Tutkimus

Useimmissa tutkimusryhmän tutkimuksissa käytetään kenttä- tai kammioaltistusjärjestelmiä, joissa kasveja ja niiden kanssa vuorovaikutuksessa olevia organismeja altistetaan ympäristömuutostekijöille, kuten kohotetulle otsonille, hiilidioksidille tai lämpötilalle. Hankkeissa mitataan kasvien fysiologisia, rakenteellisia ja biokemiallisia vasteita. Käyttäytymiskokeita tehdään sekä kasvisyöjähyönteisillä että niiden luontaisilla vihollisilla. Erityisesti selvitetään kasvien haihtuvien hiilivetyjen merkitystä ekosysteemin ravintoketjujen eri ravinnonkäyttötasoilla olevien eliöiden välisessä kommunikaatiossa.

 

 

Kasvialtistuskammioinfrastruktuuri

Kasvialtistuskammioissa (12 kpl) voidaan kaikki kasvien kasvuun vaikuttavat ympäristötekijät säätää tarkasti ja lisätä eri ympäristöaltisteita kontrolloidusti. Jokaisen tutkittavan altisten vaikutusta voidaan selvittää tarkasti, koska muut ympäristötekijät voidaan vakioida. Tämä auttaa ymmärtämään paremmin vaikutusmekanismeja, joita ei voida avokenttäkokeissa aina erottaa muiden tekijöiden vaikutuksista.

Käytössä on kuusi Weiss Bio 1300 kammiota. Vuoden 2014 aikana otsonin ja CO2 altistuksiin sopivien altistuskammioiden määrää lisättiin kuudella uudella kammiolla, joissa on LED- tekniikkaan perustuva valaistus.  Vanhempiin kammioihin samanlaiset valaisimet asennetiin v. 2018. Kahdentoista identtisen kammion järjestelmä mahdollistaa ekologisen ympäristötutkimusten altistusten riittävät toistot. Kolmen käsittelyn kokeissa voidaan jokainen altistuskäsittely toistaa neljässä erillisessä kammiossa. Neljän käsittelyn kokeissa voidaan käyttää kolmea itsenäistä toistoa. LED-tekniikan avulla voidaan muokata kasveille tulevan valon laatua ja erityisesti vaikuttaa kasvin sekundääriyhdisteiden pitoisuuksiin.

Infrastruktuuriin kuuluu mm. kaksi  Licor 6400 XT portable photosynthesis system -laitteistoa kasvien fotosynteesin mittamiseen.

 

Weiss 1300 kammioita ohjataan keskitetysti tietokoneelta. muokattavan LED valaistuksen avulla kammioihin voidaan ohjelmoida päivän valon normaali päivittäinen sinisen ja punaisen valon osuuden vaihtelu.  Kaukopunaisen valon avulla voidaan muokata kasvien kasvua ja rakennetta.

 

Biogeenisten VOC-yhdisteiden tutkimuslaboratorio

Biogeeniset VOC-yhdisteet (biologista alkuperää olevat haihtuvat orgaaniset yhdisteet) ovat suuren mielenkiinnon kohteena, koska ne liittyvät hyvin kiinteästi ekosysteemin toimintaan, lajien välisiin vuorovaikutuksiin  ja ekosysteemin ja ilmakehän välisiin takaisinkytkentöihin. Laboratoriossa pystytään mittaamaan kasvien päästämiä VOC-yhdisteitä, otsonin ja VOCien välisiä reaktioita ja hyönteisten vasteita kasvien kukista ja lehdistä haihtuviin VOC-yhdisteisiin. Erityisesti hyönteisten vioittamat kasvit alkavat päästää ilman yhdisteitä, jotka ovat erittäin reaktioherkkiä epäpuhtauksien kanssa. Tällaisia yhdisteitä ovat mm. monoterpeenit, seskviterpeenit ja homoterpeenit.  
Laboratorion varustukseen kuuluvat puhdistetun ilman käsittelyyn liittyvä teflonputkistot,virtausmittarit, olfaktometrit, erilaiset BVOC-yhdisteiden keräyskammiot ja niihin kuuluvat säädettävät pumput. Laitteisto ovat tutkimusryhmän itse rakentamia.  Eri tyyppisiä adsorbenttejä käytetään näytteiden keräämiseksi  kaasukromatokrafi-massaspektrometrianalyysiä varten. 

 

Haihtuvien yhdisteiden avulla tapahtuvaa kasvien kommunikointia mittava koe limanpavulla. Kuva: Jarmo Holopainen. (Kuva: Jarmo Holopainen)

 

Kokeessa mitataan kuinka ilmakehän otsoni hajottaa kasveissa herbivorivioituksen seurauksena indusoituvia signaaliyhdisteitä ja kuinka tämä vaikuttaa kasveja syövien toukkien loispistiäisten käyttäytymiseen. (Kuva: Jarmo Holopainen)

 

Kasvien ja ekosysteemitason avokenttäaltistusinfrastruktuuri (1986-2016)

Ennen alueen sirryttyä Kuopion kaupungin omistukseen, järjestelmässä oli neljä koeruutua (halkaisija n. 9 m), joihin voitiin kohottaa ilmakehän otsonin (O3) pitoisuutta kaksinkertaiseksi vallitsevaan pitoisuuteen nähden ja vastaavasti neljässä kontrolliruudussa oli ilmakehän vallitseva otsonipitoisuus. Tietokoneohjattu järjestelmä mittasi vallitsevan otsonipitoisuuden taustailmasta ja lisäsi otsonigeneraattoreilla puhtaasta hapesta tuotettua otsonia altistuskoeruutuihin vapauttamalla otsonin ilmaan aina tuulen yläpuolelta. Otsonipitoisuutta seurattiin otsonianalysaattoreilla jokaisen altistusruudun keskeltä ja neljästä verranneruudusta. Tietokoneohjattu järjestelmä esti otsonin syötön, jos pitoisuus nousi haluttua korkeammaksi. Kaikkiin kahdeksaan koeruutuun voitiin lisäksi simuloida lämpötilan kohoamista infrapunalämmittimien avulla. Avokenttäaltistuksissa saadaan selville kuinka tutkittu ympäristötekijä vaikuttaa  kohdeorganismiin, muiden ympäristötekijöiden vaihdellessa normaalisti. 

 

Kuopion kampuksen avokenttäaltistusjärjestelmän koeruutu. Ympäröivistä pystyputkista otsoni vapautettiin kasveille aina tuulen yläpuolelta, Oikealla olevien osaruutujen päällä näkyy infrapunalämmittimet lämmityskäsittelyjä varten. Vasemmanpuoleisten kasvien yläpuolella on vastaavankokoinen puukappale simuloimassa lämmittimien varjostusvaikutusta.  (Photo by Jarmo Holopainen, 2013)
 

 

Tallenna