Biological Control of Oilseed Rape Pests with Entomopathogenic Nematodes

Biological control techniques attract increasing attention as one of the sustainable alternatives to pesticide use in integrated pest management programs. In order to develop sustainable pest management methods for arable crops based on entomopathogenic nematodes (EPN), their efficacy and persistence needed to be investigated, and an economically feasible delivery system had to be developed. In this study, first a survey of entomopathogens was conducted, and a system approach was tested, using the oilseed Brassica (OSB) growing system (OSB, spring wheat, and red clover) as a model. The system approach aimed at determining the potential of Steinernema feltiae (Filipjev) for the control of OSB pests, developing OSB rotation schemes that support EPN persistence, and investigating the impact of the selected biotic and abiotic factors on efficacy and persistence of EPN. This study employed abductive logic (which employs constant interplay between the theory and empirical observation), quantitative methods, and a case study on OSB. Laboratory and field experiments were carried out, and two types of pathogen surveys. A horizontal survey included OSB fields across Estonia, Germany, Poland, Sweden and the UK, while a vertical survey included sampling from two sets of differently managed experimental fields during three years. A new approach was introduced for measuring occurrence, where the prevalence and relative intensity of entomopathogens, biotic agents, and unidentified insect antagonists were determined. The effect of dose, timing, and the application method on S. feltiae in the control of pests in OSB, and the potential of a controlled release delivery system (CRS) were evaluated in the field. Studies on the impact of selected biotic and abiotc factors (Brassica plant, bait insects, developmental stages of Meligethes aeneus Fab., Isaria fumosorosea Wize (Ifr), and organic and synthetic fertilizers) on the efficacy of S. feltiae were conducted in the laboratory. Persistence of S. feltiae in the OSB growing system, and the effect of dose, timing, and the application method, was assessed in the field as part of the efficacy experiments. The impact of selected biotic and abiotic factors on S. feltiae persistence was assessed in laboratory experiments. The pathogen survey showed that the occurrence of entomopathogens is low in the OSB growing system, and that a management system causing less disturbance (ICM) to the soil increases the relative intensity of insect parasitic nematodes and other insect antagonists. A longer study period is required to show any possible impact of ICM on the relative intensity of entomopathogenic fungi, or on the prevalence of entomopathogens. Two different measures of the occurrence yielded different results: the relative intensity revealed the difference between the two different crop management methods, while prevalence did not. The highest efficacy of S. feltiae was achieved by using a low dose and targeting all stages of M. aeneus. When only the larval stage was targeted, the application method and dose had no significant effect. The CRS decreased the pest abundance significantly more than the surface application method. S. feltiae persisted in the OSB fields in Finland for several months, but did not survive the winter. The strain survived for 7 months when it was applied in autumn in Germany, but its populations declined rapidly after winter. The examined biotic and abiotic factors had variable impacts on S. feltiae efficacy and persistence. The two measures, prevalence and relative intensity of entomopathogens, gave valuable information for their use in biocontrol programs. The recommended biocontrol strategy for OSB growing in Finland is inundation and seasonal inoculation of EPN. The impact of some biotic and abiotic factors on S. feltiae efficacy and persistence is significant, and can be used to improve the efficacy of EPN. The CRS is a novel alternative for EPN application, and should also be considered for use on other crops. Keywords: Biological control, inundation, inoculation, conservation, formulation, slow release method, crop rotation, Entomopathogenic nematodes, Steinernema feltiae, oilseed rape pests, Meligethes aeneus, Phyllotreta spp., occurrence, prevalence, intensity, efficacy, persistence, field, Isaria fumosorosea, biotic factors, abiotic factors, interaction, impact, insect stages, integrated crop management, standard (conventional) crop management

Cellular Mechanisms of Sleep Homeostasis : Studies on Brain Energy Metabolism and Aging

Sleep is governed by a homeostatic process in which the duration and quality of previous wake regulate the subsequent sleep. Active wakefulness is characterized with high frequency cortical oscillations and depends on stimulating influence of the arousal systems, such as the cholinergic basal forebrain (BF), while cessation of the activity in the arousal systems is required for slow wave sleep (SWS) to occur. The site-specific accumulation of adenosine (a by-product of ATP breakdown) in the BF during prolonged waking /sleep deprivation (SD) is known to induce sleep, thus coupling energy demand to sleep promotion. The adenosine release in the BF is accompanied with increases in extracellular lactate and nitric oxide (NO) levels. This thesis was aimed at further understanding the cellular processes by which the BF is involved in sleep-wake regulation and how these processes are affected by aging. The BF function was studied simultaneously at three levels of organization: 1) locally at a cellular level by measuring energy metabolites 2) globally at a cortical level (the out-put area of the BF) by measuring EEG oscillations and 3) at a behavioral level by studying changes in vigilance states. Study I showed that wake-promoting BF activation, particularly with glutamate receptor agonist N-methyl-D-aspatate (NMDA), increased extracellular adenosine and lactate levels and led to a homeostatic increase in the subsequent sleep. Blocking NMDA activation during SD reduced the high frequency (HF) EEG theta (7-9 Hz) power and attenuated the subsequent sleep. In aging, activation of the BF during SD or experimentally with NMDA (studies III, IV), did not induce lactate or adenosine release and the increases in the HF EEG theta power during SD and SWS during the subsequent sleep were attenuated as compared to the young. These findings implicate that increased or continuous BF activity is important for active wake maintenance during SD as well as for the generation of homeostatic sleep pressure, and that in aging these mechanisms are impaired. Study II found that induction of the inducible NO synthase (iNOS) during SD is accompanied with activation of the AMP-activated protein kinase (AMPK) in the BF. Because decreased cellular energy charge is the most common cause for AMPK activation, this finding implicates that the BF is selectively sensitive to the metabolic demands of SD as increases were not found in the cortex. In aging (study III), iNOS expression and extracellular levels of NO and adenosine were not significantly increased during SD in the BF. Furthermore, infusion of NO donor into the BF did not lead to sleep promotion as it did in the young. These findings indicated that the NO (and adenosine) mediated sleep induction is impaired in aging and that it could at least partly be due to the reduced sensitivity of the BF to sleep-inducing factors. Taken together, these findings show that reduced sleep promotion by the BF contributes to the attenuated homeostatic sleep response in aging.

Ammonia emissions from pig and cattle slurry in the field and utilization of slurry nitrogen in crop production

Volatilization of ammonia (NH3) from animal manure is a major pathway for nitrogen (N) losses that cause eutrophication, acidification, and other environmental hazards. In this study, the effect of alternative techniques of manure treatment (aeration, separation, addition of peat) and application (broadcast spreading, band spreading, injection, incorporation by harrowing) on ammonia emissions in the field and on nitrogen uptake by ley or cereals was studied. The effect of a mixture of slurry and peat on soil properties was also investigated. The aim of this study was to find ways to improve the utilization of manure nitrogen and reduce its release to the environment. Injection into the soil or incorporation by harrowing clearly reduced ammonia volatilization from slurry more than did the surface application onto a smaller area by band spreading or reduction of the dry matter of slurry by aeration or separation. Surface application showed low ammonia volatilization, when pig slurry was applied to tilled bare clay soil or to spring wheat stands in early growth stages. Apparently, the properties of both slurry and soil enabled the rapid infiltration and absorption of slurry and its ammoniacal nitrogen by the soil. On ley, however, surface-applied cattle slurry lost about half of its ammoniacal nitrogen. The volatilization of ammonia from surface-applied peat manure was slow, but proceeded over a long period of time. After rain or irrigation, the peat manure layer on the soil surface retarded evaporation. Incorporation was less important for the fertilizer effect of peat manure than for pig slurry, but both manures were more effective when incorporated. Peat manure applications increase soil organic matter content and aggregate stability. Stubble mulch tillage hastens the effect in surface soil compared with ploughing. The apparent recovery of ammoniacal manure nitrogen in crop yield was higher with injection and incorporation than with surface applications. This was the case for leys as well as for spring cereals, even though ammonia losses from manures applied to cereals were relatively low with surface applications as well. The ammoniacal nitrogen of surface-applied slurry was obviously adsorbed by the very surface soil and remained mostly unavailable to plant roots in the dry soil. Supplementing manures with inorganic fertilizer nitrogen, which adds plant-available nitrogen to the soil at the start of growth, increased the overall recovery of applied nitrogen in crop yields.

Kohdennetut liposomit syövän hoidossa

Suurin ongelma syöpätautien lääkehoidossa on sen aiheuttamat toksiset sivuvaikutukset. Tyypillisesti vain noin 1 % elimistöön annostellusta lääkeaineesta saavuttaa hoitoa tarvitsevat syöpäsolut, loppuosa lääkeaineesta jää vahingoittamaan elimistön terveitä soluja. Toksiset sivuvaikutukset rajoittavat lääkehoidon annoksen nostamista elimistössä riittävälle pitoisuudelle, mikä johtaa usein sairauden ennenaikaiseen pahenemiseen ja mahdollisen lääkeaineresistenssin kehittymiseen. Liposomien välittämä lääkeaineen kohdentaminen voidaan jakaa kahteen eri menetelmään: passiiviseen ja aktiiviseen kohdentamiseen. Liposomien passiivisen kohdentamisen tarkoituksena on lisätä sytotoksisen lääkeaineen paikallistumista pelkästään kasvainkudokseen. Passiivinen kohdentaminen perustuu liposomien kulkeutumiseen verenkierron mukana, jolloin liposomit kerääntyvät epänormaalisti muodostuneeseen kasvainkudokseen. Liposomien aktiivisella kohdentamisella pyritään parantamaan passiivisesti kohdentuvien liposomien terapeuttista tehokkuutta kohdentamalla lääkeaineen vaikutus pelkästään syöpäsoluihin. Aktiivisessa kohdennuksessa liposomin pintaan kiinnitetään ligandi, joka spesifisesti tunnistaa kohdesolun. Tämän pro gradu -tutkielman kirjallisen osion tarkoituksena oli tutustua syöpäkudokseen kohdennettujen liposomien ominaisuuksiin tehokkaan soluunoton ja sytotoksisuuden saavuttamiseksi. Kokeellisessa osiossa tutkittiin kohdennettujen liposomien soluunottoa ja sytotoksista vaikutusta ihmisen munasarjasta eristetyillä adenokarsinoomasoluilla (SKOV-3). Liposomit kohdennettiin setuksimabi (C225, Erbitux®) vasta-aineella, jonka on todettu olevan tietyissä syöpätyypeissä (mm. keuhko- ja kolorektaalisyövissä, pään ja kaulan syövissä sekä rinta-, munuais-, eturauhas-, haima- ja munasarjasyövissä) yli-ilmentyneen epidermaalisen kasvutekijäreseptoriperheen HER1-proteiinin (ErbB-1, EGFR, epidermal growth factor receptor) spesifinen ja selektiivinen inhibiittori. Afrikan viherapinan munuaisista lähtöisin olevaa CV-1 solulinjaa käytettiin kontrollina kuvaamaan elimistön normaaleja soluja. Kohdennettujen liposomien soluunottoa tutkittiin soluunottokokeilla, joissa käytettiin kontrollina kohdentamattomia pegyloituja liposomeja. Setuksimabi-vasta-aineen spesifinen sitoutuminen EGF-reseptoriin todettiin kilpailutuskokeilla. Doksorubisiinia sisältävien immunoliposomien sytotoksisuutta selvitettiin Alamar Blue™ -elävyystestillä. Lisäksi immunoliposomien säilyvyyttä seurattiin mittaamalla liposomien keskimääräinen halkaisija noin kahden viikon välein. Setuksimabi-vasta-aineella kohdennettujen liposomien soluunotto oli huomattavasti suurentunut SKOV-3 syöpäsoluissa ja doksorubisiinia sisältävät kohdennetut liposomit aiheuttivat voimakkaamman sytotoksisen vaikutuksen kuin kohdentamattomat liposomit. Kohdennettujen doksorubisiiniliposomien sytotoksisuus tuli kuitenkin esille viiveellä, mikä viittaa lääkeaineen hitaaseen vapautumiseen liposomista. Suurentunutta soluunottoa ja sytotoksista vaikutusta ei havaittu CV-1 solulinjassa. Kohdennettujen liposomien sovellusmahdollisuudet lääketieteessä ja syövän hoidossa ovat merkittävät. Tällä hetkellä liposomien kliininen käyttö rajoittuu passiivisesti kohdennettuihin liposomeihin (Doxil® (Am.),Caelyx® (Eur.)). Lupaavista solukokeista huolimatta kohdennettujen liposomien terapeuttinen käyttö tulevaisuudessa näyttää haasteelliselta.

Voittoa tavoittelemattoman organisaation brandin rakentaminen. Case Slow Food

Tämän pro gradu-tutkielman tavoitteena oli kartoittaa voittoa tavoittelemattoman Slow Food-organisaation brandiin liitettyjä mielikuvia ja niitä tekijöitä, joilla brandin tavoitekuvaa tulisi jatkossa rakentaa. Koska nykyisin brandi ei ole enää pelkkien liikeyritysten yksityisomaisuutta, tutkimuksen teoreettinen asemointi perustui yhtäältä organisaation tunnettuuden kasvattamiseen brandin rakentamisen avulla ja toisaalta voittoa tavoittelemattoman toimintaympäristön erityispiirteiden näkökulmaan. Case-osion avulla haluttiin tarkastella globalisaation ja elintarviketalouden keskittymiselle vaihtoehtoisen, paikallisuuteen perustuvan ruokajärjestelmän vaikutuksia, mahdollisuuksia ja haasteita. Tutkimuksen empiirinen osuus muodostui laadullisesta tapaustutkimuksesta, jonka kohteena oli Slow Food-organisaatio. Tutkimus suoritettiin haastattelemalla kahtatoista Slow Food-organisaation sidosryhmien edustajaa Italian Piemontessa henkilökohtaisin haastatteluin, joiden pohjana oli brandi identiteetin elementeistä luodut kaksi teemaa: mielleyhtymiin ja arvoväittämään liittyvät tekijät. Aineiston analysoinnissa käytettiin teemoittelua ja sisällönanalyysia. Tutkimuksen lähestymistapa oli abduktiivinen. Tulosten mukaan Slow Food-brandi identifioituu sidosryhmilleen ensisijaisesti luotettavan ruoan kautta, johon katsottiin kuuluvan aidot, puhtaat raaka-aineet ja paikallisesti tuotetun ja jalostamattoman ruoan hyvä jäljitettävyys. Myös tiettyyn paikkaan ja arvoihin sidottujen kokemusten ja odostusten täyttymisen kautta saatu sosiaalinen ja kulttuurinen jatkuvuus nimettiin brandin vahvuudeksi. Lisäksi vastuullisen tuottamisen ja kuluttamisen sekä aitojen makujen ja laadukkaan ruokavalion edistäminen korostuivat jonkin verran vastauksissa. Näillä perusvahvuuksilla toivottiin brandin identiteettiä rakennettavan myös tulevaisuudessa. Haastateltavien mielestä Slow Food-organisaatio erilaistaa itsensä muista ensisijaisesti lupaamalla yksilölle korkealuokkaisia, aitoja tuotteita ja palveluja, joilla on henkilökohtaisten hyötyjen lisäksi positiivisia seuraamuksia myös oman alueen työllisyyden ja talouden kehitykseen. Organisaation tulisi myös jatkossa luoda uskottavuutta toimintaansa eritoten sen kautta, että brandi lunastaa lupauksensa laadusta ja aitoudesta. Toisaalta erottautuakseen muista lähi- ja luomuruokabrandeista Slow Food-brandin arvoväittämässä tulisi tulevaisuudessa selkeämmin korostua myös toiminnan voittoa tavoittelemattomuus ja brandiin liittyvä elämyksellisyys. Sidosryhmien kiinnostusta ja brandin lupauksen tehoa alentaviksi tekijöiksi nimettiin yleinen ruoan arvostuksen väheneminen sekä Slow Food-tuotteiden ja -palvelujen korkea hinta, huono saatavuus ja näkyvyys. Keskeisimpinä ratkaisuina pidettiin kuluttajien informatiivisen tiedon lisäämisen ohella pientuottajien verkostoitumista ja uusia yhteistyön muotoja kuten tuottajien yhteisiä jakeluketjuja ja paikallismyymälöitä. Näiden lisäksi brandin tunnistettavuuden parantaminen ja aktiivisempi tarjonta kyltityksin, tuotteiden pysyvän läsnäolon ja vähittäiskaupan mukaantulon kautta sekä eräät muut markkinoinnin osa-alueet kuten sosiaalinen media, Internet ja kansainväliset ruoka-alan tapahtumat nimettiin brandin lupausta kirkastaviksi elementeiksi. Pientuotannon lisääminen verotuksen kohdentumisen muutoksilla nähtiin keinoksi pudottaa paikallisen ruoan hintaa.Toisaalta korkeaa hintaa perusteltiin laadukkaaseen imagoon liittyvien argumenttien lisäksi luonnollisen kysynnän kasvulla, jota arveltiin saatavan tulevaisuudessa suurista ikäluokista, yhä kasvavasta koulutus- ja tulotasosta sekä valveutuneemmista kuluttajista.