Yliopiston etusivulle Suomeksi På svenska In English Helsingin yliopisto

Functional biodiversity in soils : Development and applicability of an enzyme activity pattern measurement method

Show simple item record

dc.contributor Helsingin yliopisto, maatalous-metsätieteellinen tiedekunta, elintarvike- ja ympäristötieteiden laitos fi
dc.contributor Helsingfors universitet, agrikultur-forstvetenskapliga fakulteten, institutionen för livsmedels- och miljövetenskaper sv
dc.contributor University of Helsinki, Faculty of Agriculture and Forestry, Department of Food and Environmental Sciences, Microbiology en
dc.contributor Finnish Environment Institute en
dc.contributor.author Vepsäläinen, Milja fi
dc.date.accessioned 2012-09-27T07:18:38Z
dc.date.available 2012-10-30 fi
dc.date.available 2012-09-27T07:18:38Z
dc.date.issued 2012-11-09 fi
dc.identifier.uri URN:ISBN:978-952-10-8320-4 fi
dc.identifier.uri http://hdl.handle.net/10138/36959
dc.description.abstract Soil microorganisms mediate central reactions of element cycles in a heterogenic environment characterized by discontinuity of energy, nutrients, and water together with sharp pH gradients. They are diverse in species, numerous in quantity and possess a multitude of functions. One gram of soil may contain 10x109 microbial cells; for comparison, the Earth has only 7x109 human inhabitants. Species richness, evenness and composition in soils is impossible to measure, and therefore a convenient means of characterising soil microorganisms is to measure the type and rate of reactions occurring. The aim of this work was to develop a rapid, sensitive method to measure the activities of a set of soil enzymes simultaneously in a small scale. In the method, homogenized soil suspensions are investigated using fluorescent substrate analogues freeze-dried onto multiwall plates. It was shown that extraction of enzymes from soils produced inconsistent and unpredictable yields of the various activities and was therefore not applied as a pretreatment. Applicability of the method was evaluated by characterising soils treated with different agricultural practices, supporting a variety of crop plants and with fluctuating seasonal attributes. Bulk samples from experimental sites established both in agricultural and forest soils were utilized. Details of method development and of the effects of different treatments on enzyme activity pattern and on individual enzyme activities are discussed. The effects of eight crop plants, peat amendment and two consecutive sampling years yielded significant differences in soil extracellular enzyme activities. The effect of crop plants was most pronounced: eight of the measured ten activities yielded statistically significant differences in both years. The activities differed between years for six enzymes. The effect of peat was slight and was observed only two years after the addition. In another experiment, green or composted plant residues tended to enhance the activities of enzymes compared with chemical fertilizers, although the effect was not consistent. Forest soils usually yielded higher specific activities than field soils and the enzymes showed higher potential activities under alder than under pine. Temporal fluctuations of enzyme activities were also studied. Cluster analysis was utilized for data analysis in order to combine all measured attributes and to reveal the differences in the entire pattern, even though the differences in individual enzyme level were not statistically significant and the enzyme activities often correlated with each other. Due to the multitude of processes and functions, together with the wide taxonomic diversity in soils, method development in soil microbiology is still a major challenge. Interpretation of results usually requires a reference comparison. The method developed in the present study is proposed to be used as a sensitive measure of soil functional activity. en
dc.description.abstract Heterogeenisessä, energianlähteitä, ravinteita ja vettä epätasaisesti sisältävässä ja jyrkkien pH-gradienttien muovaamassa maaympäristössä mikrobit vastaavat alkuainekiertojen avainreaktioista. Mikrobiyhteisön lajikirjo on runsas, solujen lukumäärä on valtaisa ja ne katalysoivat monentyyppisiä reaktioita. Vertailun vuoksi: gramma maata voi sisältää 10x109 mikrobisolua, kun koko maapallolla asukkaita on 7x109. Lajien määrää, niiden runsaussuhteita ja lajirakennetta on mahdotonta määrittää, joten maaperän entsyymien välittämien reaktioiden laadun ja nopeuden mittaaminen on vaihtoehtoinen tapa mitata mikrobiston monimuotoisuutta. Tämän väitöskirjatyön tarkoituksena oli kehittää nopea ja herkkä pienen mittakaavan menetelmä usean maaperäentsyymin aktiivisuuden samanaikaiseen mittaamiseen. Menetelmässä hyödynnetään kuoppalevyille kylmäkuivattuja fluoresoivia substraattianalogeja ja mittaus tapahtuu homogenoidusta maalietteestä. Entsyymien uuttaminen maasta osoittautui saannoltaan epävarmaksi ja vaihtelevaksi menetelmäksi eikä sitä voitu soveltaa näytteiden esikäsittelyssä. Entsyymiaktiivisuustestisarjan käyttökelpoisuutta arvioitiin tekemällä mittauksia eri tavoin käsitellyiltä ja eri kasvilajeja kasvavilta koealoilta otetuista maanäytteistä. Lisäksi tutkittiin näytteenottoajankohdan vaikutusta entsyymiaktiivisuuksiin. Näytteet otettiin pelto- ja metsäalueilla sijaitsevilta tutkimusalueilta kokoomanäytteinä. Väitöskirjatyössä tarkastellaan yksityiskohtaisesti menetelmän kehitystä ja eri käsittelyjen vaikutusta entsyymiaktiivisuuksiin sekä koko analyysivalikoiman osalta että yksittäisen entsyymin tasolla. Kahdeksan eri viljelykasvia ja turvelisäys aiheuttivat tilastollisesti merkittäviä muutoksia entsyymiaktiivisuuksiin kahtena perättäisenä näytteenottovuotena. Viljelykasvin vaikutus oli merkittävin, se havaittiin molempina vuosina kahdeksassa mitatussa entsyymissä kymmenestä. Näytteenottovuosi vaikutti kuuteen entsyymiaktiivisuuteen. Turpeen lisäyksen vaikutus oli havaittavissa ainoastaan kaksi vuotta lisäyksen jälkeen. Toisessa koejärjestelyssä viherlannoitus ja kompostoitujen kasvinosien lisääminen hieman nostivat entsyymiaktiivisuuksia verrattuna kemialliseen lannoitukseen, mutta vaikutus oli vaihtelevaa. Orgaanista ainetta kohden lasketut entsyymiaktiivisuudet olivat metsämaassa viljelymaata korkeammat ja lepän vaikutusalueella koholla verrattuna mäntymetsään. Tulosten käsittelyssä hyödynnettiin klusterianalyysiä, joka yhdistää kaikkien mitattujen muuttujien tiedot. Vaikka yksittäiset mittaukset eivät eroaisikaan toisistaan tilastollisesti merkittävällä tasolla ja vaikka tulosten välillä olisi korrelaatioita, klusterointi paljastaa tulosten väliset erot ja ryhmittelee näytteet. Maaperämikrobiologisten mittareiden kehitys on edelleen haastavaa lajiston monimuotoisuuden ja sen välittämien toimintojen laajan kirjon vuoksi. Tulosten tulkinta vaatii yleensä vertailukelpoisen kontrollinäytteen. Tässä tutkimuksessa kehitettyä menetelmää voidaan hyödyntää herkkänä maaperän monimuotoisuuden mittarina. fi
dc.format.mimetype application/pdf fi
dc.language.iso en fi
dc.publisher Helsingin yliopisto fi
dc.publisher Helsingfors universitet sv
dc.publisher University of Helsinki en
dc.relation.isformatof URN:ISBN:978-952-10-8319-8 fi
dc.relation.isformatof Edita, Helsinki: 2012 fi
dc.rights Julkaisu on tekijänoikeussäännösten alainen. Teosta voi lukea ja tulostaa henkilökohtaista käyttöä varten. Käyttö kaupallisiin tarkoituksiin on kielletty. fi
dc.rights This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited. en
dc.rights Publikationen är skyddad av upphovsrätten. Den får läsas och skrivas ut för personligt bruk. Användning i kommersiellt syfte är förbjuden. sv
dc.subject mikrobiologia fi
dc.title Functional biodiversity in soils : Development and applicability of an enzyme activity pattern measurement method en
dc.title.alternative Maaperän toiminnallinen monimuotoisuus: Entsyymiaktiivisuustestisarjan kehittäminen ja soveltaminen fi
dc.type.ontasot Väitöskirja (artikkeli) fi
dc.type.ontasot Doctoral dissertation (article-based) en
dc.type.ontasot Doktorsavhandling (sammanläggning) sv
dc.ths Niemi, Maarit fi
dc.opn antrůčková, Hana fi
dc.type.dcmitype Text fi

Files in this item

Files Description Size Format View/Open
function.pdf 915.5Kb PDF View/Open
This item appears in the following Collection(s)

Show simple item record

Search Helda


Advanced Search

Browse

My Account