Pinto Delia (M.Sc.) 24.10.2008Luonnontieteiden ja ympäristötieteiden tiedekuntaYmpäristötieteetOzonolysis of Constitutively-emitted and Herbivory-induced Voliatile Organic Compounds (VOCs) from Plants: Consequences in multitrophic interactions (Otsoni kasvien indusoituvien haihtuvien orgaanisten yhdisteiden hajottajana: vaikutukset ravintoketjuihin)
Vastaväittäjä: Professori Marcel Dicke, Wageningenin yliopisto, Hollanti Väitöstiedote: Otsonin vaikutus kasvien haihtuviin yhdisteisiin ja ravintoketjujen toimintaanKasvit päästävät normaalioloissa ilmakehään huomattavan osan yhteyttämästään hiilestä haihtuvina orgaanisina yhdisteinä, ns. VOC-yhdisteinä. Hyönteisvioituksen jälkeen kasvien VOC-päästöt kasvavat ja samalla käynnistyy myös sellaisten uusien yhdisteiden tuotanto, joita ei löydy vioittumattomista kasveista. Indusoituneet VOC-yhdisteet toimivat merkki- eli signaaliyhdisteinä houkutellen paikalle ravintoketjussa korkeammalla tasolla olevia kasvinsyöjähyönteisten luontaisia vihollisia, loisia ja petoja. Tämän väitöstutkimuksen tavoitteena oli selvittää, miten alailmakehän otsoni (O3) vaikuttaa hyönteis- ja punkkivioituksen indusoimiin kasvien VOC-päästöihin ja saalistajien ja loisten käyttäytymiseen. Tutkimuksen perusteella voidaan arvioida, että kasvien luontaiset viholliset pystyvät tunnistamaan vaurioituneet kasvit eräiden otsonia kestävien VOC-yhdisteiden perusteella, vaikka alailmakehän otsoni muuttaakin tuholaisten vaivaamien kasvien VOC-koostumusta voimakkaasti. Oleellisesti kohonnut otsoni yhdessä muiden VOC-päästöihin vaikuttavien stressien kanssa saattaa kuitenkin alentaa lois- ja petohyönteisten saalistustehokkuutta. Haihtuvat yhdisteet koostuvat pääosin kullekin kasvilajille tyypillisistä terpeeneistä, mutta myös aldehydeistä, estereistä ja alkoholeista, joita kutsutaan yhteisesti yleishaihtuviksi yhdisteiksi (GLV-yhdisteet). Kaalikasvit päästävät lisäksi nitriilejä ja isotiosyanaattaja. Vioitetuissa kasveissa kehittyneet VOC-yhdisteet houkuttelevat kasvituholaisten loisia ja saalistajia, mikä tulkitaan usein kasvien "avunhuudoksi". Nämä ekologisina signaaliaineina toimivat yhdisteet ovat kuitenkin suhteellisen reaktiivisia ilmakehässä ja ne reagoivat mm. alailmakehän otsonin kanssa. Ilman epäpuhtauksien vaikutukset kasvien VOC-päästöihin ja niistä koituvat ekologiset seurannaisvaikutukset tunnetaan erittäin heikosti. On esitetty, että alailmakehän nykyinen otsonipitoisuus olisi lyhentänyt VOC-yhdisteiden välittämien signaalien kantomatkaa esiteollisen aikakauden muutamasta kilometristä alle kahteensataan metriin. Näin myös tuhohyönteisten luonnollisten vihollisten kyky paikantaa saaliinsa on saattanut oleellisesti heikentyä. Tämä voi merkitä metsätuhojen luontaisen säätelyn heikkenemistä sekä biologisten torjuntaeliöiden ja pölyttäjien heikompaa suunnistustehokkuutta, vaikka niiden varaan luotetaankin yhä enemmän integroidussa kasvintuotannossa. Tutkimusta varten kehitettiin altistusjärjestelmä, jossa kasvien VOC-päästöt voitiin kerätä kohotetuissa otsonipitoisuuksissa ja samanaikaisesti mitata saalistajien ja loisten käyttäytymisvasteet VOC-päästöjen muutoksiin. Suunnistautumiskokeissa petopunkit ja loispistiäiset saivat eri otsonipitoisuuksissa valita terveiden ja vioittuneiden kasvien hajupäästökoostumusten väliltä. Kolmitasoisina mallisysteemeinä toimivat kaali-kaalikoi-loispistiäinen sekä limanpapu-vihannespunkki-petopunkki -ravintoketjut. Laboratoriokokeita täydennettiin avokenttäkokeella, jossa seurattiin Cotesia vestalis -loispistiäisten kykyä löytää kaalikoin vioittamat kaalikasvit vallitsevassa ja kohotetussa otsonipitoisuudessa. Vallitseva ja hieman kohotettu otsoni vaikutti voimakkaasti kasvien VOC-päästöjen koostumukseen ja pitoisuuksiin verrattuna puhtaaseen ilmaan. Erittäin reaktiiviset terpeeniyhdisteet (seskviterpeenit ja homoterpeenit) painuivat havaitsemiskynnyksen alle kohtuullisesti kohonneissa otsonipitoisuuksissa (60 ja 120 ppb, parts per billion). Vaikka otsoni vähensi voimakkaasti terpeenien ja GL-V -yhdisteiden päästöjä vioittuneista kasveista, petopunkit ja loispistiäiset pystyivät edelleen tunnistamaan tuholaisten vioittamat kasvit niiden hajuprofiilin perusteella. Myöskään kenttäkokeessa kohotettu otsoni ei alentanut merkitsevästi kaalikoin toukkien loisinta-astetta. Hyönteisten vioittamista kaalikasveista haihtuva nitriiliyhdiste sekä vihannespunkin vioittamien papujen metyylisalisylaatti eivät reagoineet otsoniin. Tämä viittaa siihen, että muuttuneissa ilmasto-oloissa tuholaisten luontaiset viholliset voisivat sopeutua käyttämään vähemmän reaktiivisia haihtuvia yhdisteitä vioittuneiden kasvien tunnistamiseen. Lisäkoe kuitenkin selvästi osoitti, että loispistiäinen valitsee mieluummin puhtaassa ilmassa kasvaneet vioittuneet kasvit kuin kohotetussa otsonissa kasvaneet vioittuneet kasvit. Väitöskirja on julkaistu sarjassa Kuopion yliopiston julkaisuja C. Luonnontieteet ja ympäristötieteet, ISBN 978-951-27-0967-2. Sitä voi tilata yliopiston kirjaston julkaisumyynnistä sähköposti: yrjo.valtanen@uku.fi tai verkko-osoitteesta http://www.uku.fi/kirjasto/julkaisutoiminta/julkmyyn.shtml Lisätietoja: |