Biologian alaan kuuluva väitöskirja tarkastetaan luonnontieteiden, metsätieteiden ja tekniikan tiedekunnassa Joensuun kampuksella. Tilaisuutta voi seurata myös verkossa.
Mikä on väitöstutkimuksesi aihe? Miksi aihepiiriä on tärkeää tutkia?
Väitöstutkimuksessa selvitettiin eri leveysasteilta peräisin olevien suomalaisten rauduskoivualkuperien ekofysiologisia eroja ja yhteneväisyyksiä tärkeimmissä kasvuun, biomassan jakautumiseen ja yhteyttämiseen liittyvissä ominaisuuksissa.
Boreaaliset metsät ovat globaalisti yksi suurimmista hiilinieluista, joten puiden hiilensidonta ja kasvu ovat juuri nyt erittäin suuren mielenkiinnon kohde. Ekofysiologinen tutkimus kartoittaa nimensä mukaisesti sitä, kuinka kasvin ekologiset ja fysiologiset ominaisuudet vaikuttavat toisiinsa. Esimerkiksi lehtien rakenteesta riippuvat toiminnalliset ominaisuudet, kuten yhteyttämistehokkuus eri lämpötiloissa ja erilaisissa valo-oloissa, vaikuttavat kasvin mahdollisuuksiin sopeutua ilmastonmuutokseen. Ilmastonmuutoksen aiheuttama valinta- ja sopeutumispaine puolestaan vaikuttaa kasvin toimintaan ja ominaisuuksiin. Tämä tutkimus luo katsauksen tällaisiin monimutkaisiin ilmastonmuutoksessa keskenään vuorovaikutuksessa toimiviin ominaisuusjoukkoihin.
Kokeissa rauduskoivuja tutkittiin kenttä- ja kasvatuskammiokokein. Tutkimuksen eteläisin, eteläboreaalinen, alkuperämetsikkö (Loppi) edusti lämmintä Etelä-Suomea, kun taas pohjoisin alkuperä (Kittilä) on levinneisyysalueen aivan pohjoisinta laitaa ja edusti pohjoisboreaalista metsäkasvillisuusvyöhykettä. Maantieteellisen vaihtelun ymmärtäminen on tärkeää, sillä muuttuvassa ilmastossa erilaiset puualkuperät toimivat mahdollisesti hyvin erilaisista lähtöasetelmista. Kiinnostuksen kohteena olivat rauduskoivujen väliset erot nykyisessä ilmastossa, minkä lisäksi tulevaisuuden olosuhteisiin päästiin käsiksi mittaamalla yhteyttämisen valo- ja lämpötilavasteita ja kasvattamalla koivuja eteläisessä ja pohjoisessa valojaksossa. Lämpenemisen ja eri leveysasteiden valojaksojen yhteisvaikutusta ei aiemmin ole juuri tutkittu, varsinkaan pohjoisessa kontekstissa.
Mitkä ovat väitöstutkimuksesi keskeiset tulokset tai havainnot?
Väitöstutkimuksessa havaittiin, että pohjoissuomalaiset rauduskoivualkuperät ovat monilta ominaisuuksiltaan selkeästi eteläisistä poikkeavia. Pohjoisilla alkuperillä oli korkeampi lehden pinta-alaa kohden laskettu yhteyttämiskyky, koska niillä havaittiin korkeampi ilmarakojen johtokyky alhaisemmasta lehtien ilmarakotiheydestä huolimatta. Pohjoisilla alkuperillä oli myös korkeampi suhteellinen pituuskasvunopeus. Hiilensidonta ja täten kasvu eivät pohjoisessa kuitenkaan toimi samanlaisessa ympäristössä kuin etelässä. Pohjoisen lyhempi ja viileämpi kasvukausi, suuremmat lumikuormat ja yötön yö asettavat tiukat puitteet sille, kuinka hyödyllistä kasvin on panostaa maanpäälliseen tai maanalaiseen biomassaan. Pohjoiset rauduskoivut kohdensivatkin biomassakasvunsa enemmän juuristoon kuin varteen, oksiin tai lehtiin. Pohjoisilla alkuperillä havaituille ominaispiirteille annettiin uusi nimitys, ’polar day syndrome’, vapaasti suomennettuna ’yöttömän yön oireyhtymä’. Nimityksellä pyritään kannustamaan jatkotutkimuksia ottamaan huomioon näiden ominaisuuksien oletetun hyödyn tilanteessa, jossa kasvi maksimoi yhteyttämisen ja kasvun vaativissa pohjoisen olosuhteissa.
Yksi suurista vastausta vailla olleista kysymyksistä on ollut pohjoisten puiden kyky sopeutua ilmastonmuutokseen. Eri puualkuperillä on arveltu olevan erilainen kyky sopeutua tulevaisuuden ilmasto-oloihin, mutta tätä on ollut vaikea ennustaa, sillä monet alkuperien väliset fysiologiset erot ovat olleet tuntemattomia. Tämän tutkimuksen perusteella rauduskoivu pystyy todennäköisesti muovaamaan useita ominaisuuksiaan uusiin ympäristöolosuhteisiin sopiviksi. Monien ominaisuuksien nimittäin havaittiin olevan alkuperien välillä myös yhtäläisiä, minkä tulkittiin viittaavan kykyyn tottua vallitseviin kasvuolosuhteisiin. Vaikka ilmarakojen johtokyky olikin pohjoisilla alkuperillä parempi, ilmarakojen läpi tapahtuvan kaasunvaihdon valo- ja lämpötilavaste ei poikennut pohjoisen ja eteläisen välillä. Esimerkiksi kaasunvaihdon optimilämpötila oli maantieteellisesti kaukaisten alkuperien välillä sama, kun koivuja kasvatettiin yhtäläisissä olosuhteissa. Lisäksi lehtien kesto (ikä), lehden massa pinta-alaa kohden ja klorofyllipitoisuus eivät poikenneet alkuperien välillä.
Miten väitöstutkimuksesi tuloksia voidaan hyödyntää käytännössä?
Rauduskoivu on mallieliö, jonka genetiikka ja jalostettavuus tunnetaan hyvin. Alkuperien sisäistä vaihtelua tiedetään olevan paljon, mutta luonnonpopulaatioiden väliset erot ovat olleet tuntemattomampia. Rauduskoivu on pioneerilaji, jolla on paljon potentiaalia hiilensitojakasvina, mutta alkuperien väliset erot hiilensidontaan liittyvissä ominaisuuksissa ja kasvussa täytyy tuntea, jotta rauduskoivun tulevaisuutta ja hyötykäyttöä voidaan hahmottaa. Siirtoistutukset tietyn leveyspiirin alkuperällä tuovat mukanaan joukon tuon alkuperän ominaisuuksia, mikä tulisi ottaa huomioon siirtämistä suunniteltaessa varsinkin muuttuvassa ilmastossa. Esimerkiksi pohjoisen jatkuvasta valosta etelän ei-jatkuvaan valoon siirrettäessä pohjoisten rauduskoivujen näennäisesti hyvä yhteytyskyky ja suhteellinen kasvunopeus ovat kuitenkin puuntuotannon kannalta hyödyttömiä niiden aikaisemman kasvunpysähtymisen ja erilaisen biomassan jakautumisen takia.
Mitkä ovat väitöstutkimuksesi keskeiset tutkimusmenetelmät ja -aineistot?
Tutkimuksen yhtenä koeasetelmana toimi Itä-Suomen yliopiston kasvien ekofysiologia -tutkimusryhmän perustama niin sanottu common garden -siirtoistutuskoe. Kokeessa kasvoi suomalaisten rauduskoivualkuperien emopuista lisättyjä kasveja eri leveysasteilta halki Suomen. Lisäksi tehtiin kaksi kasvatuskammiokoetta, joissa eteläisiä ja pohjoisia koivuja verrattiin tarkemmin toisiinsa kontrolloiduissa olosuhteissa ja pystyttiin vertailemaan alkuperien vasteita valojaksoon. Tutkimusmenetelminä käytettiin erityyppisiä yhteyttämisen mittauksia (kaasunvaihdon ja klorofyllifluoresenssin mittauksia), perinteisiä kasvumittauksia ja optisia klorofyllipitoisuuden mittauksia.
Tutkimuksen teossa avustivat Luonnonvarakeskuksen henkilökunta, Joensuun kasvitieteellisen puutarhan Botanian henkilökunta ja Itä-Suomen yliopiston henkilöstö. Tutkimuksessa hyödynnettiin Itä-Suomen yliopiston Spektromiikkalaboratorion välineistöä ja työ oli osa Suomen Akatemian Photonics Research and Innovation (PREIN) -lippulaivaohjelmaa.
FM Antti Tenkasen biologian alaan kuuluva väitöskirja Latitude-related variation in silver birch provenances in a changing climate tarkastetaan luonnontieteiden, metsätieteiden ja tekniikan tiedekunnassa, Joensuun kampuksella. Vastaväittäjänä toimii dosentti Esa Tyystjärvi, Turun yliopisto, ja kustoksena yliopistonlehtori Sari Kontunen-Soppela, Itä-Suomen yliopisto. Tilaisuuden kieli on suomi.
Lisätietoja:
Antti Tenkanen, tenkanen@uef.fi, p. 040 841 7758
