Hyppää pääsisältöön

Ukrainan sodan vaikutukset yliopistoon

Kastetta suopellolla.

MSc Agnès Brosset, väitös 10.6.2022: Luonnonvaraisten ja viljeltyjen ristikukkaisten kasvien vasteet abioottisiin ja bioottisiin ärsykkeisiin

Ympäristötieteen alaan kuuluva väitöskirja tarkastetaan luonnontieteiden ja metsätieteiden tiedekunnassa Kuopion kampuksella. Tilaisuutta voi seurata myös verkossa.

Mikä on väitöstutkimuksesi aihe? Miksi aihepiiriä on tärkeää tutkia?

Väitöstyössä tutkittiin vaikuttaako domestikaatio kasvien päästämiin haihtuviin yhdisteisiin, kun kasvi altistuu kasvinsyöjille, kohotetulle otsonille tai molemmille tekijöille peräkkäin. Tutkimuksessa selvitettiin myös, onko kasvien välinen haihtuviin yhdisteisiin perustuva vuorovaikutus tehokkaampaa luonnonvaraisissa, kuin viljellyissä lajeissa ja lajikkeissa. Tässä yhteydessä tutkittiin kasveja syövien tuhohyönteisten indusoimien haihtuvien yhdisteiden vaikutuksia puolustukseen, lisääntymiseen ja kasvuun vastaanottavissa kasveissa.

Väitöstyössä myös tutkittiin voivatko kasvit ”salakuunnella” hyönteisistä peräisin olevia ilmavälitteisiä viestejä ja virittää puolustuksensa niiden perusteella. Neljä vuotta kestäneessä väitöstyössä käytettiin useita erilaisia ristikukkaisia kasveja ja kaalikoita (Plutella xylostella), joka on ristikukkaisiin erikoistunut tuhohyönteinen.

Mitkä ovat väitöstutkimuksesi keskeiset tulokset tai havainnot?

Tulokset osoittivat, että luonnonvaraiset ja viljellyt ristikukkaislajit päästävät samanlaisia määriä haihtuvia yhdisteitä jatkuvassa peruspuolustuksessa, sekä vasteena hyönteisvioitukseen. Domestikaatio kuitenkin yksinkertaisti yhdistekoostumusta, ja vähensi varsinkin typpeä ja rikkiä sisältävien yhdisteiden määrää. Domestikaatio vaikutti myös otsonivasteisiin. Otsoni lisäsi terpeenien päästöjä enemmän luonnonvaraisissa kuin viljellyissä lajeissa. Tutkimus osoitti kasvien haihtuvien yhdisteiden vaikuttavan niiden yhteytystehokkuuteen ja selvästi lisäävän sekä kiihdyttävän kukkimista.

Tutkimus osoitti myös, että tuhohyönteisten indusoimien kasvien haihtuvat yhdisteet vaikuttavat naapurikasvien puolustuskykyyn ja kestävyyteen hyönteisvioitusta vastaan. Hyönteisten päästämillä yhdisteillä oli vastaava vaikutus kasveihin. Väitöstutkimus on verrattain uusi lähestymistapa kasvien väliseen kommunikointiin, ja tulokset edistyksellisiä tutkimusalueella. Väitöstutkimuksella on erittäin suuri merkitys tutkimusalalla, jolla on tärkeitä sovellusmahdollisuuksia maanviljelyssä.

Miten väitöstutkimuksesi tuloksia voidaan hyödyntää käytännössä?

Huomasin luonnonvaraisten kasvien olevan paremmin puolustautuneita tuhohyönteisiä vastaan kuin viljeltyjen kasvien. Viljellyt kasvit taas olivat kestävämpiä saastuneessa ilmassa, jossa oli korkeat otsonipitoisuudet. Havaintoja voidaan hyödyntää jalostettaessa sopeutumiskykyisempiä lajikkeita, säilytettäessä luonnonvaraisten lajien kirjoa ja geneettistä potentiaalia, arvioitaessa ilmastonmuutoksen vaikutuksia ekosysteemien köyhtymiseen ja luotaessa sopivia toimenpiteitä ekosysteemien suojelemiseksi.

Huomasin myös, että kasvien puolustuskyky, kasvu ja lisääntymispotentiaali paranee, kun ne altistuvat tuhohyönteisten vioittamien kasvien haihtuville yhdisteille. Näitä tuloksia voidaan hyödyntää tuholaistorjunnassa korvaamaan hyönteismyrkkyjä ja mahdollistamaan kestävämpiä viljelykäytäntöjä. Esimerkkeinä tästä ovat push-pull menetelmä, synteettiset hajuansat ja satolajikkeiden luominen, joiden muunneltu hajuprofiili täydentää kemiallisen tuholaistorjunnan menetelmiä ja mahdollistaa kestävämpiä maatalouden tuotantomenetelmiä.

Mitkä ovat väitöstutkimuksesi keskeiset tutkimusmenetelmät ja -aineistot?

Tein väitöskirjan neljän vuoden aikana Itä-Suomen yliopiston ympäristö- ja biotieteiden laitoksella. Tein osan tutkimuksesta Torinon yliopiston Luonnontieteiden ja systeemibiologian kasvifysiologian yksikössä, jossa vietin neljä kuukautta. Työssä on monitieteinen lähestymistapa evoluutioekologiasta käyttäytymisekologiaan ja soveltavaan ekologiaan. Työ sisälsi suuren määrän laboratorioanalyysejä.

Tein vertailevaa tutkimusta luonnonvaraisista ja viljellyistä kasveista, joita altistin abioottiselle (otsoni) ja bioottiselle (hyönteisvioitus) stressille ja keräsin näytteitä kasvien päästämistä haihtuvista yhdisteistä. Tavoitteena oli tutkia ovatko luonnonvaraisten ja viljeltyjen lajien ja lajikkeiden haihtuvien yhdisteiden vasteet samanlaisia näille stresseille.

Tutkin myös vaikuttavatko kasvien ja hyönteisten päästämät haihtuvat yhdisteet kasvien puolustukseen, kasvuun ja lisääntymiseen. Altistin kasveja naapurikasvien haihtuville yhdisteille ja hyönteisten haihtuville yhdisteille ja mittasin kasvien solukalvojen sähköpotentiaalia, tutkin geenien ilmentymistä, tein hyönteisille muninta- ja syöttökokeita, mittasin kasvien yhteytystehokkuutta ja arvoin kukkien määrää.

Väitöskirjani sisältää merkittävän määrän tutkimusta, josta on julkaistu kolme vertaisarvioitua tutkimusta ja kaksi käsikirjoitusta on lähetetty tiedelehtiin.

MSc Agnès Brossetin väitöskirja Responses of wild and cultivated Brassicaceous plants to diverse abiotic and biotic stimuli tarkastetaan luonnontieteiden ja metsätieteiden tiedekunnassa. Vastaväittäjänä toimii Research Associate, Rieta Gols, Wageningen University and Research, Laboratory of Entomology, ja kustoksena professori James Blande Itä-Suomen yliopistosta. Tilaisuus on englanninkielinen.