The effects of abiotic and biotic factors on somatic embryogenesis and seedlings of Pinus sylvestris (L.)

Somatic embryogenesis (SE) is an asexual form of plant propagation that occurs in nature and mimics many of the events of sexual reproduction. Pinus sylvestris (L.) is an important source of timber in Northern Eurasia but it is recalcitrant to somatic embryogenesis. Several factors important for the success of the P. sylvestris embryogenic cultures have not been thoroughly investigated. In this study, we examined the effects of parental genotypes on the SE in P. sylvestris, the involvement of the gaseous plant growth regulator, ethylene in SE, and also biotic effects on somatic embryos as well as on seedlings. We tested parental effects on immature embryo initiation for different media, storage periods, and on the maturation process. Maternal effects were found to be crucial for SE in the absence of paternal effects. No maternal-paternal interaction was observed at any stage of somatic embryo production. Additionally the role of ethylene at different developmental stages of SE was investigated. Two ACC synthase genes, PsACS1 and PsACS2, were isolated and characterized. PsACS1 was expressed during the proliferation stage in all tested genotypes, whereas PsACS2 was only expressed in somatic embryos of each genotype. Ethylene production in embryos at stage 3 was significantly higher than the other stages. In a parallel study, the response of somatic embryos to fungal elicitors was investigated. Three fungi, a mutualistic ectomycorrhizal (ECM) fungus (Suillus bovinus), a weak Scots pine pathogen (Heterobasidion parviporum) and a strong pathogen (H. annosum) were used. The gene expression patterns for embryos exposed to the H. parviporum elicitor were found to be similar to that documented for S. bovinus among the tested genes. By contrast somatic embryos exposed to the H. annosum elicitor had a different pattern of regulation which was marked by a delayed response, and in some cases death of the embryos. Furthermore, interaction without direct contact between P. sylvestris seedlings and microbes (mutualistic and pathogenic fungus, cyanobacterium) were investigated. Several novel genes expressed in seedlings treated with ECM fungus were isolated which suggested that physical contact is not necessary for elicitation of host responses. The results suggest that somatic embryos and seedlings of P. sylvestris are genetically well equipped to respond to fungal elicitor/exudates and could serve as a suitable model for reproducible molecular studies in conifer tree patho- and symbiotic systems.

Purification and characterization of two cellobiohydrolases from Chaetomium thermophile var. coprophile

Cellobiohydrolases I and II were purified to homogeneity from culture filtrates of a thermophilic fungus, Chaetomium thermophile var. coprophile, by using a combination of ion-exchange and gel filtration chromatographic procedures. The molecular weights of cellobiohydrolase I and II were estimated to be 60000 and 40000 and the enzymes were found to be glycoproteins containing 17 and 22.8% carbohydrate, respectively. The two forms differed in their amino-acid composition mainly with respect to threonine, alanine, methionine and arginine. Antibodies produced against either form of cellobiohydrolases failed to cross-react with the other. The tryptic maps of the two enzymes were found to be different. The temperature optima for cellobiohydrolase I and II were 75 and 70°C, and they were optimally active at pH 5.8 and 6.4, respectively. Both enzymes were stable at higher temperatures and were able to degrade crystalline cellulosic materals.

Turvemaan männyn (Pinus sylvestris L.) ja kuusen (Picea abies [L.] Karst.) kanto- ja juuripuun ominaisuudet ja asetoniliukoisten uuteaineiden määrä

Tutkimus on osa Metsäklusteri Oy:n Future Biorefinery –tutkimusohjelmaa, jossa kartoitetaan mahdollisuuksia hyödyntää metsäteollisuuden raaka-aineita aiempaa tarkemmin ja uusissa tuotteissa. Tutkimuksen tavoitteena on selvittää männyn (Pinus sylvestris L.) ja kuusen (Picea abies [L.] Karst.) juurten ja kantopuun rakenne ja ominaisuudet. Tutkimuksessa selvitetään löytyykö männyn ja kuusen juurista reaktiopuuta ja määritetään asetoniliukoisten uuteaineiden osuus kantoja juuripuussa. Tutkimusaineistona oli viisi eri-ikäistä mäntyä ja viisi eri-ikäistä kuusta. Juuri- ja kantoaineisto kerättiin Metsäntutkimuslaitoksen toimesta Parkanon seudulta (62.017°N, 23.017°E) hakkuun jälkeen. Maanalaisista juurista otettiin näytteet kolmelta eri etäisyydeltä juurenniskaan nähden. Kummankaan lajin juurista ei löytynyt varsinaista reaktiopuuta, mutta joissakin näytteissä havaittiin lievää reaktiopuuta. Lievää reaktiopuuta löytyi enemmän männyn kuin kuusen juurista, eikä sitä löytynyt lainkaan kaikkein ohuimmista, noin 2 cm paksuisista juurenosista. Männyn kannoissa uuteaineprosentti oli korkeampi kuin kuusen. Männyn juurissa uuteaineprosentti kasvoi edettäessä kohti juuren kärkeä. Kuusella uuteaineprosentti laski aluksi, mutta lähellä juuren kärkeä taas kasvoi. Kuoren uuteainepitoisuus oli molemmilla puulajeilla korkeampi kuin puuaineen. Tutkimusaineisto oli suppea, eikä tutkimuksessa pyritty tilastolliseen yleistettävyyteen. Laajemmasta aineistosta tehdylle tutkimukselle on tarvetta, sillä turvekankailta saatavan puun tarjonta on Suomessa kasvussa, mutta juurten uuteaine- ja reaktiopuututkimuksia on tehty vain kivennäismailta kerätyistä aineistoista.

Pystynävertäjän (Tomicus piniperda) vaikutus männyn (Pinus sylvestris) fotosynteesiin ja VOC-emissioihin

Pystynävertäjä on Suomessa yksi merkittävimpiä mäntyjen tuhohyönteisiä. Se syö männynversoja ontoiksi, minkä seurauksena nämä tippuvat maahan. Tästä aiheutuu puulle kasvutappioita ja metsänomistajalle tulonmenetyksiä. Pystynävertäjän ekologiaa on tutkittu paljon, mutta ei tiedetä, miten se vaikuttaa versojen fotosynteesiin ja haihtuvien orgaanisten yhdisteiden eli VOC-yhdisteiden emissioihin ennen versojen putoamista. Monissa muissa tutkimuksissa on havaittu herbivoreilla olevan vaikutusta isäntäkasviensa fotosynteesiin. Lisäksi herbivorian seurauksena isäntäkasvin VOC-emissiot ovat voineet muuttua laadultaan tai määrältään. Pystynävertäjän vaikutuksia versoihin tutkittiin kokeellisesti SMEAR II -asemalla Pirkanmaalla. Pystynävertäjän vaurioittamien ja kontrolliversojen fotosynteesiä mittattiin kahden männyn latvuksessa heinä–syyskuussa 2010. Mittaukset tehtiin kannettavalla fotosynteesimittauslaitteistolla. Samalla otettiin VOC-näytteitä neulasten emissioista adsorbenttiputkiin. Lisäksi toisesta koepuusta suljettiin pystynävertäjäja kontrolliverso raamikyvettiin, johon mahtui oksan kärkeä n. 20 cm. Raamikyvetin läpi kierrätetystä ilmasta kerättiin VOC-näytteitä SPME-kuituun ja siihen sitoutuneet yhdisteet analysoitiin enantiomeereittain. Pystynävertäjä- ja kontrolliversojen välillä ei ollut selvää eroa hiilen assimilaatiossa, transpiraatiossa, ilmarakokonduktanssissa, vedenkäytön tehokkuudessa tai fotokemiallisessa saannossa. Vain pahimmin vaurioituneissa versoissa vaurio vaikutti fotosynteesiin huomattavasti. Esimerkiksi fotokemiallinen saanto laski selvästi vasta, kun verso oli juuri katkeamaisillaan pystynävertäjän sisäänmenoreiän kohdalta. Neulaskyvettimittausten perusteella vaikuttaa siltä, että pystynävertäjä toisella koepuulla lisää monoterpeeniemissioita ja toisella vähentää niitä. Raamikyvettimittauksessa pystynävertäjä lisäsi (+)-enantiomeerin osuutta ?- ja ?-pineeni- sekä limoneeniemissioista, mutta emissioiden kokonaismäärä ei juuri eronnut kontrolliversosta. Pystynävertäjän vaikutukset versojen fotosynteesiin jäivät vähäisiksi, vaikka pystynävertäjä olikin tehnyt versoihin yhdestä neljään reikää ja niiden kohdalta poistanut suuren osan verson poikkileikkauspinta-alasta. Pystynävertäjän aiheuttamat kasvutappiot vaikuttavatkin olevan seurausta lähes yksinomaan versojen putoamisesta. Pystynävertäjä ei juuri vaikuttanut versosta haihtuvien yhdisteiden kokonaismäärään, mutta se muutti niiden keskinäisiä runsaussuhteita ja erityisesti enantiomeerien runsaussuhteita. Pystynävertäjien vaikutukset VOC-emissioihin näyttävät riippuvan suuresti kemotyypistä. Laajempien johtopäätösten tekeminen pystynävertäjän vaikutuksista männyn VOC-emissioihin vaatisi tutkimuksen toistamista suuremmalla koepuumäärällä.

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.

Purification and functional characteristics of an endocellulase from Chaetomium thermophile var. coprophile

An endocellulase (1→4)-β-d-glucan 4-glucanohydrolase was isolated from the culture filtrates of Chaetomium thermophile. The enzyme was homogeneous by PAGE and SDS-PAGE. The molecular weight was 36 000 by SDS-PAGE and 38 000 by gel filtration. It was a glycoprotein. From the amino acid composition, it was found to be rich in glycine, threonine, and aspartic and glutamic acids, but contained only low proportions of histidine and sulfur-containing amino acids. It was optimally active at pH 6 and at 60°. The enzyme did not hydrolyze cellobiose and cellotriose, but hydrolyzed cello-tetraose, -pentaose, and -hexaose at comparable rates. It was specific for molecules containing β-(1→4) linkages. It showed high activity towards amorphous cellulose, and the reaction products contained cellobiose to cellopentaose, showing that it effects random cleavage of cellulose.

Tree mortality, fire scar formation and regeneration 8 years after low-intensity fire in managed Pinus sylvestris stands

Fire is an important driver of the boreal forest ecosystem, and a useful tool for the restoration of degraded forests. However, we lack knowledge on the ecological processes initiated by prescribed fires, and whether they bring about the desired restoration effects. The purpose of this study was to investigate the impacts of low-intensity experimental prescribed fires on four ecological processes in young commercial Scots pine (Pinus sylvestris) stands eight years after the burning. The processes of interest were tree mortality, dead wood creation, regeneration and fire scar formation. These were inventoried in twelve study plots, which were 30 m x 30 m in size. The plots belonged to two different stand age classes: 30-35 years or 45 years old at the time of burning. The study was partly a follow-up of study plots researched by Sidoroff et al. (2007) one year after burning in 2003. Tree mortality increased from 183 stems ha-1 in 2003 to 259 stems ha-1 in 2010, corresponding to 15 % and 21 % of stem number respectively. Most mortality was experienced in the stands of the younger age class, in smaller diameter classes and among species other than Scots pine. By 2010, the average mortality of Scots pine per plot was 18%, but varied greatly ranging from 0% to 63% of stem number. Delayed mortality, i.e. mortality that occurred between 2 and 8 years after fire, seemed to become more important with increasing diameter. The input of dead wood also varied greatly between plots, from none to 72 m3 ha-1, averaging at 12 m3 ha-1. The amount of fire scarred trees per plot ranged from none to 20 %. Four out of twelve plots (43 %) did not have any fire scars. Scars were on average small: 95% of scars were less than 4 cm in width, and 75% less than 40 cm in length. Owing to the light nature of the fire, the remaining overstorey and thick organic layer, regeneration was poor overall. The abundance of pine and other seedlings indicated a viable seed source existed, but the seedlings failed to establish under dense canopy. The number of saplings ranged from 0 to 12 333 stems ha-1. The results of this study indicate that a low intensity fire does not necessarily initiate the ecological processes of tree mortality, dead wood creation and regeneration in the desired scale. Fire scars, which form the basis of fire dating in fire history studies, did not form in all cases.

Concepts of Static Var System Control For Enhancing Power Transfer in Long Transmission Lines

This paper is concerned with the influence of different levels of complexity in modelling various constituent subsystems on the dynamic stability of power systems compensated by static var systems (SVS) operating on pure voltage control. The system components investigated include thyristor controlled reactor (TCR) transients, SVS delays, network transients, the synchronous generator and automatic voltage regulator (AVR). An overall model is proposed which adequately describes the system performance for small signal perturbations. The SVS performance is validated through detailed nonlinear simulation on a physical simulator.

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.

Stereospecific construction of multiple contiguous quaternary carbons. Total synthesis of (±)-cis,anti,cis-1,8,12,12-tetramethyl-4-oxatricyclo[6.4.0.02,6]dodecan-3-ol, a thapsane isolated from Thapsia villosa var minor

The details of the first total synthesis of a natural thapsane lg containing three contiguous quaternary carbon atoms, starting from cyclogeraniol (9) '5 described. The Claisen rearrangement of 9 with methoxypropene in the presence of a catalytic amount of propionic acid produced ketone 10. Rhodium acetate-catalyzed intramolecular cyclopropanation of a-diazo-&keto ester 12, obtained from 10 via 8-keto ester 8, furnished cyclopropyl keto ester 7. Lithium in liquid ammonia reductive cleavage of cyclopropyl compound 7 gave a 1:l mixture of hydrindanone 6 and keto1 13. Wittig methylenation of 6 furnished ester 21. Epoxidation of 21, followed by BF3-OEt2-catalyzed rearrangement of epoxide 23 afforded hemiacetal 25. Treatment of hemiacetal 25 with triethylsilane in trifluoroacetic acid furnished lactone 22, a degradation product of various thapsanes. Finally, DIBAH reduction of lactone 22 generated the thapsane

Direct Evaluation Of Transient Stability Improvement With Static Var Compensators Using A Structure Preserving Energy Function

The ability of Static Var Compensators (SVCs) to rapidly and continuously control reactive power in response to changing system conditions can result in the improvement of system stability and also increase the power transfer in the transmission system. This paper concerns the application of strategically located SVCs to enhance the transient stability limits and the direct evaluation of the effect of these SVCs on transient stability using a Structure Preserving Energy Function (SPEF). The SVC control system can be modelled from the steady- state control characteristic to accurately simulate its effect on transient stability. Treating the SVC as a voltage-dependent reactive power load leads to the derivation of a path-independent SPEF for the SVC. Case studies on a 10-machine test system using multiple SVCs illustrate the effects of SVCs on transient stability and its accurate prediction.