The efficacy and potential risks of controlling sprouting in Finnish birches (Betula spp.) with the fungal decomposer Chondrostereum purpureum

Sprouting of fast-growing broad-leaved trees causes problems in young coniferous stands, under power transmission lines and along roads and railways. Public opinion and the Finnish Forest Certification System oppose the use of chemical herbicides to control sprouting, which means that most areas with problems rely on mechanical cutting. However, cutting is a poor control method for many broad-leaved species because the removal of leaders can stimulate the sprouting of side branches and cut stumps quickly re-sprout. In order to be effective, cutting must be carried out frequently but each cut increases the costs, making this control method increasingly difficult and expensive once begun. As such, alternative methods for sprout control that are both effective and environmentally sound represent a continuing challenge to managers and research biologists. Using biological control agents to prevent sprouting has been given serious consideration recently. Dutch and Canadian researchers have demonstrated the potential of the white-rot fungus Chondrostereum purpureum (Pers. ex Fr.) Pouzar as a control agent of stump sprouting in many hardwoods. These findings have focused the attention of the Finnish forestry community on the utilization of C. purpureum for biocontrol purposes. Primarily, this study sought determines the efficacy of native C. purpureum as an inhibitor of birch stump sprouting in Finland and to clarify its mode of action. Additionally, genotypic variation in Finnish C. purpureum was examined and the environmental risks posed by a biocontrol program using this fungus were assessed. Experimental results of the study demonstrated that C. purpureum clearly affects the sprouting of birch: both the frequency of living stumps and the number of living sprouts per stump were effectively reduced by the treatment. However, the treatment had no effect on the maximum height of new sprouts. There were clear differences among fungal isolates in preventing sprouting and those that possessed high oxidative activities as measured in the laboratory inhibited sprouting most efficiently in the field. The most effective treatment time during the growing season was in early and mid summer (May July). Genetic diversity in Nordic and Baltic populations of C. purpureum was found to be high at the regional scale but locally homogeneous. This natural distribution of diversity means that using local genotypes in biocontrol programs would effectively prevent the introduction of novel genes or genotypes. While a biocontrol program using local strains of C. purpureum would be environmentally neutral, pruned birches that are close to the treatment site would have a high susceptibility to infect by the fungus during the early spring.

Vadelman (Rubus idaeus) kasvunsäätö proheksadioni-kalsiumin avulla

Vadelman (Rubus idaeus L.) viljelyala on kasvanut Suomessa voimakkaasti viimeisten viiden vuoden aikana. Vuonna 2005 vadelmaa viljeltiin 473 hehtaarilla. Vadelman satoindeksi on alhainen. Sen pääverso on pitkä, mikä hankaloittaa hoitotoimenpiteitä. Kasvin satoisimmat silmut ovat pääverson kärjessä, joten latvontaa ei kannata tehdä. Suomessakin haluttaisiin kehittää vadelman kasvihuonetuotantoa satokauden pidentämiseksi. Kasvihuonetuotannossa vegetatiivisen kasvun säätäminen on vielä tärkeämpää kuin avomaan viljelyssä. Proheksadioni-kalsium (ProCa) on gibberelliinisynteesi-inhibiittori, jonka on havaittu lyhentävän nivelvälejä sekä lisäävän versojen ja lehtien hiilihydraattipitoisuutta mm. omenalla (Malus domestica Borkh.). Tämän Helsingin yliopiston soveltavan biologian laitoksella toteutetun tutkimuksen tarkoituksena oli selvittää, miten ProCa vaikuttaa kahden kesävadelmalajikkeen ensimmäisen vuoden versojen vegetatiiviseen kasvuun ja edelleen sadontuottokykyyn. Tässä pro gradu -työssä tutkittiin ProCa:n vaikutusta kahden kesävadelmalajikkeen vegetatiiviseen kasvuun, satopotentiaaliin sekä versojen ja silmujen hiilihydraattipitoisuuksiin kesällä 2005 ja talvella 2006. Koetaimina oli 120 Tulameen-lajikkeen ja 150 Glen Ample -lajikkeen tainta. Taimet käsiteltiin kesäkuussa ja käsittely uusittiin osalle taimista neljän viikon kuluttua ensimmäisestä käsittelystä. Koekäsittelyitä oli neljä: ProCa 100 ppm, ProCa 200 ppm, ProCa 100 ppm + ProCa 100 ppm ja ProCa 200 ppm + ProCa 200 ppm. Kontrollikäsittelyitä oli kaksi: vesi sekä vesi + vesi. Kesän aikana havainnoitiin pääverson pituuskasvua ja nivelien määrää. Kesän kasvatuskauden päätyttyä Glen Ample -lajikkeen silmujen ja versojen liukoiset hiilihydraatit ja tärkkelys määritettiin entsymaattisesti. Kylmävarastoinnin jälkeen (71 vrk) tammikuussa 2006 taimet siirrettiin hyötöön kasvihuoneeseen. Hyödön aikana havainnoitiin silmujen puhkeamista ja kukintaa. Hyödön päättyessä hanka- ja pääversojen kuivapaino sekä hankaversojen pituus mitattiin. Kesän 2005 aikana ProCa lyhensi uusien nivelvälien pituuksia väliaikaisesti 1 4 viikon kuluttua käsittelystä. Nivelien lukumäärässä ei tapahtunut suuria muutoksia. Tulameen-lajikkeella kasvu kiihtyi käsittelyn vaikutuksen loputtua. Nivelvälien lyhentymisen takia pääverson kokonaispituus jäi kontrolliin verrattuna 35 % lyhyemmäksi Glen Ample -lajikkeella (ProCa 200 + ProCa 200) ja 14 % lyhyemmäksi Tulameen-lajikkeella samalla käsittelyllä. Myös käsittely ProCa 200 vähensi pääverson pituutta 6 % kontrolliin verrattuna Tulameen-lajikkeella. ProCa-käsittely lisäsi versojen ja silmujen hiilihydraattipitoisuuksia, mutta tuloksissa oli paljon hajontaa. Glen Ample -lajikkeella kaksinkertaiset käsittelyt vähensivät puhjenneiden silmujen osuutta 8 15 päivän kuluttua hyödön aloittamisesta 24 29 %, mutta käsittelyiden väliset erot tasoittuivat hyödön loppuun mennessä. Lisäksi kaksinkertaiset ProCa-käsittelyt vähensivät kukkien määrää 29 44 % 33 65 päivää hyödön alusta, mutta erot tasoittuivat hyödön loppuun mennessä. Käsittelyt eivät vaikuttaneet Tulameen-lajikkeen silmujen puhkeamiseen ja kukintaan. Satopotentiaalissa ei ollut eroa ProCa-käsittelyiden välillä kummallakaan lajikkeella. Glen Ample -lajikkeella hankaversojen kokonaismäärä väheni 27 32 % kasveilla, joita oli käsitelty kaksi kertaa ProCa:lla. Hankaversot olivat kuitenkin vastaavasti 29 43 % pidempiä. Tulameen-lajikkeella ProCa 100 -käsittely vähensi hankaversojen määrää 15 %, mutta hankaversojen pituuteen käsittelyillä ei ollut vaikutusta. Käsittelyillä ei ollut vaikutusta hankaversojen nivelvälien pituuteen kummallakaan lajikkeella. Tutkimuksen perusteella kesällä annetulla ProCa-käsittelyllä voidaan lyhentää pääverson pituutta, mutta satopotentiaaliin käsittelyllä ei ole vaikutusta. Käsittelyajankohta on kriittinen, koska kukkasilmujen kehitys näyttäisi häiriintyvän, jos ruiskutus tehdään loppukesällä.

Ecological impacts of Phlebiopsis gigantea biocontrol treatment against Heterobasidion spp. as revealed by fungal community profiling and population analyses

Wood decay fungi belonging to the species complex Heterobasidion annosum sensu lato are among the most common and economically important species causing root rot and stem decay in conifers of the northern temperate regions. New infections by these pathogens can be suppressed by tree stump treatments using chemical or biological control agents. In Finland, the corticiaceous fungus Phlebiopsis gigantea has been formulated into a commercial biocontrol agent called Rotstop (Verdera Ltd.). This thesis addresses the ecological impacts of Rotstop biocontrol treatment on the mycoflora of conifer stumps. Locally, fungal communities within Rotstop-treated and untreated stumps were analyzed using a novel method based on DGGE profiling of small subunit ribosomal DNA fragments amplified directly from wood samples. Population analyses for P. gigantea and H. annosum s.l. were conducted to evaluate possible risks associated with local and/or global distribution of the Rotstop strain. Based on molecular community profiling by DGGE, we detected a few individual wood-inhabiting fungal species (OTUs) that seemed to have suffered or benefited from the Rotstop biocontrol treatment. The DGGE analyses also revealed fungal diversity not retrieved by cultivation and some fungal sequence types untypical for decomposing conifer wood. However, statistical analysis of DGGE community profiles obtained from Rotstop-treated and untreated conifer stumps revealed that the Rotstop treatment had not caused a statistically significant reduction in the species diversity of wood-inhabiting fungi within our experimental forest plots. Locally, ISSR genotyping of cultured P. gigantea strains showed that the Rotstop biocontrol strain was capable of surviving up to six years within treated Norway spruce stumps, while in Scots pine stumps it was sooner replaced by successor fungal species. In addition, the spread of resident P. gigantea strains into Rotstop-treated forest stands seemed effective in preventing the formation of genetically monomorphic populations in the short run. On a global scale, we detected a considerable level of genetic differentiation between the interfertile European and North American populations of P. gigantea. These results strongly suggest that local biocontrol strains should be used in order to prevent global spread of P. gigantea and hybrid formation between geographically isolated populations. The population analysis for H. annosum s.l. revealed a collection of Chinese fungal strains that showed a high degree of laboratory fertility with three different allopatric H. annosum s.l. taxa. However, based on the molecular markers, the Chinese strains could be clearly affiliated with the H. parviporum taxonomical cluster, which thus appears to have a continuous distribution range from Europe through southern Siberia to northern China. Keywords: Rotstop, wood decay, DGGE, ISSR fingerprinting, ribosomal DNA

Finnish cattle as reservoir of Campylobacter spp.

The reported incidence of human campylobacteriosis in Finland is higher than in most other European countries. A high annual percentage of sporadic infections is of foreign origin, although a notable proportion of summer infections is domestically acquired. While chickens appear to be a major source of campylobacters for humans in most countries, the prevalence of campylobacters is very low in chicken slaughter batches in Finland. Data on other potential animal reservoirs of human pathogenic campylobacters in Finland are scarce. Consequently, this study aimed to investigate the status of Finnish cattle as a potential source of thermophilic Campylobacter spp. and antibiotic-resistant Campylobacter jejuni for human sporadic campylobacter infections of domestic origin. A survey of the prevalence of thermophilic Campylobacter spp. in Finnish cattle studied bovine rectal faecal samples (n=952) and carcass surface samples (n=948) from twelve Finnish slaughterhouses from January to December 2003. The total prevalence of Campylobacter spp. in faecal samples was 31.1%, and in carcass samples 3.5%. Campylobacter jejuni, the most common species, was present in 19.5% of faecal samples and in 3.1% of carcasses. In addition to thermophilic Campylobacter spp., C. hyointestinalis ssp. hyointestinalis was present in bovine samples. The prevalence of campylobacters was higher among beef cattle than among dairy cattle. Using the enrichment method, the number of positive faecal samples was 7.5 times higher than that obtained by direct plating. The predominant serotypes of faecal C. jejuni, determined by serotyping with a set of 25 commercial antisera for heat-stable antigens (Penner), were Pen2 and Pen4-complex, which covered 52% of the samples. Genotyping with pulsed-field gel electrophoresis (PFGE) using SmaI restriction yielded a high diversity of C. jejuni subtypes in cattle. Determining the minimum inhibitory concentrations of ampicillin, enrofloxacin, erythromycin, gentamicin, nalidixic acid, and oxytetracycline among bovine C. jejuni isolates using a commercial broth microdilution method yielded 9% of isolates resistant to at least one of the antimicrobials examined. No multiresistant isolates were found among the bovine C. jejuni strains. The study of the shedding patterns of Campylobacter spp. among three Finnish dairy cattle herds included the examination of fresh faecal samples and tank milk samples taken five times, as well as samples from drinking troughs taken once during the one-year study. The semiquantitative enrichment method detected C. jejuni in 169 of the 340 faecal samples, mostly at low levels. In addition, C. jejuni was present in one drinking trough sample. The prevalence between herds and sampling occasions varied widely. PFGE, using SmaI as restriction enzyme, identified only a few subtypes in each herd. In two 2 of the herds, two subtypes persisted throughout the sampling. Individual animals presented various shedding patterns during the study. Comparison of C. jejuni isolates from humans, chickens and cattle included the design of primers for four new genetic markers selected from completely sequenced C. jejuni genomes 81-176, RM1221 and NCTC 11168, and the PCR examination of domestic human isolates from southern Finland in 1996, 2002 and 2003 (n=309), chicken isolates from 2003, 2006 and 2007 (n=205), and bovine isolates from 2003 (n=131). The results revealed that bovine isolates differed significantly from human and chicken isolates. In particular, the - glutamyl transpeptidase gene was uncommon among bovine isolates. The PFGE genotyping of C. jejuni isolates, using SmaI and KpnI restriction enzymes, included a geographically representative collection of isolates from domestic sporadic human infections, chicken slaughter batches, and cattle faeces and carcasses during the seasonal peak of campylobacteriosis in the summer of 2003. The study determined that 55.4% of human isolates were indistinguishable from those of chickens and cattle. Temporal association between isolates from humans and chickens was possible in 31.4% of human infections. Approximately 19% of the human infections may have been associated with cattle. However, isolates from bovine carcasses and human cases represented different PFGE subtypes. In conclusion, this study suggests that Finnish cattle is a notable reservoir of C. jejuni, the most important Campylobacter sp. in human enteric infections. Although the concentration of these organisms in bovine faeces appeared to be low, excretion can be persistent. The genetic diversity and presence or absence of marker genes support previous suggestions of host-adapted C. jejuni strains, and may indicate variations in virulence between strains from different hosts. In addition to chickens, Finnish cattle appeared to be an important reservoir and possible source of C. jejuni in domestic sporadic human infections. However, sources of campylobacters may differ between rural and urban areas in Finland, and in general, the transmission of C. jejuni of bovine origin probably occurs via other routes than food.

Mehiläisten (Apis mellifera) kukkavierailut mansikalla (Fragaria x ananassa) ja vadelmalla (Rubus idaeus) sekä kukkavierailuihin vaikuttavat tekijät

Hyönteispölytys lisää monien ristipölytteisten viljelykasvien siemensatoa sekä parantaa sadon laatua. Marjakasveilla, kuten mansikalla ja vadelmalla marjojen koko suurenee sekä niiden laatu paranee onnistuneen pölytyksen seurauksena. Aiempien havaintojen mukaan mansikan kukat eivät pääsääntöisesti houkuttele mehiläisiä, kun taas vadelma on yksi mehiläisten pääsatokasveista. Tutkimuksen tarkoituksena oli selvittää, miten tehokkaasti mehiläiset vierailevat mansikalla sekä vadelmalla, keskittyen kukkakohtaisiin käynteihin tuntia kohti. Mehiläisiä voidaan käyttää Gliocladium catenulatum-vektoreina torjuttaessa mansikan ja vadelman harmaahometta (Botrytis cinerea). Kukkavierailujen perusteella arvioidaan, onko vektorilevitys riittävän tehokas torjumaan harmaahometta ja miten hyvin mehiläisiä voidaan käyttää pölytyspalveluihin, etenkin mansikalla. Havainnot kerättiin kuudelta eri tilalta Sisä-Savosta kesällä 2007. Kukkavierailuja laskettiin mansikan ja vadelman kukinnan aikana erilaisissa sääolosuhteissa, eri kellonaikoina ja eri etäisyyksillä mehiläispesistä. Kukat valittiin satunnaisesti, ja valintaperusteena oli kukan avonaisuus. Tarkkailuaika riippui mehiläisten lentoaktiivisuudesta. Mansikan koko havaintojakson keskiarvoksi tuli 1,75 käyntiä kukkaa kohti tunnissa. Vadelmalla vastaava luku oli 4,27, joten keskiarvojen perusteella vadelma oli houkuttelevampi kuin mansikka. Kasvukauden vaiheella ei ollut eroja vierailuihin kummallakaan kasvilla, mutta vuorokaudenajan suhteen vierailuja oli enemmän aamupäivällä kuin iltapäivällä. Lämpötila korreloi positiivisesti vierailutiheyden kanssa kummallakin kasvilla. Sääolosuhteet rajoittivat havaintojen keräämistä ja kesä oli erittäin sateinen. Mehiläiset vierailivat kukissa riittävästi haastavissakin sääolosuhteissa niin, että harmaahometorjunta onnistui. Vektorilevitystä suunnitellessa, etenkin mansikalla, tulee ottaa huomioon pesien sijoittelu sekä riittävä lukumäärä. Pesien ravinnontarpeen tulee olla suuri, jotta mehiläiset keräisivät ravintoa kukista mahdollisimman tehokkaasti. Pesiin voidaan lisätä tarvittaessa avosikiöitä tai poistaa siitepölyvarastoja ravinnonkeruuaktiivisuuden lisäämiseksi. Lisätutkimusta tarvitaan pesien sijoittelun, kilpailevien kasvien sekä mansikkalajikkeiden houkuttelevuuden vaikutuksesta vierailutiheyteen. Suomalaisten mansikkalajikkeiden meden sekä siitepölyneritystä olisi myös hyvä selvittää.