porolaidunnukseen. Tutkimukset tehtiin kolmella ekosysteemiasemalla Hyytiälässä, Sodankylässä ja Värriössä, etelä- ja pohjoisboreaalisissa mäntymetsissä. Sieniyhteisöjä sekä niiden toimintaa tutkittiin uuden sukupolven sekvensointi-menetelmillä (454 syväsekvensointi), yhdistettynä mahdollista geenitoimintaa mittavaan GeoChip 4.0 -mikrolastumenetelmään sekä solunulkoisten entsyymien aktiivisuus-määrityksiin. Tulokset osoittivat, että sieniyhteisöt olivat yleisesti lajirunsaita kaikilla tutkituilla aloilla, ja lajien runsaus oli suurempaa eteläboreaalisessa metsämaassa verrattuna pohjoisboreaalisiin metsämaihin. Sieniyhteisöt olivat selkeästi kerrostuneita maaperän eri kerroksiin. Saprotrofiset hajottajasienet sekä kotelosienet olivat yleisimpiä maaperän ylimmässä karikekerroksessa, kun taas sienijuurisienet ja kantasienet olivat yleisimpiä alemmissa orgaanisissa kerroksissa sekä mineraalimaassa. Sieniyhteisöjen rakenne muuttui nopeasti ja merkitsevästi ajallisesti: hajottajasienet hallitsivat yhteisöjä myöhäistalvella, mutta kasvukauden alkaessa sienijuurisienet muuttuivat nopeasti hallitseviksi lajeiksi. Kasvukauden aikana sieniyhteisön rakenne oli huomattavan vakaa ja pintasienijuurisienet ja kantasienet hallitsivat yhteisöjä. Metsäpalon havaittiin muuttavan sieniyhteisön rakennetta ja mahdollista geenitoimintaa merkitsevästi. Sienten monimuotoisuus oli suurin nuorimmalla paloalalla kaksi vuotta metsäpalon jälkeen, ja yhteisöä hallitsivat kotelosienet sekä hajottajasienet. Sienten monimuotoisuus väheni ajan kuluessa metsäpalosta, ja kantasienet ja pintasienijuurisienet alkoivat hallita sieniyhteisöjä vanhemmilla paloaloilla. Sienten monimuotoisuus korreloi positiivisesti sienten toiminnallisen monimuotoisuuden kanssa, viitaten että suurempi sienten monimuotoisuus turvaa suuremman geneettisen potentiaalin hoitaa välttämättömiä biokemiallisia reaktioita maaperässä. Myös porolaidunnus vaikutti merkitsevästi maaperän sieniyhteisön rakenteeseen, tiettyjen lajien ja sukujen esiintyvyyteen sekä karikkeen hajotukseen liittyvien solunulkoisten entsyymien aktiivisuuteen. Pidemmällä aikavälillä porolaidunnus voi vaikuttaa karikkeen hajotukseen muuttamalla sieniyhteisön rakennetta sekä sienten tuottamien entsyymien aktiivisuutta. Pohjoisboreaalisissa metsämaissa sieniyhteisöjen havaittiin olevan herkkiä metsän häiriöille. Vaikutus oli kaikkein merkittävin heti häiriön jälkeen. Sieniyhteisöt pystyivät kuitenkin hiljalleen sopeutumaan muuttuneisiin olosuhteisiin sekä palautumaan hiljalleen häiriöstä, ainakin sadan vuoden aikaikkunalla. Joidenkin yleislajien havaittiin olevan kestävämpiä häiriöitä vastaan kuin toisten. Esimerkiksi seitikki, rousku, voitatti sekä kultaorvakka -sukujen sieniä havaittiin aina kaikilla tutkituilla aloilla, eri maakerroksista ja sukkession vaiheisista metsistä, vaikka niiden suhteelliset osuudet vaihtelivat. Pintasienijuurisienillä havaittiin myös heimotasolla sukkessiovaihtelua siten, että Atheliaceae-heimon sienet hallitsivat nuoria ja keski-ikäisiä metsiköitä, kun taas Cortinariaceae-heimon sienet hallitsivat vanhoja metsiköitä.
-
(Helsingin yliopisto, 2018)Kuusi (Picea abies (L.) Karst.) on metsänviljelyn pääpuulaji Pohjoismaissa. Suomessa tuotetaan vuosittain noin 100 miljoonaa kuusen tainta. Kuusen siementuotanto on sidoksissa lajin lisääntymisbiologiaan: hyvät siemenvuodet toistuvat harvoin ja merkittävä osa siemenistä on tavallisesti tyhjiä tai hyönteisten vaurioittamia. Tässä väitöskirjassa tarkastellaan siementen laadun eri osa-alueiden vaikutusta paakkutaimituotantoon sekä mahdollisuuksia parantaa siementen ja taimien laatua siementen esikäsittelyillä. Lisäksi tarkastellaan siementen laadun ja painon vaihtelua metsiköstä ja siemenviljelykseltä kerätyssä aineistossa ja vaihtelun merkitystä siemensaantoon. Väitöskirjan ensimmäisessä osajulkaisussa eristettiin kaupallisista siemeneristä niissä esiintyvät sienet ja tutkittiin siementen liotuskäsittelyiden vaikutusta näiden runsauteen. Tutkituissa kolmessa siemenerässä esiintyi patogeenisiä sienilajeja, mutta suurin osa lajistosta oli saprofyyttistä. Taimipolteoireiden esiintyvyyttä tutkittiin agar-alustalla ja turpeessa tehdyissä orastumiskokeissa. Taimipoltteen yleisyys vaihteli siemenerittäin agar-alustalla, muttei turpeessa, mikä korostaa kasvatusolosuhteiden merkitystä siementen mukana leviävien sienitautien ehkäisemisessä. Siementen liotuskäsittelyt aikaistivat itämistä laboratoriossa sekä orastumista taimitarhakokeissa. Liotuskäsittelyn avulla voitiin lajitella siemeneristä pois tyhjät ja hyönteisten vaurioittamat siemenet. Työn toisessa osajulkaisussa tarkasteltiin yksivuotiaaksi kasvatetuilla taimilla orastumisajankohdan ja taimien laadun yhteyttä. Mitä myöhemmin taimi orastui, sitä todennäköisemmin siitä kehittyi huonolaatuinen, ns. raakkitaimi. Siementen liotuskäsittelystä oli hyötyä 1,5-vuotiaaksi kasvatettujen taimien kehitykselle. Tulosten mukaan raakkitaimien osuus pieneni ja taimien koko kasvoi liotuskäsittelyn seurauksena. Tulosten perusteella esikäsittelyn vaikutus riippuu itämisen ja taimien alkukehityksen aikaisista olosuhteista. Väitöskirjan neljännessä osajulkaisussa havaittiin täysien siementen osuuksien vaihtelevan yksittäisten puiden, tai siemenviljelyksillä kloonien, välillä. Metsikköaineistossa myös hyönteistuhojen osuus vaihteli puittain. Siementen keskipainot vaihtelivat niin ikään puiden tai kloonien välillä, mutta varianssikomponenttianalyysin mukaan kävyn sisäinen siementen painon varianssi on käpyjen ja puiden tai kloonien välistä painovaihtelua suurempaa. Siementen painolajittelu vaikuttaa näin ollen vähemmän siemenerän geneettiseen kokoonpanoon kuin aiemmin on ajateltu. Siementen laatu ei ole siementuottajien, taimitarhatuotannon ja yhteiskunnan näkökulmista yhtenäinen käsite vaan laadun eri osa-alueet ovat niille eri tavoin merkityksellisiä, ja niiden keinot laadun ohjailuun ovat erilaisia.
-
(Helsingin yliopisto, 2018)Väitöskirjatyössä selvitettiin energiansaannin vaikutusta maitorotuisten sonnien tuotantotuloksiin, erityisesti kasvuun, rehun hyväksikäyttöön, ruhon rasvoittumiseen ja lihan laatuun. Energiansaantia säädeltiin rajoittamalla väkirehun tai kokonaiskuiva-aineen syöntiä joko jaksoittain tai koko kasvatuskauden ajan. Tavoitteena oli tasainen, nopeutuva tai hidastuva kasvu hyvälaatuiseen nurmisäilörehuun ja ohraan perustuvilla ruokinnoilla. Työn taustalla oli tarve löytää keinoja, jotka ehkäisevät ruhojen rasvoittumista. Taustalla on kuluttajien halu käyttää vähärasvaista lihaa. Lisäksi rasvoittuminen heikentää rehun hyväksikäyttöä ja rasvan arvo teurastamoteollisuudelle on murto-osa punaisen lihan arvosta. Toisaalta rasvaisuuden vähentyminen saattaa heikentää lihan syöntilaatua. Työssä etsittiin ruokintavaihtoehtoja, joilla voidaan tuottaa painavia mutta vähärasvaisia ruhoja heikentämättä lihan syöntilaatua. Työ koostui kolmesta osakokeesta. Kaikissa kokeissa verrattiin tasaista ja jaksotettua energiansaantia. Energiansaannin jaksotus tehtiin lisäämällä tai rajoittamalla energiansaantia kasvatuskauden alussa tai lopussa. Ensimmäisessä osakokeessa energiansaantia säädeltiin muuttamalla ohran määrää säilörehun ollessa koko ajan vapaasti saatavilla. Toisessa osakokeessa energiansaannin rajoitus tehtiin rajoittamalla kokonaiskuiva-aineen syöntiä. Kolmannessa osakokeessa energiansaantia rajoitettaessa sonnit saivat pelkkää säilörehua. Kaikissa kokeissa tutkittiin ruokintojen vaikutusta sonnien tuotantotuloksiin ja ensimmäisessä kokeessa myös lihan laatuun. Tulosten perusteella todettiin, että energiansaannin lisääminen on yksi keino nopeuttaa maitorotuisten sonnien kasvua ja lyhentää kasvatusaikaa, mutta samalla ruhojen rasvoittuminen lisääntyy. Jaksotettu energiansaanti saattaa olla keino vähentää ruhojen rasvoittumista. Energiansaanti tai sen jaksottaminen ei vaikuttanut kasvatuskauden aikaiseen keskimääräiseen rehun hyväksikäyttöön. Koska ruokinnan rajoitus ei tehostanut rehun hyväksikäyttöä eikä tuonut muitakaan lisähyötyjä, vapaa säilörehuruokinta täydennettynä väkirehulla osoittautui tehokkaimmaksi tavaksi tuottaa naudanlihaa. Erilaiset ruokintastrategiat eivät vaikuttaneet merkittävästi lihan laatuun. Toisaalta tämä korostaa sitä, että käytäntöön soveltuvilla ruokinnoilla on rajalliset mahdollisuudet vaikuttaa lihan laatuun. Kaiken kaikkiaan tulokset osoittivat sonnien sopeutuvan erilaisille ruokinnoille ilman suuria vaikutuksia tuotantotuloksiin ruokinnan perustuessa hyvälaatuiseen säilörehuun. Tämä tuo joustoa ruokintastrategioiden valintaan, mikä mahdollistaa rehujen saatavuuden ja hintojen huomioon ottamisen osana ruokinnan suunnittelua. Tämä saattaa tuoda taloudellista hyötyä naudanlihantuotantoon. Toisaalta nopea eläinten kiertonopeus on taloudellisesti tärkeää, ja se edellyttää runsasta energiansaantia koko kasvatuskauden ajan.
-
(Helsingin yliopisto, 2018)Antibiootteja esiintyy eri ympäristöissä usein niin alhaisina pitoisuuksina, etteivät ne estä edes niille herkkien bakteerien kasvua. Tällaisetkin pitoisuudet voivat kuitenkin tuottaa valintapainetta, jolloin antibiooteille vastustuskykyä aiheuttavat kromosomaaliset mutaatiot tai liikkuvat geneettiset elementit, kuten konjugatiiviset plasmidit, lisääntyvät bakteeripopulaatiossa. Vielä ei tiedetä, päteekö tämä bakteerien tyypillisissä elinympäristöissä, joissa bakteerit ovat osa monilajisia yhteisöjä ja vuorovaikutuksessa virusten sekä alkueläinsaalistajien kanssa. Tällaisissa olosuhteissa valintapaine voi kohdistua myös muihin bakteerin ominaisuuksiin, mikä voi häiritä antibioottiresistenssievoluutiota. Tässä työssä tutkittiin alhaisten antibioottipitoisuuksien ja ekologisten vuorovaikutusten yhteisvaikutusta antibioottiresistenssievoluutioon. Työ koostuu neljästä osatutkimuksesta. Ensimmäisessä ja toisessa osatutkimuksessa tarkasteltiin antibiootti- ja virusresistenssin evoluutiota bakteerin ilmiasussa tai perimässä altistamalla bakteeri joko antibiootille tai virukselle tai molemmille. Kolmannessa osatutkimuksessa tarkasteltiin antibiootin ja alkueläinsaalistuksen vaikutusta konjugatiivisen antibioottiresistenssiplasmidin leviämiseen ja säilymiseen bakteeripopulaatiossa. Neljännessä osatutkimuksessa tarkasteltiin alhaisen antibioottipitoisuuden, alkueläinsaalistuksen ja avaruudellisen rakenteen vaikutusta yhteisörakenteeseen sekä konjugatiivisen plasmidin leviämiseen monilajisessa bakteeriyhteisössä. Tutkimuksessa havaittiin, että alhaiset antibioottipitoisuudet lisäsivät antibioottiresistenssiä bakteeripopulaatiossa myös ekologisten vuorovaikutusten alaisuudessa. Lisäksi alkueläinsaalistus edisti resistenssiplasmidin leviämistä ja säilymistä bakteeripopulaatiossa antibiootista riippumatta. Tämä osoittaa, että myös muut ekologiset tekijät kuin antibiootit voivat olla merkityksellisiä antibioottiresistenssigeenien liikkuvuuden kannalta. Monilajisessa bakteeriyhteisössä matala antibioottipitoisuus muutti yhteisön rakennetta, monimuotoisuutta ja plasmidin vastaanottavia kantoja. Myös alkueläinsaalistus ja avaruudellinen rakenne muuttivat näitä tekijöitä vähintään yhtä voimakkaasti. Koska matalan antibioottipitoisuuden vaikutus yhteisöön voi olla samaa suuruusluokkaa tai pienempi kuin keskeisten ekologisten tekijöiden, tieto pelkästään antibiootista ei välttämättä riitä ennustamaan muutosta yhteisön koostumuksessa tai monimuotoisuudessa.
-
(Helsingin yliopisto, 2018)Unlike annual plants, perennials have repeated cycling between the vegetative and generative stages. Studying the balance between these two phases would enable breeders to produce higher quality crops. The woodland strawberry is used as a model to study developmental patterns in perennials because it has a wide geographical distribution, a small sequenced genome, and a number of available natural mutants, which provide excellent resources for physiological, molecular and genetic studies. This thesis investigated the genetic and environmental coordination of shoot apical meristem (SAM) and axillary meristem (AXM) fates in woodland strawberry. In woodland strawberry, SAM forms an inflorescence after flower induction, whereas AXMs can differentiate either into runners or branch crowns that are able to form additional inflorescences. Genetic mapping and the experiments using transgenic lines and natural accessions with contrasting environmental responses showed that a number of genes regulated the balance between vegetative and generative development in woodland strawberry. In general, cool temperature or short days (SD) induced flowering and promoted AXM differentiation to branch crowns, while warm temperature and long days (LD) promoted runner formation. High levels of FvTERMINAL FLOWER1 (FvTFL1) expression in FvTFL1 overexpression lines and NOR1 accession inhibited flowering at temperatures of 10-22°C in both SD and LD, but the environmental control of AXM fate was not affected in these plants indicating that environment influenced AXM differentiation irrespective of flowering. In the seasonal flowering genotype, FvSUPPRESSOR OF OVEREXPRESSION OF CONSTANS1 (FvSOC1) was observed to quantitatively increase runner formation. The photoperiodic control of flowering and AXM fate was studied in more detail using FvCONSTANS (FvCO) and FvFLOWERING LOCUS T1 (FvFT1) transgenic lines. These studies showed that FvCO controls the expression of FvFT1, and they both have a major role in the control of the balance between the vegetative and generative development in SD and LD. Genetic mapping studies under differing environments identified five QTLs that, together, explained about half of the observed flowering time variance in the mapping population, and two additional QTLs were identified for the number of branch crowns explaining about 20% of variance. The flowering time QTL on LG6 colocalized with FvTFL1, and one of the QTL regions on LG4 that controlled both flowering time and AXM fate was close to the PFRU, a previously identified locus in the commercial strawberry. Among the previously unknown loci, two flowering time QTLs on LG7 colocalized with putative flowering time genes FvEARLY FLOWERING 6 (FvELF6) and FvCENTRORADIALIS1 (FvCEN1), a homolog of FvTFL1. Furthermore, a gene encoding TCP transcription factor and a homolog of DORMANCY ASSOCIATED MADS BOX (DAM) were identified as candidate genes in QTL regions controlling AXM fate on LG4 and LG5, respectively. This study shed new light into the genetic and environmental control of AXM and SAM fates providing new means to control the balance between vegetative and generative reproduction under different environmental conditions.
-
(Helsingin yliopisto, 2018)Ruokatottumukset kehittyvät lapsuudessa ja voivat myös säilyä aikuisuuteen. Siksi lasten ja perheiden kannustaminen terveellisiin ruokatottumuksiin on tärkeää. Terveydenedistämisessä on perinteisesti keskitytty yksilöihin, mutta viime vuosikymmeninä huomio on kiinnittynyt yhä enemmän ympäristöihin. Ruokaympäristöllä tarkoitetaan ruokakäyttäytymiseen liittyviä fyysisiä, sosiaalisia, kulttuurisia, taloudellisia ja poliittisia ympäristötekijöitä. Ruokaympäristöllä on erityinen merkitys lapsille, sillä heidän ei voida ajatella olevan täysin vastuussa omista ruokavalinnoistaan. Lapsen elämässä merkittävimpiä ruokaympäristöjä ovat koti, päiväkoti ja koulu. On näyttöä siitä, että sekä vanhempien ruoankäyttö että kodin ruokasisustus – käytetyimmät ruokaympäristön mittarit – ovat johdonmukaisesti yhteydessä ruoankäyttöön lapsilla. Suurin osa tutkimuksista, jotka ovat selvittäneet vanhemman ja lapsen ruoankäytön samankaltaisuutta, on kuitenkin keskittynyt yksittäisen ruokaryhmän, kuten kasvisten ja hedelmien, käyttöön. Samoin ruokasisustusta on yleisimmin mitattu yksiulotteisesti yksittäisen ruokaryhmän tai terveellisten/epäterveellisten ruokien saatavuutena kotona. Lisäksi tutkimusten vasteina on useimmiten ollut ruoankäyttö ruokaryhmätasolla tai teoriapohjainen ruokavalioindeksi, vaikka aineistolähtöiset ruokavaliotyylit voisivat kuvata tutkittavien ruokavalioita totuudenmukaisemmin. Tämän tutkimuksen tavoitteena oli tutkia kokonaisruokavalioon liittyviä sosiaalisia ja fyysisiä ympäristötekijöitä lapsilla. Tutkimuksen aineisto koostui kahdesta poikkileikkaustutkimuksesta. Julkaisuissa I ja II käytettiin aineistoa DAGIS-tutkimuksesta, joka tutki terveyskäyttäytymistä ja siihen liittyviä tekijöitä 66 suomalaisessa päiväkodissa. Tutkittavina oli 864 lasta 3–6-vuotiaiden ryhmistä. Lasten ja heidän vanhempiensa ruoankäyttöä mitattiin vanhempien täyttämällä ruokafrekvenssikyselyllä (FFQ, engl. food frequency questionnaire). Lisäksi vanhemmat raportoivat kodin ruokasisustuksesta sekä perheeseen liittyvistä sosiodemografisista tekijöistä. Julkaisussa III käytettiin aineistoa 12 maan ISCOLE-tutkimuksesta, joka tutki lihavuuteen liittyviä elintapoja ja ympäristötekijöitä 9–11-vuotiailla lapsilla. Analyyseissä oli mukana yhteensä 6560 lasta (54 % tyttöjä). Ruoankäyttöä mitattiin lasten täyttämällä FFQ:lla, ja lasten vanhemmat raportoivat kodin ruokasisustuksesta. Koulujen ruokasisustusta selvitettiin havainnoimalla kaikissa osallistuvissa kouluissa (n=256). Julkaisussa I tutkittiin vanhemman ja lapsen ruoankäytön samankaltaisuutta ja siihen liittyviä sosiodemografisia tekijöitä. Kokonaisruokavalion samankaltaisuuden määrittämiseen käytettiin uudenlaista tilastollista menetelmää, jossa sekä vanhemman että lapsen FFQ:n ruokarivit järjestettiin käyttötiheyden mukaan. Tämän jälkeen jokaiselle vanhempi-lapsi-parille laskettiin samankaltaisuutta kuvaava luku siten, että tismalleen sama ruokarivien järjestys lapsen ja vanhemman FFQ:ssa tuotti samankaltaisuudeksi +1. Jos ruokarivien järjestys lapsen FFQ:ssa ei muistuttanut lainkaan vanhemman vastaavaa, samankaltaisuudeksi saatiin 0. Isän ja lapsen välinen samankaltaisuus oli keskimäärin 0,50 (95 %:n luottamusväli 0,48–0,52), kun taas äidin lapsen välinen samankaltaisuus oli 0,57 (95 % luottamusväli 0,55–0,58). Jos äiti oli raportoinut lapsen ruoankäytön, isän ja lapsen välinen samankaltaisuus oli pienempi verrattuna tilanteeseen, jossa isä oli sijaisraportoijana. Myös äidin ja lapsen samankaltaisuudessa nähtiin viitteitä vastaavasta raportoijaan liittyvästä harhasta. Lisäksi viikoittaisten perheaterioiden määrä oli positiivisesti yhteydessä äidin ja lapsen ruokavalion samankaltaisuuteen. Vanhempien koulutustaso ei ollut yhteydessä vanhemman ja lapsen ruokavalion samankaltaisuuteen. Julkaisuissa II ja III havaittiin, että epäterveellisten ruokien saatavuus kotona oli positiivisesti yhteydessä yleisesti epäterveellisinä pidettyihin ruokavaliotyyleihin. Vaikka terveellisten ruokien saatavuus kotona oli käänteisesti yhteydessä epäterveellisiin ruokavaliotyyleihin, vaikutti siltä, että yhteys ainakin osittain kumoutui, jos myös epäterveellisiä ruokia oli runsaasti saatavilla. Vastaavasti kodin terveellisten ruokien saatavuus oli positiivisesti ja epäterveellisten käänteisesti yhteydessä yleisesti terveellisinä pidettyihin ruokavaliotyyleihin. Tulokset olivat samanlaisia sekä päiväkoti- että kouluikäisillä lapsilla. Koulun ruokasisustus ei ollut yhteydessä ruokavaliotyyleihin. Vanhemman ja lapsen ruokavaliot muistuttivat toisiaan kohtalaisesti riippumatta perheen sosioekonomisesta taustasta. Lisäksi tutkimuksessa tehtiin tärkeä havainto: lapsen ruokavalio muistutti enemmän sitä vanhempaa, joka oli raportoinut lapsen ruoankäytön tämän puolesta. Tällä mahdollisella sijaisraportoijaan liittyvällä harhalla voi olla vaikutusta tulosten tulkintaan. Siksi tutkijoiden tulisi aina raportoida, kuka toimi lapsen sijaisraportoijana, ja ottaa tämä huomioon analyyseissä. Äitien lisäksi myös isät tulee huomioida perheiden ruoankäyttötutkimuksissa, jolloin sosiaalinen ruokaympäristö kyetään kuvaamaan kokonaisvaltaisemmin. Koska epäterveellisten ruokien saatavuus oli yhteydessä epäterveelliseen syömiseen riippumatta terveellisten ruokien saatavuudesta, tutkimuksen tulokset painottavat epäterveellisten ruokien saatavuuden rajoittamista kotona. Tämän tutkimuksen tuloksia voidaan hyödyntää perheiden ruokavalion parantamiseen tähtäävien terveydenedistämiskampanjoiden suunnittelussa ja toteutuksessa.
-
(Helsingin yliopisto, 2018)Kuivat alueet kattavat 40% maapallon maapinta-alasta ja niiden maaperä on köyhtynyt, jos köyhtymisellä tarkoitetaan maaperän orgaanisen aineen osuuden vähenemistä, laajalti varsinkin Afrikassa. Orgaanisen aineen väheneminen ja siihen liittyvien ekosysteemipalvelujen (mm. eroosion esto, hiilen kertyminen, maan viljavuus ja veden pidätyskyky) heikkeneminen uhkaavat paikallisten ihmisten toimeentuloa. Sellaisen maankäytön, joka lisää maaperän orgaanista ainetta (esim. puiden lisääminen), voidaan olettaa parantavan maaperän viljavuutta sekä veden imeytymistä ja pidätystä maahan. Eri-ikäisiä (7-24 vuotiaita) Acacia senegal (L.) Willd. (nykyisin Senegalia senegal (L.) Britton.) viljelmiä kahdella alueella Sudanissa käytettiin tutkittaessa: (1) biomassan ja maaperän orgaanisen hiilen (C) varastoja ja muutoksia sekä C3-kasvien (puiden ja ruohovartisten) vaikutusta maaperän orgaaniseen hiileen; (2) maaperän orgaaniseen hiilen liittyviä muutoksia, maaperän vesitalouden kannalta keskeisiä ominaisuuksia ja viljelmän vesitaloutta; ja (3) maaperän typen (N), fosforin (kokonaisfosforin ja kasville saatavilla olevan fosforin) ja kaliumin (kokonaiskaliumin ja kasville saatavilla oleva kaliumin) pitoisuuksia ja N2 sidontaa. Läheisiä puuttomia ruohostoja käytettiin vertailualueina. Puuston biomassan C laskettiin allometristen yhtälöiden ja hiilipitoisuuksien perusteella, aluskasvillisuuden biomassan punnituksen ja hiilipitoisuuden perusteella ja maaperän orgaaninen C (0-50 cm syvyydellä) maanäytteiden hiilipitoisuuden ja maaperän tiheyden perusteella. C3-kasvien osuus maaperän orgaanisesta hiilestä 𝛿13C sekoitusmallin perusteella. Maaperän ja lehtien δ15N arvoja käytettiin arvioitaessa N2 sidonnan merkitystä. Maan kosteuden syvyysvaihtelu mitattiin Time Domain Reflectometry (TDR) tekniikalla. Vuorokautinen vesitase laskettiin mitatun kosteuden syvyysvaihtelun avulla kalibroidulla yksinkertaisella vesitasemallilla. Maaperän vesitalouden kannalta keskeiset ominaisuudet arvioitiin maaperän raekoostumuksen ja orgaanisen hiilen pitoisuuden avulla. Maaperän ravinnepitoisuudet (N, kokonaisfosfori, saatavilla oleva fosfori, kokonaiskalium ja saatavilla oleva kalium) mitattiin näytteistä. Biomassan C lisääntyi viljelmän iän myötä. Vaikkakin suurin osa tästä lisäyksestä johtui puista, myös aluskasvillisuuden C lisääntyi iän myötä ja oli vanhimmilla viljelmillä suurempi kuin läheisillä ruohostoilla. Tämä tulos tukee hypoteesia, jonka mukaan puut lisäävät aluskasvillisuuden tuottavuutta kuivilla alueilla. Viljelmien maaperän orgaanisen hiilen määrä (0-50 cm) lisääntyi viljelmän iän myötä ja oli suurempi kuin ruohostoilla. Iästä johtuva maaperän orgaanisen hiilen lisäys johtui akaasioiden lisäksi myös aluskasvillisuuden biomassasta. Mitatut maaperän kosteudet olivat suurempia ruohostoilla kuin viljelmillä, mutta lisääntyivät viljelmän iän myötä, heijastaen samankaltaista kehitystä maaperän orgaanisessa hiilessä ja siihen liittyvässä kasveille saatavilla olevan veden määrässä. Hydrologisen mallin perusteella viljelmiltä oli vähemmän pintavaluntaa, niillä oli lisääntynyt imeytyminen ja haihtuminen, pienentynyt syöttö pohjaveteen ja alhaisempi maaperän kosteus, kuten mittaustenkin perusteella. Ruohostojen suurempi maaperän kosteus johtui pienemmästä haihdunnasta ja johti suurempaan syöttöön pohjaveteen kuin viljelmillä. Tutkimus korosti empiiristen tutkimuksen tarvetta puiden tiheyden vaikutuksesta vesitaseisiin Afrikan kuivilla alueilla. Kaikkien tutkittujen ravinteiden pitoisuudet olivat suhteellisen alhaisia, mutta olivat korkeimmillaan vanhemmilla viljelmillä ja lähellä pintaa (0-10 cm syvyydellä), kuten maaperän orgaanisen hiilen pitoisuudetkin – viitaten maaperän orgaanisen hiilen merkitykseen maaperän viljavuudelle. Lehvästön korkeat δ15N arvot viittasivat siihen, että N2 sidonnan rooli ei ollut merkittävä maaperän typen kannalta, vaikka A. senegalin tiedetään sitovan typpeä ilmakehästä muilla alueilla, ja siten ei vaikuttanut typen kertymiseen maaperään. Raportoitu typpilaskeuma ei myöskään selitä typen kertymistä maaperään. Mahdollinen selitys typen lisääntymiselle liittyy laiduntavien eläinten tuomaan typpeen. Tutkimus osoitti, että A. senegal lisäsi hiiltä biomassassa ja maaperässä, mikä auttaa ilmastonmuutoksen hillinnässä, ja tämä myös lisää maaperän ravinteiden pitoisuuksia ja siten palauttaa köyhtyneen maaperän viljavuuden paikallisten ihmisten hyödyksi. Koska maaperän orgaanisen hiilen lisäys vahvistaa lukuisia ekosysteemipalveluja, yrityksiä lisätä tai ainakin ylläpitää A. senegal puiden kattamaa aluetta tulisi tukea. Tämä ymmärrys tulisi viedä paikallisille yhteisöille tulevien häiriöiden vähentämiseksi ja kestävän maankäytön kannustamiseksi.
-
(Helsingin yliopisto, 2018)Beetaglukaani ((1→3),(1→4)-β-D-glukaani) on kauran ja ohran tärkein kuitupolysakkaridi. Sen fysiologiset ja teknologiset edut liittyvät sen kykyyn suurentaa viskositeettia ruoansulatuskanavassa ja liuoksissa. Viljan beetaglukaani on altis pilkkoutumiselle prosesseissa ja säilytyksessä, minkä vuoksi tuotteiden beetaglukaanin pysyvyys ja funktionaalisuus voi heiketä. Beetaglukaanin oksidatiivinen pilkkoutuminen on osoitettu yksinkertaisissa Fenton-reaktiomalleissa, mutta pilkkoutumista ei ole aiemmin tutkittu monimutkaisemmissa lipidejä sisältävissä malleissa. Näissä olosuhteissa lipidien hapettuminen on radikaalien tärkein lähde. Tutkimuksen tavoitteena oli ymmärtää viljan beetaglukaanin pysyvyyttä lipidien hapettumisen yhteydessä ja beetaglukaanin roolia lipidien hapettumisen hidastajana. Lisäksi tutkittiin beetaglukaanin mukana kulkevan jäännösfytaatin osuutta beetaglukaanin oksidatiivisessa pysyvyydessä. Lipidien hapettuminen johti beetaglukaanin merkittävään pilkkoutumiseen öljy vedessä –emulsio-mallissa, jolloin beetaglukaanin viskositeetti ja molekyylipaino pienenivät. Beetaglukaanin pilkkoutuminen oli sitä merkittävämpää, mitä suurempi oli öljyn hapettumisaste, siirtymämetallien pitoisuus tai varastointilämpötila. Beetaglukaania sisältävissä emulsioissa havaittiin myös lipidien hapettumisen hidastumista. Mekanismia tutkittiin eri molekyylipainoisilla puhtailla kauran ja ohran beetaglukaaneilla. Ensin beetaglukaanin kyky hidastaa lipidien hapettumista vaikutti liittyvän beetaglukaanin lähteeseen ja molekyylipainoon. Jatkossa kuitenkin ilmeni, että hapettumisen hidastuminen liittyi beetaglukaaninäytteiden sisältämän jäännösfytaatin pitoisuuteen. Kun fytaatti poistettiin, beetaglukaanin kyky hidastaa lipidien hapettumista hävisi riippumatta beetaglukaanin lähteestä tai molekyylipainosta. Beetaglukaaninäytteiden jäännösfytaatti oli tärkein tekijä lipidien hapettumisen hidastumisessa. Lisäksi jäännösfytaatti suojasi beetaglukaania oksidatiiviselta pilkkoutumiselta. Hapettavissa olosuhteissa kauran beetaglukaani oli stabiilimpi kuin ohran beetaglukaani, sillä kauranäytteissä oli suurempi pitoisuus fytaattia kuin ohranäytteissä. Myös kauran beetaglukaani altistui oksidatiiviselle pilkkoutumiselle, kun sen sisältämä jäännösfytaatti poistettiin. Myös fytiinihapon lisäys hidasti beetaglukaanin pilkkoutumista, ja pilkkoutumisen reaktionopeus riippui fytiinihapon ja raudan moolisuhteesta ja kilpailevien yhdisteiden, kuten askorbiinihapon, läsnäolosta. Tutkimus osoitti, että hapettuneet lipidit ja beetaglukaanin mukana kulkeutuvat yhdisteet voivat vaikuttaa beetaglukaanin oksidatiiviseen pysyvyyteen ja siten niillä voi olla merkitystä beetaglukaanin teknologisessa ja fysiologisessa funktionaalisuudessa.
-
(Suomalaisen Kirjallisuuden Seura, 2000)Suomalaisen Kirjallisuuden Seuran Toimituksia 773
-
(2018)Kasvit tuottavat osana sekundaarimetaboliaansa tuhansia erilaisia haihtuvia orgaanisia yhdisteitä eli VOC-yhdisteitä, joita ne hyödyntävät erityisesti puolustusyhdisteinä. Alhaisista pitoisuuksistaan huolimatta nämä yhdisteet osallistuvat ilmakehässä moninaisiin kemiallisiin prosesseihin, jolloin niiden vaikutus ulottuu paljon yksittäisen kasvin kasvuympäristöä laajemmalle. Mänty (Pinus sylvestris L.) tuottaa erityisesti mono- ja seskviterpeenejä, joista valtaosa varastoituu pihkaan. Pihka on tiehyissä paineenalaisena. Tässä tutkimuksessa paineen havaittiin korreloivan positiivisesti sekä ilman lämpötilan että versojen transpiraationopeuden kanssa. Lisäksi sekä korkean pihkanpaineen että ilman korkean lämpötilan havaittiin lisäävän monoterpeenien haihduntanopeutta rungosta. Monoterpeenisyntaasiaktiivisuus kuvaa neulasten maksimaalista kykyä tuottaa monoterpeenejä. Ympäristötekijöiden vuodenaikaisvaihtelun ja neulasten iän todettiin selittävän suurimman osan neulasten monoterpeenisyntaasiaktiivisuuksien sekä monoterpeenivarastojen ja -päästöjen vaihtelusta. Männynneulasten monoterpeenipitoisuuden vaihtelu vuodenaikojen, eri-ikäisten neulasten ja eri puiden välillä oli puolestaan verrattain pientä. Monoterpeenisyntaasiaktiivisuus oli suurempaa alle vuoden ikäisillä neulasilla kuin tätä vanhemmilla. Saman puun neulasten monoterpeenisyntaasiaktiivisuuksien ja monoterpeenivarastojen yhdistekohtainen koostumus ei heijastunut päästöjen koostumukseen: esimerkiksi δ-3-kareenia oli päästöissä selvästi suurempi osuus kuin varastoissa ja syntaasiaktiivisuuksissa. VOC-yhdisteiden päästöjä on mitattu puiden yhteyttävistä osista jo pitkään, mutta tässä tutkimuksessa seurattiin ensikertaa puiden puuosien päästöjä usean vuoden ajan. Mittaukseen käytettiin automaattista kammiomittausjärjestelmää ja siihen liitettyä protoninvaihtoreaktiomassaspektrometriä. Männyn rungosta havaittiin vapautuvan ilmaan monoterpeenejä ja metanolia. Kummankin aineen päästöissä näkyi vuodenaikaisvaihtelua: Metanolipäästöt olivat suurimmillaan keskellä kasvukautta. Monoterpeenipäästöt puolestaan olivat korkeimmillaan paitsi kesien kuumimpina päivinä, myös keväällä puiden yhteytyskapasiteetin palautuessa lepokauden jälkeen. Tutkittujen puiden monoterpeenipäästöjen enantiomeerikoostumuksessa esiintyi vuorokausivaihtelua. Puiden vapauttamien yhdisteiden määrän, yhdisteiden reaktiivisuuden, metsän puulajikoostumuksen ja puiden eri kemotyyppien runsauden havaittiin heijastuvan latvuskerroksen yläpuolisen ilman terpeenikoostumukseen.
-
(Helsingin yliopisto, 2018)Itämeri on matala murtovesiallas ja se on luontaisesti erittäin altis rehevöitymiselle. Massiiviset syanobakteeri- eli sinileväkukinnat ovatkin alueella jokakesäinen ilmiö. Kukinnat ovat myrkyllisiä ihmiselle ja muille nisäkkäille ja ne aiheuttavat haittaa veden virkistyskäyttäjille. Kaikki syanobakteerit ovat yhteyttäviä organismeja. Lisäksi Itämerellä kukintoja muodostavat lajit kykenevät sitomaan ilmakehän typpeä, minkä seurauksena epäorgaanisen fosforin saatavuus toimii usein syanobakteerien kasvua rajoittavana tekijänä. Itämerta ympäröivät valtiot valvovatkin nykyään tiukasti maalta tulevia epäorgaanisia fosforipäästöjä, mutta satunnaisia pistekuormituksia tapahtuu edelleen. Pitkään jatkunut raskas fosforikuorma on kuitenkin yhä sitoutuneena pohjan sedimentteihin, mistä se vapautuu vähitellen takaisin vesipatsaaseen. Itämeren syanobakteerikukinnat koostuvat Aphanizomenon sp., Dolichospermum sp. ja Nodularia spumigena -lajeista, joista kaksi jälkimmäistä tuottavat myrkkyjä. Evolutiivisen historiansa vuoksi Dolichospermum sp. esiintyy runsaammin vähäsuolaisemmilla rannikkovesialueilla, kun taas N. spumigena vallitsee suolaisemmalla avomerellä. Tässä työssä Itämeren myrkyllisten ja kukintoja muodostavien syanobakteerien esiintymistä ja kykyä sopeutua ilmastonmuutoksesta ja ihmisen toiminnan seurauksesta aiheutuvaan muuttuvaan ympäristöön on arvioitu nykyaikaisten sekvensointi- ja molekyylibiologisten työkalujen avulla. Koska Itämeren suolapitoisuuden on ennustettu madaltuvan ilmastonmuutoksen seurauksena, tämän työn ensimmäisessä osassa selvitettiin, miten Dolichospermum sp. ja N. spumigena käyttäytyvät epäsuotuisissa suolapitoisuuksissa. Laboratoriokokeet osoittivat, että Dolichospermum sp. on geneettisiltä ominaisuuksiltaan hyvin samankaltainen makean veden sukulaistensa kanssa, eikä se kykene kasvamaan korkeissa suolapitoisuuksissa. Korkeat suolapitoisuudet aiheuttivat mittavaa transkriptomin uudelleenjärjestäytymistä, mikä näkyi erityisesti fotosynteesi- ja typensidontakoneistojen toiminnan tukahduttamisena. Lisäksi korkea suolapitoisuus lisäsi myrkyntuotantoa sekä lipidien uudelleenjärjestäytymistä. N. spumigena kasvoi parhaiten korkeammissa suolapitoisuuksissa, ja matalammat suolapitoisuudet aiheuttivat metabolian hidastumista. N. spumigena -syanobakteerin genomisekvenssistä pystyttiin tunnistamaan ainutlaatuisia ominaisuuksia, joilla on todennäköisesti tärkeä rooli murtovesissä. Tutkittujen lajien kasvu ja metabolia hidastuivat, kun fosforin määrä oli rajoitettu. Molemmat lajit ilmensivät myös voimakkaasti pho-säätelyalueen geenejä, joita voidaan hyödyntää määritettäessä fosforin määrää syanobakteerikukinnoissa. Kaikilta tutkituilta Itämeren N. spumigena -kannoilta löydettiin phnC-M-geenialue, joka on vastuussa stabiilien fosfonaattimolekyylien kuljettamisesta ja pilkkomisesta. Työssä havaittiin, että luonnollisesti tuotetut fosfonaatit toimivat vaihtoehtoisena fosforinlähteenä N. spumigena -syanobakteereille ja tarjoavat lajille kilpailuedun alueilla, joilla epäorgaanisen fosforin saatavuus on niukkaa. N. spumigena ei kuitenkaan hyödyntänyt metyylifosfonaatista vapautuvaa orgaanista hiilimolekyyliä, metaania, ja metaanipitoisuuden määrä ympäröivässä kaasutilassa kasvoi. Massiivisilla N. spumigena -kukinnoilla saattaakin olla yhteys Itämeressä kesäisin havaittuihin kohonneisiin metaanipitoisuuksiin. Tulosten pohjalta voidaan päätellä, että syanobakteerikukinnat eivät katoa Itämerestä mikäli kokonaisfosforin määrää ei pienene, mutta kukintojen lajikoostumus saattaa muuttua ilmastonmuutoksen seurauksena.
-
(Helsingin yliopisto, 2018)Tämän väitöskirjan päätavoitteina oli tutkia kannettavien pudotuspainomittalaitteiden soveltuvuutta metsätien kantavuuden mittaamiseksi ja vertailla tuloksia raskaaseen pudotuspainolaitteeseen, muodostaa erilaitteilla mitattujen kantavuusarvojen pohjalta metsätien urautumista ennustava taulukko ja vertailla neljän erilaisen lentotuhkarakenteen teknistä onnistumista kantavuuden perusteella ja vertailla taloudellista kannattavuutta perinteiseen murskeen käyttöön. Kantavuustieto olisi merkittävä apu metsäammattilaiselle arvioitaessa kelirikkoisen metsätien kulkukelpoisuutta ja vaurioitumisriskiä ja myös metsätien peruskunnostustarpeen arviointiin kesällä. Puu- ja turveperäisen lentotuhkan käyttökohteiden lisääminen vähentäisi kaatopaikalle päätyvän tuhkan määrää, mikä pienentäisi kaatopaikkamaksujen suuruutta ja edistäisi kiertotalouden periaatteita. Molemmat kannettavat pudotuspainolaitteet (LFWD ja DCP) osoittautuivat tulostensa puolesta vertailukelpoisiksi raskaaseen pudotuspainolaitteeseen verrattuna (FWD) tietyin rajoituksin kevät- ja kesäolosuhteissa. Kaikkien kolmen laitteen kelirikkomittausten osalta löydettiin myös raja-arvot, joiden alittaminen aiheuttaa voimakasta urautumista metsätiellä raskaan ajoneuvon seurauksena. Bioperäisen lentotuhkan hyödyt metsätien kunnostamisessa olivat ilmeiset, kantavuus nousi keväällä samalle tasolle kuin kesämittauksessa ennen kunnostamista. Lentotuhka rakenteen korkeampi hinta puolestaan kompensoitui vähentyneinä kaatopaikkamaksuina.
-
(Helsingin yliopisto, 2018)Väitöskirja tarkastelee paikallisyhteisöjen omistuksessa olevan uusiutuvan energiantuotannon hallintaa, erilaisia paikallistason vaikutuksia ja hankkeiden kustannustehokkuutta. Tavoitteena on ymmärtää kuinka ja minkälaisissa tilanteissa yhteisöllisessä omistuksessa oleva energiatuotanto on toteuttamiskelpoinen ja tehokas tapa pyrittäessä kohti yhteiskunnan kestävää kehitystä. Väitöskirjan julkaisujen tausta on monitieteinen vaihdellen energiapolitiikan analyysista projektitason hankkeiden toteutettavuuteen ja vaikutusten arviointiin. Tutkimusmenetelminä käytetään systemaattisia kirjallisuuskatsauksia, diskurssianalyysia, instituutioiden kehityksen historiallista tarkastelua sekä energiainvestointien riski- ja kannattavuusarviointia. Väitöskirja tuottaa uutta metatason tietoa paikallistason energiatuotannosta Iso-Britanniassa ja sen kehityksestä teknologia- ja instituutiomuutosten aikana. Lisäksi se arvioi ns. Quality of Evidence -ongelmia projektitasolla ja myös vaikutusarvioinnin kirjallisuuden ja menetelmien laajemmasta näkökulmasta. Tulosten mukaan yhteisöllisen energiantuotannon omistusrakenteet ovat herkkiä politiikkaympäristön haasteille ja linjauksille sekä muille eksogeenisille muutoksille. Uusiutuvan energian projekteilla on kuitenkin edellytyksiä tuottaa monia myönteisiä paikallistason vaikutuksia, mutta nämä vaikutukset riippuvat projektien tavoitteenasetannasta ja tuottovaatimuksista. Uusiutuvan energian paikallistason tuotannon kautta voidaan vahvistaa paikallisyhteisöjen kykyä hallita sosioekonomisia ongelmiaan. Yhteisölliset energiantuotantohankkeet, joiden taustalla on uusia ruohonjuuritason toimijoita, ovat kuitenkin erityisen herkkiä erilaisille toimintaan liittyville riskeille, jotka voivat heikentää niiden kannattavuutta verrattuna markkinaehtoisiin hankkeisiin. Laajentuakseen merkittävästi nykyisestään paikallistason uusituvan energian investoinnit tarvitsevat niille räätälöityjä politiikan tukea, mikä olisi kuitenkin perustetavissa hankkeiden tuomilla sosiaalisilla, taloudellisilla ja ympäristöhyödyillä. Paikallistason uusituvan energian tukeminen vaatii kuitenkin myös erityistä valmiutta nivoa yhteen hyvinkin erilaisia energia- ja yhteiskuntapoliittisia tavoitteita.
-
(Helsingin yliopisto, 2018)Lyhytketjuisiin triasyyliglyseroleihin (SC-TAG) on esteröityneenä vähintään yksi lyhytketjuinen rasvahappo, joka sisältää 2–6 hiiliatomia. Maitorasvan (MF) TAG-koostumus eroaa muista yleisistä ravintorasvoista ja -öljyistä siinä, että SC-TAG:ien osuus (mol-%) on MF:ssa poikkeuksellisen suuri, mikä vaikuttaa MF:n biologisiin, kemiallisiin, fysikaalisiin ja teknologisiin ominaisuuksiin ja tekee MF:n TAG:ien analysoinnista haasteellista. Tämän tutkimuksen tavoitteena oli kehittää kromatografisia (kaasukromatografisia, GC; normaalifaasinestekromatografisia, np-HPLC) ja massaspektrometrisiä (MS) (elektroni-ionisaatio-MS, EI–MS; sähkösumutusionisaatio-MS, ESI–MS / ESI–MS/MS) menetelmiä erottamaan, tunnistamaan ja kvantitoimaan voirasvan (BF) SC TAG:ien asyyliketju- ja sn 1(3)/sn 2-paikkaisomeereja. Tutkimuksessa kehitettiin yksinkertainen hopeaioni-kiinteäfaasiuuttomenetelmä (Ag-SPE), jota käytettiin fraktioimaan BF:n TAG:t tyydyttyneisiin ja kerta- ja monityydyttymättömiin TAG:eihin. Ag-SPE:n käyttö ennen GC- ja GC–EI–MS-analyysejä mahdollisti samanaikaisesti eluoituvien, mutta eri tyydyttyneisyysasteisten SC-TAG:ien asyyliketju- ja sn 1(3)/sn 2-paikkaisomeerien kvantitoinnin GC:sti ja GC–EI–MS:sti. TAG:ien ja TAG-isomeerien eluointijärjestyksen määrittämiseksi 112 erilaista TAG:a ja TAG-isomeeria syntetisoitiin kemiallisella vaihtoesteröinnillä ja niille määritettiin retentioindeksit (RI) polarisoituvalla fenyyli(65%)metyylisilikoni-GC-kolonnilla. RI-vertailu osoitti, että kolonnin erotuskyky oli riittävä erottamaan kaikkien mono-SC-TAG:ien sn 1(3)/sn 2-paikkaisomeerit toisistaan. Vastaavasti havaittiin, että peräkkäin kytketyt np-HPLC-kolonnit (3 kpl) erottivat täydellisesti kaikkien mono- ja dibutyryyli-TAG:ien ja lähes täydellisesti monokaproyyli-TAG:ien paikkaisomeerit toisistaan sekä dikaproyyli-TAG:ien isomeerit osittain. Yllättäen myös sellaisten pitkäketjuisten-TAG:ien, joihin oli esteröityneenä C20:0-rasvahappo, sn 1(3)/sn 2-paikkaisomeerit erottuivat toisistaan. Tutkimus osoitti lisäksi, että ESI–MS/MS:ssa lyhytketjuiset asyylit (C4:0, C6:0) lohkeavat vähintään 2,3 kertaa helpommin SC-TAG:ien sn-1(3)- asemista kuin sn-2-asemasta, mikä mahdollistaa vastaavien paikkaisomeerien erottamisen tällä menetelmällä. Kaikissa kvantitointimenetelmissä (GC, GC–EI–MS ja np-HPLC–ESI–MS) käytettiin spesifisiä, molaarisia korjauskertoimia (MCF) TAG:eille. Molemmissa MS-menetelmissä todettiin TAG:ien molekyylikoon, tyydyttyneisyyden ja asyyliketju- ja sn 1(3)/sn 2-paikkaisomerian vaikuttavan MCF:iin, minkä vuoksi oli välttämätöntä käyttää spesifisiä MCF:a myös SC-TAG:ien sn 1(3)/sn 2 paikkaisomeerien kvantitoinnissa. Kokeellisesti määritettyjen MCF:ien verraten suuri lukumäärä (>100) mahdollisti harvinaisempien TAG:ien MCF:ien päättelemisen. Kaikilla käytetyillä menetelmillä pystyttiin luotettavasti määrittämään TAG-jakautuma ja yleisimmät TAG:t BF:ssa. BF:sta määritettiin np-HPLC–ESI–MS:sti kaikkiaan 336 erilaista parillista TAG:a, joista 64:ä ei ole aiemmin kokeellisesti todettu BF:ssa. Suuri osa uusista TAG:eista oli monoasetyyli-TAG:ja, harvinaisia mono-SC-TAG:ien sn-2-isomeereja ja di/tri-SC-TAG:ja. Tässä tutkimuksessa käytetyillä menetelmillä pystyttiin kvantitoimaan BF:n SC-TAG:t ja niiden sn 1(3)/sn 2-paikkaisomeerit. Käytetyt menetelmät ovat sovellettavissa MF-väärennysten havaitsemiseen, MF:n biologisten ja teknologisten ominaisuuksien tutkimiseen ja MF:n muokkauksen seurantaan. Ne soveltuvat myös räätälöityjen SC-TAG:ien analysointiin.
-
(Helsingin yliopisto, 2018)Tarhapapu (Phaseolus vulgaris L.) on tärkeä palkokakasvi, jota viljellään laajalti ympäri maailmaa korkean ravintoarvonsa vuoksi. Afrikan ja Latinalaisen Amerikan kehitysmaissa (esim. Tansaniassa ja Nicaraguassa) pavuntuotanto on tärkeää ruokaturvan ja tulonmuodostuksen näkökulmasta etenkin köyhimmissä väestöryhmissä, jotka koostuvat pienviljelijöistä. Kasvitautiongelmat, tuholaiset, terveiden siementen puute, viljelymenetelmien kehittymättömyys ja ympäristöolot ovat usein keskeisinä rajoituksina pavuntuotannolle. Nicaraguassa ja Tansaniassa paikallisten papulajikkeiden sertifioitujen siementen puute aiheuttaa merkittäviä sadon määrän ja laadun menetyksiä. Nicaraguassa ja Tansaniassa viljelyä rajoittaa se, että siemenpavuissa leviävät sienet ja virukset ovat jääneet vähälle huomiolle. Tässä tutkimuksessa tunnistettiin ja eristettiin pavunsiementen sieniä tärkeässä, uudessa papulajikkeessa INTA Rojo. Näytteenotto tehtiin neljästä siemenvarastosta ja kuudesta siemenerästä Nicaraguan papujen päätuotantoalueilla. Viruksia tutkittiin myös maatiaispapulajikkeista ja äskettäin viljelyyn otetuista uusista papulajikkeista Nicaraguassa ja Tansaniassa. Siemenpavuista eristetyistä sienistä 87 sienikantaa aiheutti taudinoireita pavuissa. Ne kuuluivat kahdeksaan sukuun: Fusarium spp. (F. chlamydosporum, F. equiseti, F. incarnatum), Lasiodiplodia theobromae, Macrophomina phaseolina, Corynespora cassiicola, Colletotrichum capsici, Colletotrichum gloeosporioides, Diaporthe sp. (Phomopsis), Aspergillus flavus, ja Penicillium citrinum. Nicaraguassa neljältä viljelyalueelta tutkittujen papujen (INTA Rojo) itävyys oli huono, 16-40%, mikä viittaa sienten merkittävään satotasoa vähentävään vaikutukseen, kun tervettä siementä ei ole saatavilla. Tässä tutkimuksessa kehitettiin neljä erilaista lajispesifistä alukeparia sienten F. equiseti, F. chlamydosporum, F. incarnatum, C. capsici, C. gloesporiodes ja C. cassiicola havaitsemiseksi PCR-menetelmällä (polymerase chain reaction). Testi perustuu ribosomaalista RNA:ta tuottavien geenien välialueisiin (ITS1 ja ITS2), joiden DNA-sekvenssi vaihtelee sienilajien välillä. Phaseolus vulgaris endornavirus 1:n (PvEV-1) ja PvEV-2:n läsnäolo havaittiin pavuissa sekä Nicaraguassa että Tansaniassa. Samoin Cowpea mosaic virus havaittiin pavuissa yhdellä Tansanian alueella. On ilmeistä, että uudet Nicaraguassa viljeltävät papulajikkeet ovat aiempaa kestävämpiä viruksille, koska viruksia ei näistä papulajikkeista löytynyt. Tansaniassakin papujen viruskestävyyttää on kehitetty kestävyysjalostuksella. Tämän tutkimuksen tulokset edustavat ensimmäistä laajempaa analyysiä siemenpavuissa esiintyvistä patogeenisista sienistä Nicaraguassa ja tuo esiin sienten, kuten F. equiseti, F. incarnatum, L. theobromae, C. cassiicola ja Diaporthe-lajien merkityksen siementen itävyyden ja siten satotason heikentäjinä. Tutkimuksen tulokset edesauttavat Nicaraguan ja Tansanian kansallisen siementuotantojärjestelmän parantamista antamalla uutta tietoa siemenpapujen mukana leviävistä ja satotasoa heikentävistä taudinaiheuttajista.
-
(Helsingin yliopisto, 2018)Bioottisten ja abioottisten ympäristötekijöiden tiedetään vaikuttavan typpeä sitoviin syanobakteerikukintoihin, jotka muokkaavat ravinneympäristöä, mikä puolestaan vaikuttaa pelagiseen ravintoverkkoon ja planktiseen yhteisöön. Abioottiset tekijät, kuten ravinteiden saatavuus ja sääolosuhteet, ovat laajasti tutkittuja. Vähemmän tutkittua on bioottisten tekijöiden kuten faagien vaikutus kukintoja muodostaviin typpeä sitoviin syanobakteereihin. Tämän tutkimuksen tavoite on kuvata faagin vaikutusta syanobakteeriin (Nodularia spumigena) ja ravinneympäristöön laajemmassa planktisessa yhteisössä kokeellisen lähestymistavan kautta. Lisäksi tämä tutkimus tarkastelee isännän vastustuskyvyn eli faagiresistenssin evoluution vaikutusta kokeelliseen planktonyhteisödynamiikkaan (sis. filamenttinen syanobakteeri Nodularia spumigena, syanofaagi 2AV2, viherlevä Chlorella vulgaris ja rataseläinpopulaatioita) sekä typen kiertoon planktonkomponenttien välillä ravintoverkossa. Kokeellista tutkimusta varten Itämerestä eristettiin ja karakterisoitiin syanofaagi, jolle annettiin nimi 2AV2. Syanofaagi 2AV2 kuuluu Siphovirus-heimoon, ja sillä on 12–18 tunnin pituinen lyyttinen sykli sekä kapea isäntäkirjo (12 altista isäntäkantaa 45 testatusta Nodularia-suvun kannasta). Faagi-infektio johti alttiiden isäntäsolujen lyysautumiseen ja vastustuskykyisten solujen valintaan. Resistenssievoluutio vähensi merkittävästi typen vapautumista, joka johtuu faagi-infektion aiheuttamasta solujen hajoamisesta. Lisäksi resistentin populaation isolaateista erottui kaksi eri morfotyyppiä, joista 40 % oli lyhyt- ja 60 % pitkärihmaisia, kun taas 100 % alttiista isännistä oli pitkärihmaisia. Lisäksi havaittiin eroavaisuuksia näiden morfotyyppien ominaisuuksissa, kuten kasvunopeudessa ja keijuvuudessa. Ominaisuuksien eroavaisuudet resistenttien syanobakteerien kesken kuvastavat vaihtokauppaa faagiresistenssin ja kelpoisuuden välillä faagin poissaollessa. Tämä on ensimmäinen tutkimus, jossa havaitaan faagiresistenssievoluution jälkeisiä morfologisia muutoksia Nodulariassa (rihmojen pituuksissa). Kokeellisessa planktonyhteisössä Nodularian, syanofaagi 2AV2:n, Chlorellan ja rataseläimen biomassat vaihtelivat riippuen resistentin syanobakteerin esiintymistiheydestä kasvatuksen alussa. Resistenssin esiintymistiheys (frekvenssi) syanobakteeripopulaatiossa oli ratkaiseva tekijä ekologisessa sukkessiossa ja typen kierrossa ravintoverkossa. Tämä tutkimus tukee hypoteesia, että syanofaagit eivät ainoastaan vaikuta syanobakteeripopulaatioihin vaan myös laajemmin planktonyhteisödynamiikkaan ja typen kiertoon ravintoverkossa.
-
(Helsingin yliopisto, 2018)Ruuan valmistamisen ja säilytyksen aikana tapahtuu erilaisia kemiallisia reaktioita, joista hapettuminen on merkittävin ruuan ravitsemuksellisiin ja aistinvaraisiin ominaisuuksiin vaikuttava reaktioiden sarja. Hapettuminen heikentää myös ruuan rakenteellisia sekä toiminnallisia ominaisuuksia, kuten liukoisuutta tai kykyä muodostaa emulsioita. Ruuassa herkkiä hapettumiselle ovat sekä proteiinit että lipidit. Lipidien hapettumisesta on runsaasti tutkimustietoa. Sen sijaan proteiinien hapettumista ja proteiinien ja lipidien välisisiä vuorovaikutuksia on tutkittu verrattain vähän. Väitöskirjatutkimuksessa valmistettiin härkäpavusta, kvinoasta ja amarantista eristetyistä proteiineista ja rypsiöljystä emulsioita, joiden hapettumista seurattiin mittaamalla sekä proteiinien että lipidien hapettumistuotteita. Amarantin proteiinit tuottivat kestävämpiä emulsioita verrattuna kvinoan proteiineihin. Hapettumisreaktioita aikaansaavat myös kasvikunnan entsyymit kuten lipoksigenaasi. Tämän entsyymin tuhoaminen lämpökäsittelyllä tai mikroaalloilla edisti härkäpavun proteiineista valmistetun emulsion kestävyyttä. Tutkimuksessa selvitettiin myös molekyylien tasolla proteiinien ja lipidien välisiä hapettumisreaktioita. Maidon heraproteiinista, beta-laktoglobuliinista, eristetyn peptidin voitiin LC-MS/MS -menetelmän avulla osoittaa muodostavan reaktiotuotteita (addukteja) lipidien hapettumistuotteen, malondialdehydin (MDA), kanssa. Reaktiotuotteiden todettiin syntyneen nk. Schiffin emäsreaktion kautta. Tutkimustulosten mukaan ruuan lipidien ja proteiinien keskinäisten reaktioiden hallinta vaikuttaa merkittävästi elintarvikkeiden hapettumiseen ja siten ruuan laatuun.
