Puun vesipotentiaalin komponenttien vuorokautinen vaihtelu ja nilan osmoottisen potentiaalin mittaaminen : mittaussarja männyllä (Pinus sylvestris L.) sekä koemittauksia pilaritervalepällä (Alnus glutinosa F. pyramidalis)

Show full item record



Permalink

http://urn.fi/URN:NBN:fi:hulib-201507212074
Title: Puun vesipotentiaalin komponenttien vuorokautinen vaihtelu ja nilan osmoottisen potentiaalin mittaaminen : mittaussarja männyllä (Pinus sylvestris L.) sekä koemittauksia pilaritervalepällä (Alnus glutinosa F. pyramidalis)
Author: Paljakka, Teemu
Contributor: University of Helsinki, Faculty of Agriculture and Forestry, Department of Forest Sciences
Publisher: Helsingfors universitet
Date: 2013
Language: fin
URI: http://urn.fi/URN:NBN:fi:hulib-201507212074
http://hdl.handle.net/10138/40091
Thesis level: master's thesis
Discipline: Skogsekologi
Forest Ecology
Metsäekologia
Abstract: Transpiraation seurauksena vettä liikkuu kasvukauden aikana suuria määriä puun juurista sen lehtien kautta pois. Vesi liikkuu puun sisällä muutenkin kuin juurista latvaa kohti, sillä sitä tarvitaan mm. elävien solujen ylläpitoon ja nilakuljetukseen. Veden liikkeet puun sisällä saa aikaiseksi vesipotentiaaliero. Tämän seurauksena vesi liikkuu aina kohti pienempää vesipotentiaalia. Vedenkuljetussolukoissa eli ksyleemissä vesi liikkuu kohti pienempää painetta, koska siellä paineen muutos on käytännössä ainoa ksyleemin vesipotentiaaliin vaikuttava muuttuja. Myös nilakuljetus toimii teorian mukaan veden nilaan muodostaman paine-eron avulla. Nilakuljetukseen tarvittava vesi virtaa ksyleemistä nilaan, kun nilan vesipotentiaali laskee ksyleemin vesipotentiaalia alhaisemmaksi. Teorian mukaan nilan kuljetus käynnistyy kun siihen lähteessä, esim. yhteyttävistä lehdistä, lastataan kuljetettavia sokereita, mikä taas nostaa nilan osmoottista vahvuutta tällä kohtaa. Nilan vesipotentiaali muuttuukin pääasiassa sen osmoottisen vahvuuden muutosten mukaan. Puun solujen vesipotentiaaliin vaikuttavat siis käytännössä vain paine ja osmoottinen vahvuus. Nilassa kuljetetaan sokereiden lisäksi monia muita puulle tärkeitä yhdisteitä. Monien sieltä löytyneiden yhdisteiden merkitystä ei edes tiedetä. Myös veden ja sokereiden kuljetuksen dynamiikka puussa on tutkijoille vielä tänäkin päivänä suuri kysymys, johon kuumeisesti etsitään vastausta. Veden ja sokereiden kuljetuksen ymmärtäminen on tärkeää, sillä niiden arvellaan vaikuttavan samanaikaisesti puun muihin fysiologisiin toimintoihin, kuten ilmarakojen käyttäytymiseen ja solujen kasvuun. Nilan tutkiminen on ollut hyvin haastavaa, sillä puhdasta näytettä sen sisällöstä on vaikea saada. Nilan solut käynnistävät lukuisia vastareaktioita, kun sen toiminta näytteitä kerättäessä häiriintyy. Joitain menetelmiä nilan tutkimiseen on ollut käytössä mutta nämä menetelmät ovat rajoittuneet laboratorio-olosuhteisiin tai tiettyihin puulajeihin. Etenkin kenttätutkimuksia on nilan toiminnasta melko vähän, sillä siellä käytettävät menetelmät ovat puuta vahingoittavia. Lupaava menetelmä, mikä ei häiritse puun toimintaa tutkimuksen aikana, voisi olla nilassa tapahtuvien muutosten mallintaminen mitattujen nilan ja ksyleemin läpimitan muutosten avulla. Ksyleemin läpimitan muutosten on osoitettu seuraavaan transpiraation muutoksia. On myös arvioitu, että nilassa tapahtuvat vesipotentiaalin muutokset voisivat olla havaittavissa läpimittoja tarkastelemalla. Mallinnuksissa oleellinen puuttuva palanen on kvantitatiivinen tieto nilan osmoottisista vahvuuksista. Tämän tutkielman aiheena on puun vesipotentiaalin komponenttien vuorokautinen käyttäytyminen. Painopiste on nilan osmoottisen vahvuuden tutkimisessa ja sen mittaamiseen soveltuvan menetelmän tarkastelussa. Mittauksia tehdään pääasiassa männyllä (P. sylvestris L.) mutta koemittauksia tehdään myös pilaritervalepällä (A. glutinosa F. pyramidalis). Mittauksia tehdään eri kohdista puuta kerätyistä nilapaloista sekä lehdistä. Lehdistä mitataan myös ksyleemin vesipotentiaalia, mitä tarkastellaan ksyleemin läpimitanmuutosten valossa. Näitä vertaillaan mm. nilasta ja lehdistä mitattuun osmoottiseen vahvuuteen ja vesipitoisuuteen. Nilan tutkimiseen käytetään menetelmää, jota ei kirjallisuuden perusteella nähtävästi ole aiemmissa julkaisuissa käytetty. Menetelmässä näyte erotellaan nilapaloista mekaanisesti sentrifugilla. Erona kirjallisuudesta löytyviin menetelmiin on nilapalojen jäädytys ja sulatus ennen näytteiden preparoimista sentrifugilla. Menetelmä näyttäisi tuottavan teorian mukaisia tuloksia nilan osmoottisesta vahvuudesta. Saatavat arvot saattavat tosin olla hieman todellisuutta alhaisempia. Tulosten mukaan männyn nilan vesipotentiaalin vaihtelut näyttäisivät muuttuvan ksyleemin vesipotentiaalin kanssa samalla tavalla. Männyllä vahvin yhteys ksyleemin vesipotentiaaliin löydettiin latvuksen alapuolelta kerätystä nilasta ja heikoin yhteys rungon alaosasta kerätystä nilasta. Oksan nilan vesipotentiaalin vaihtelut olivat vaikeimmin selitettävissä. Neulasten osmoottinen vahvuus ja vesipitoisuus olivat vahvasti yhteydessä ksyleemin vesipotentiaaliin. Tulokset tukevat teoriapohjan mukaista ajatusta ksyleemin ja nilan tiiviistä vuorovaikutuksesta.In consequence of transpiration vast amounts of water moves from tree roots to the atmosphere via stem and leaves. Water does not only move directly from roots towards canopy. It is essential element in the maintenance of cells and fuel to solute transport in phloem. Movement of water inside the tree is caused by differences in water potential between cells and tissues. Water moves towards lower pressure potential in the xylem. Pressure is the main component of water potential in the xylem. Phloem transport is also driven by hydrostatic pressure gradient. Water moves from xylem to the phloem when the water potential is lower in the phloem than xylem. Osmotic potential is the main component of phloem water potential. Osmotic potential, practically the osmotic strength, of a cell is related to the soluble sugar and water content in the phloem. Therefore, the main components of tree water potential are pressure and the osmotic strength of a cell. Phloem is the transport pathway of sugars and other important compounds many which role is yet unknown. The dynamics of water and sugar transport is still an enigma for researchers. Understanding of water and sugar transport is vital because they appear to affect other physiological functions in trees, i.e. the function of stomata and cell growth. The research of phloem is very challenging because phloem content is easily contaminated when collected. Phloem cells have several defend reaction when disturbed. Some methods are in use in phloem research but these methods can only be used in laboratory conditions or with specific tree species. Especially few research is been carried out in situ due to its damaging effect when collecting phloem samples. Promising method to assess phloem transport is to utilize diameter measurements. Modeling of phloem transport with xylem diameter data does not disturb the function of phloem. Essential missing piece of information is quantitative data of osmotic strength in the phloem. The topic of this thesis is to examine the diurnal changes of the main components of tree water potential. Emphasis is on examining the osmotic strength of phloem and the testing of new method for studying osmotic strength of phloem. The measurements are mainly carried out with scots pine (Pinus sylvestris L.) and test evaluations are carried out with pillar black alder (Alnus glutinosa F. pyramidalis). The measurements are made with phloem pieces collected from different heights of the tree examined and with leaves from the canopy. Also the leaf water potential is measured which is related to diameter changes of the xylem. The former are compared to the osmotic strength of phloem pieces and leaves. The method used in this thesis is apparently not used in literature. The difference with methods in the literature is the freezing and thawing of phloem pieces before sampling with sentrifuge. Method brings out similar results of phloem osmotic strength found in the literature. The values might be slighlty underestimated due to the method used. According to these results the water potential of phloem are closely related to the xylem water potential with scots pine. The strongest relation with the xylem is in the phloem beneath the canopy and weakest in the phloem collected in the base of a trunk. The phloem water potential of a branch was most difficult to intepret. The osmotic strength and water content of needles were strongly related to the needle water potential. The results support the idea of a strong interaction between phloem and xylem.
Subject: water potential
osmotic potential
osmotic strength
phloem
xylem
transpiration
scots pine
black alder
vesipotentiaali
osmoottinen potentiaali
osmoottinen vahvuus
nila
ksyleemi
läpimitanmuutos
mänty
pilaritervaleppä


Files in this item

Total number of downloads: Loading...

Files Size Format View
Pro Gradu_tpaljakka_finale.pdf 2.440Mb PDF View/Open

This item appears in the following Collection(s)

Show full item record