Studies of fungi associated with Tomicus piniperda L. in Finland

The Scots pine bark beetle, Tomicus piniperda is a secondary colonizer of pine and other conifers. It is a native species from Europe and Asia that was recently introduced in North America. Although it is necessary to understand this insect's interactions with other organisms, few studies have focussed on its fungal associates. This study focused on the effect of latitude in the occurrence of fungi associated with T. piniperda. T. piniperda were collected from Pinus sylvestris in Northern (Rovaniemi) and Southern (Hyytiala) Finland. Both endo- and epi- mycota were isolated. The fungi were identified using a combination of morphological features and molecular data. The results revealed a great diversity of fungi species associated with T. piniperda, with a total of 3073 isolates representing 23 species. The most frequently isolated fungi in the bark beetles from Northern Finland were Beauvaria bassiana, Kuraishia sp. and Penicillium sp. whereas P. brevicompactum and Mortierella sp. were mostly observed in the South. Ophiostoma canum and O. minus were also observed. The number of isolates per insect in the north was 2.83 epi- and 2.38 for endo-mycota fungus. In the south, the number of isolates per insect was 4.1 for epi- and 3.5 for endo-mycota. Statistical analysis indicated that there was significant differences in fungal populations associated with the beetles in Southern and Northern Finland. There was however no significant difference between the epi- and endo-mycota fungal populations. The highest richness and diversity of the fungal species was observed in the South. However, the overall fungal diversity index analysis revealed that the mycobiota was undersampled.

Harvesting undelimbed Scots pine (Pinus sylvestris L.) from first thinnings for integrated production of kraft pulp and energy

The present study evaluates the feasibility of undelimbed Scots pine (Pinus sylvestris L.) for integrated production of pulp and energy in a kraft pulp mill from the technical, economic and environmental points of view, focusing on the potential of bundle harvesting. The feasibility of tree sections for pulp production was tested by conducting an industrial wood-handling experiment, laboratory cooking and bleaching trials, using conventional small-diameter Scots pine pulpwood as a reference. These trials showed that undelimbed Scots pine sections can be processed in favourable conditions as a blend with conventional small-diameter pulpwood without reducing the pulp quality. However, fibre losses at various phases of the process may increase when using undelimbed material. In the economic evaluation, both pulp production and wood procurement costs were considered, using the relative wood paying capability of a kraft pulp mill as a determinant. The calculations were made for three Scots pine first-thinning stands with the breast-height diameter of the removal (6 12 cm) as the main distinctive factor. The supply chains included in the comparison were based on cut-to-length harvesting, whole-tree harvesting and bundle harvesting (whole-tree bundling). With the current ratio of pulp and energy prices, the wood paying capability declines with an increase in the proportion of the energy fraction of the raw material. The supply system based on the cut-to-length method was the most efficient option, resulting in the highest residual value at stump in most cases. A decline in the pulp price and an increase in the energy price improved the competitiveness of the whole-tree systems. With short truck transportation distances and low pulp prices, however, the harvesting of loose whole trees can result in higher residual value at stump in small-diameter stands. While savings in transportation costs did not compensate for the high cutting and compaction costs by the second prototype of the bundle harvester, an increase in transportation distances improved its competitiveness. Since harvesting undelimbed assortments increases nutrient export from the site, which can affect soil productivity, the whole-tree alternatives included in the present study cannot be recommended on infertile peatlands and mineral soils. The harvesting of loose whole trees or bundled whole trees implies a reduction in protective logging residues and an increase in site traffic or payloads. These factors increase the risk of soil damage, especially on peat soils with poor bearing capacity. Within the wood procurement parameters which were examined, the CO2 emissions of the supply systems varied from 13 27 kg m3. Compaction of whole trees into bundles reduced emissions from transportation by 30 39%, but these reductions were insufficient to compensate for the increased emissions from cutting and compaction.

Timotein (Phleum pratense ssp. pratense L.) alkuperän vaikutus kylmänkestävyyteen, vernalisaatiovaatimukseen sekä kasvuun ja kehitykseen

Nurmiheinien merkitys maailmanlaajuisesti on merkittävä, sillä noin 69 % maapallon peltopinta-alasta on pysyvää laidunmaata tai niittyä. Suomessa nurmien osuus on noin 29 %, ja tuotanto perustuu pääosin intensiiviseen säilörehuntuotantoon. Yleisin nurmiheinälaji Suomessa on timotei (Phleum pratense ssp. pratense L.). Timotei on talvenkestävä ja soveltuu siksi pohjoisiin kasvuoloihin. Timoteilajikkeita jalostettaessa pohjoista alkuperää olevia vanhempaislinjoja käytetään hyvän talvenkestävyyden varmistamiseksi, eteläisiä tavoiteltaessa nopeaa kasvurytmiä. Ilmaston muutoksen ennustetaan lisäävän erilaisia äärioloja kuten myrskyjä ja sateita. Vuorokauden keskilämpötila nousee ja kasvukausi pidentyy. Lisäksi talvet muuttuvat sateisemmiksi. Muutokset näkyvät erityisesti pohjoisissa kasvuympäristöissä. Tutkimuksessa haluttiinkin selvittää eri alkuperää edustavien timoteilajikkeiden ja linjojen kylmänkestävyyttä, kasvu-, ja kehitysnopeutta sekä vernalisaation vaikutusta. Lisäksi tutkittiin syysviljojen vernalisaatiovasteen mittaamiseen käytettyjen menetelmien soveltuvuutta nurmille. Tutkimukseen kuului kaksivuotinen peltokoe sekä kasvatuskaappikoe. Vernalisaatio nopeutti timotein kasvua ja kehitystä. Tutkimuksen perusteella eteläistä alkuperää olevilla lajikkeilla kasvu- ja kukintavalmius oli olemassa ilman vernalisaatiota. Pohjoisilla lajikkeilla oli suurempi vernalisaatiovaste ja niiden kukkiminen ja kasvu nopeutui vernalisaation myötä. Vernalisaatiolla oli vaikutusta myös kasvuston rakenteeseen. Generatiivisten versojen määrä lisääntyi vernalisaation myötä, kun taas vegetatiivisten versojen määrä väheni. Kylmänkestävyys oli tutkimuksen perusteella riippuvainen syksyn karaistumisjakson pituudesta sekä jakson lämpösummasta (FH-COLD). Korkea keskilämpötila ja lyhyt karaistumisjakso heikensivät kylmänkestävyyttä. Vastaavasti karaistumiskauden lämpötilan ollessa välillä 0 °C:ta ja + 5 °C:ta ja jakson pituuden kasvaessa kylmänkestävyys lisääntyi. Tutkimuksen perusteella vernalisaatiolla oli selvä vaikutus timotein kasvuun ja kehitykseen. Pohjoista alkuperää olevat timoteit reagoivat vernalisaatioon eteläisiä enemmän. Osa pohjoisista linjoista vaati vernalisaation generatiivisten versojen muodostumiseen. Syysviljojen vernalisaatiovasteen mittausmenetelmät soveltuvat osin myös puhtaiden timoteilajikkeiden vernalisaation seurantaan.

The many ways to delimit species: hairs, genes and surface chemistry

Species identification forms the basis for understanding the diversity of the living world, but it is also a prerequisite for understanding many evolutionary patterns and processes. The most promising approach for correctly delimiting and identifying species is to integrate many types of information in the same study. Our aim was to test how cuticular hydro- carbons, traditional morphometrics, genetic polymorphisms in nuclear markers (allozymes and DNA microsatellites) and DNA barcoding (partial mitochondrial COI gene) perform in delimiting species. As an example, we used two closely related Formica ants, F. fusca and F. lemani, sampled from a sympatric population in the northern part of their distribu- tion. Morphological characters vary and overlap in different parts of their distribution areas, but cuticular hydrocarbons include a strong taxonomic signal and our aim is to test the degree to which morphological and genetic data correspond to the chemical data. In the morphological analysis, species were best separated by the combined number of hairs on pro- notum and mesonotum, but individual workers overlapped in hair numbers, as previously noted by several authors. Nests of the two species were separated but not clustered according to species in a Principal Component Analysis made on nuclear genetic data. However, model-based Bayesian clustering resulted in perfect separation of the species and gave no indication of hybridization. Furthermore, F. lemani and F. fusca did not share any mitochondrial haplotypes, and the species were perfectly separated in a phylogenetic tree. We conclude that F. fusca and F. lemani are valid species that can be separated in our study area relatively well with all methods employed. However, the unusually small genetic differen- tiation in nuclear markers (FST = 0.12) shows that they are closely related, and occasional hybridization between F. fusca and F. lemani cannot be ruled out.

Jakojuuriviljelyn vaikutus kasvihuonekurkun (Cucumis sativus L.) kasvuun ja kehitykseen

Kasvit ottavat vettä parhaiten kasteluravinneliuoksesta, jonka ravinnepitoisuus on pieni. Intensiivisessä kasvihuonetuotannossa käytetään silti kastelulannoituksessa usein korkeita ravinnepitoisuuksia ravinnepuutosten ja satotappioiden välttämiseksi. Jakojuuriviljelyssä kasvin juuriston annetaan kasvaa kahteen erilliseen kasvualustaosioon. Tällöin toiselle puolelle annetaan johtokyvyltään väkevää ja toiselle puolelle laimeaa ravinneliuosta. Erityisesti kasvihuonekurkun, joka on herkkä kasvualustan suolaisuuden aiheuttamille vedensaantiongelmille, on todettu hyötyvän tästä tekniikasta, mikä näkyy kasvaneina satoina. Tämän MTT Piikkiössä toteutetun kasvihuonekurkun jakojuuriviljelytutkimuksen tavoitteena oli tarkentaa tekniikkaa erityisesti kasteluliuosten johtokyvyn osalta. Yhtenäisjuuriviljelyn ja perinteisen jakojuuriviljelyn lisäksi kokeessa oli kaksi jakojuuriviljelykäsittelyä, joissa ravinneliuosväkevyyksiä vaihdettiin väliajoin juuriston toimintakyvyn parantamiseksi. Erillisessä osakokeessa tutkittiin erilaisten johtokyky-yhdistelmien vaikutusta kasvihuonekurkun vegetatiiviseen kasvuun maanpäällisten ja -alaisten kasvinosien välillä sekä juurten morfologiaan ja anatomiaan. Tulokset osoittivat, että jakojuuriviljely lisäsi kasvihuonekurkun sadontuottoa jopa 16 %, mutta ei vaikuttanut koko viljelykauden veden tai ravinteiden ottoon. Yhtenäisjuuriviljelyssä muodostui eniten piikkikärkisiä hedelmiä, mikä viittaa vedensaantiongelmiin haihdutustarpeen ollessa suurin. Viljelytekniikalla ei ollut vaikutusta kasvien vegetatiiviseen kasvuun tai kasvuston rakenteeseen. Lehtiruodeista tehdyt nitraatti- ja kaliummittaukset osoittivat, ettei kasteluliuosten ravinnepitoisuuksilla ollut vaikutusta juurten ravinteiden ottoon. Erilaisilla johtokyky-yhdistelmillä oli huomattavampi vaikutus kasvihuonekurkun juurten painoon kuin verson painoon tai varren pituuskasvuun. Lehtiruotianalyysit viittasivat ravinteiden erilaiseen allokointiin eri johtokyky-yhdistelmissä. Korkeiden johtokykyjen aiheuttama osmoottinen stressi johti muutoksiin juurten morfologiassa ja anatomiassa. Tulosten perusteella jakojuuriviljely paransi kehittyvien hedelmien kohdevahvuutta suhteessa muihin kohteisiin vaikuttamatta vegetatiiviseen kasvuun. Kun laimean ja väkevän ravinneliuoksen puolia vaihdettiin, juuristo otti joustavasti vettä ja ravinteita olosuhteiden määräämästä edullisemmasta johtokyvystä, jolloin kasvihuonekurkun viljelyssä saavutettiin merkittävä satoetu. Juuriston jakaminen vaikuttanee kasvien hormoniaineenvaihduntaan ja voi heikentää juuriston kasvua heikentämättä sen toimintakykyä, jolloin yhteyttämistuotteita kohdennetaan tehokkaammin maanpäällisten osien kasvuun.

Magnetorotational instability driven dynamos at low magnetic Prandtl numbers

Numerical simulations of the magnetorotational instability (MRI) with zero initial net flux in a non-stratified isothermal cubic domain are used to demonstrate the importance of magnetic boundary conditions. In fully periodic systems the level of turbulence generated by the MRI strongly decreases as the magnetic Prandtl number (Pm), which is the ratio of kinematic viscosity and magnetic diffusion, is decreased. No MRI or dynamo action below Pm=1 is found, agreeing with earlier investigations. Using vertical field conditions, which allow magnetic helicity fluxes out of the system, the MRI is found to be excited in the range 0.1

Männyn (Pinus sylvestris L.) sydänpuun laadun ja määrän jalostamisen mahdollisuudet

Tässä työssä tutkittiin männyn sydänpuun määrän ja laadun jalostamisen mahdollisuuksia sekä sitä, miten sydänpuun ominaisuudet kytkeytyvät toisiinsa. Koska puun kasvu on jalostusohjelmassamme tärkeä jalostustavoite, otettiin kasvutunnuksista tarkasteluun mukaan rinnankorkeusläpimitta ja tutkittiin sen yhteyttä sydänpuun määrään ja laatuun. Erityisesti sydänpuun laatuominaisuuksien on todettu vaikuttavan puuaineen lahonkestävyyteen. Mikäli näihin ominaisuuksiin on mahdollista vaikuttaa jalostamalla, olisi valintaa mahdollista suunnata niin, että kaupalliseen tuotantoon saataisiin puita, joiden luontainen lahonkestävyys olisi nykyistä korkeampi. Tutkimuksen kohteena olleet jälkeläiskokeet sijaitsivat Savonrannalla ja Leppävirralla. Molemmilta jälkeläiskokeilta valittiin tutkittavaksi samat 53 puolisisarperhettä. Savonrannan jälkeläiskokeella otoskoko oli 10 jälkeläistä/perhe. Leppävirralla joistain perheistä tutkittiin vain 9 tai 8 jälkeläistä. Tutkittavista jälkeläisistä otettiin kairanlastunäyte, josta määritettiin sydänpuuosuus, sydänpuun lustojen lukumäärä sekä sydänpuun säde. Lisäksi otettiin näyte kokonaisfenolipitoisuuden ja tiheyden määrittämistä varten. Mitatuista tunnuksista estimoitiin ominaisuuksien heritabiliteetit, additiivisen geneettisen vaihtelun kerroin, ominaisuuksien väliset geneettiset ja fenotyyppiset korrelaatiot sekä kasvupaikkojen väliset geneettiset korrelaatiot. Saadut tulokset osoittavat, että erityisesti sydänpuun laatuominaisuuksien periytyvyys on korkea. Kokonaisfenolipitoisuuden periytyvyysaste oli molemmilla jälkeläiskokeilla 0,54. Tiheyden heritabiliteetti oli Leppävirralla 0,58 ja Savonrannallakin kohtalainen 0,26. Sydänpuun säteen, sydänpuun lustojen lukumäärän sekä sydänpuuprosentin periytyvyysasteet olivat kohtalaisia vain Leppävirran aineistossa. Myös rinnankorkeusläpimitan periytyvyyssaste jäi Savonrannalla selvästi alhaisemmaksi kuin Leppävirralla. Lahonkestävyysjalostuksen kannalta heritabiliteetit vaikuttavat kuitenkin hyviltä. Estimoitujen geneettisten korrelaatioiden perusteella sydänpuun määrän ja laadun samanaikainen jalostus vaikuttaa vaikealta. Geneettisten korrelaatioiden pohjalta pääteltiin myös, ettei kasvua lisäämällä pystytä parantamaan sydänpuun laatua. Sitä vastoin sydänpuun määrän ja kasvun välinen geneettinen yhteys vaikutti selvältä. Laatuominaisuuksien välille estimoitiin kohtalainen fenotyyppinen korrelaatio (0,31 ja 0,34), joten näyttää siltä, että puuaineen tiheyden lisääntyessä myös sen kokonaisfenolipitoisuus lisääntyy. Kasvupaikkojen väliset geneettiset korrelaatiot osoittivat, että samat genotyypit ovat parhaita kaikissa ympäristöissä. Savonrannan jälkeläiskokeella tavattiin alkuvuosina useita bioottisia stressitekijöitä, joilla on voinut olla vaikutusta nyt saatuihin tuloksiin. Lisätutkimus kasvupaikan vaikutuksesta tutkittuihin ominaisuuksiin on tarpeen myös siksi, että tässä tutkimuksessa verratut kasvupaikat olivat hyvin pitkälle toistensa kaltaiset.