Sienidiversiteetti j hjomisprosessi lhopuuss Ris Mäkipää, Tiin Rjl, Lr Vlentin, Mikko Peltoniemi j Tin Pennnen Monimuotoisuustutkimuksen seminri, Metsäntutkimuslitos, Vnt 22.3.2012
Sisältö Tust Lhopuudynmiikn j ljidiversiteetin ennustminen Sieniljiston suhde lhopuun ominisuuksiin Sienisukkessio lhovss puuss Diversiteettin merkitys ekosysteemin toiminnlle Johtopäätökset
Tust (1/2) Sopivn lhopuun puute on monien ljien uhnlistumiskehityksen ensisijinen syy. Metsänkäsittely vikutt lhopuumäärään j jtkumoon. Suunnittelu trvitsee tuekseen ymmärrystä (j mllej) lhopuudynmiikst sekä lhopuuss elävien ljien biologist j elinympäristövtimuksist.
Miten ljidiversiteetin voisi liittää metsäsuunnittelun työkluihin?
Puuston kehitys Puiden ksvu j kuolemist erilisin metsänkäsittelyketjuin voidn simuloid mllein (esim. MOTTI/MELA, PipeQul, EFIMOD, FinFor) Tähän esimerkkiin puuston kehityksen on simuloinnut Jouni Siipilehto MOTTI mllill (Hynynen ym. www/metl.fi/metinfo/motti). Photo: ErkkiOksnen
Lhopuudynmiikn ennustminen Hkkuiss metsään jäävät ltvt j knnot Luontisesti kuolevt j ktuvt puut Peltoniemi et l. mnuscript in preprtion
Puun hjominen lhosteittin Peltoniemi et l. mnuscript in preprtion
Mpuudynmiikk j kääpäljien esiintymisen ennustminen Eri lhosteit edustvien runkojen määrän kehitys kokoluokittin Kääpäljien esiintymistodennäköisyydet
Puiden kuoleminen luonnontilisiss metsissä Kuolemistodennäköisyyttä ennustettu yleisesti kohdepuut isompien puiden pohjpint ln vull (puun kilpilusem) Eri kokoisten puiden vikutus tiheässä luonnonmetsässä? Lrger competitor Weight Smller competitor 0 Size difference in dbh Lähde:Peltoniemi & Mäkipää. 2010. FEM 261: 30-41
Luonnontilisen metsän puiden kilpilu j kuoleminen Kilpilu on epäsymmetristä Vähintään 4 5 cm (dbh) suuremmill puill merkitystä Lehtipuut eivät näytä kilpilevn kuusen knss Weight (Competitor influence) Lähde:Peltoniemi & Mäkipää. 2010. FEM 261: 30-41 size-difference (dbh, m)
Kuolemismllill ennust kuolleiden puiden kokojkumn Mlli Aiheest lisää Metln uutiskirjessä www.metl.fi/uutiskirje/tuk/2012-1/ Onko tigmetsien kirjo ennustettviss? Mitttu jkum Ennustettu jkum Lähde: Peltoniemi & Mäkipää. 2010. FEM 261: 30-41
Tust (2/2) Tietämys lhopuuss elävistä sienistä j niiden elinympäristövtimuksist perustuu pääosin itiöemiä tuottviin helposti hvittviin kääpiin sekä puiden mittmiseen j kuviluun Sieniljiston j lhopuun ominisuuksien kehitys lhon edetessä tunnetn huonosti. Ljidiversiteetin merkitys lhomiselle on epäselvä.
Mitä tiedämme sieniljiston suhteest lhopuun ominisuuksiin?
Puuljeill eriliset sieniljit Suuri os ljeist tuntemttomi. Lähde: Rjl et l. 2010). CJFR 40: 2384-2397.
Puuljeill eriliset sieniyhteisöt Moniulotteinen sklus (NMDS): Sienet DNA:n perusteell Lähde: Rjl et l. 2010. CJFR 40: 2384-2397. Kääpäitiöemien perusteell Kuusi Hp Kuusi Koivu Mänty Hp Koivu Mänty 15
Sieniyhteisön rkenne heijst lhopuun ominisuuksi NMDS oordintio Kuusi mpuist eristetyn sieni- DNA:n geelieloktroforeesill erotetut tksonit (OTUt) Lähde: Rjl et l. 2012. FEMS Micr. Ecol. in press. 16
Sienet vikuttvt lhopuun ominisuuksiin Ligniinin osuus lisääntyi hitmmin lhorungoiss, joist eristettiin vlkolhottjien DNA:t. Typpimäärä lisääntyi lhomisen edetessä rungoiss joist eristettiin mykorits DNAt Lähde: Rjl et l. 2012. FEMS Micr. Ecol. in press. 17
Miten sieniyhteisö j ljidiversiteetti muuttuvt puun lhotess?
Sienisukkessio lhon edetessä Kotelosienien osuus pienenee j kntsienien osuus ksv lhon edetessä Kntsieniljisto muuttuu Lähde: Rjl et l. 2010.
Sienten rooli lhopuuss muuttuu Vlkolhottjt tunnetuist ljeist yleisimpiä äskettäin kuolleess puuss (lhoste 1) Vlko j ruskolhottjt pääsiss lholuokiss 2 4 Mykorritsoj jo kovss puuss (lhoste 2) j dominoivt lhosukkession lopuss. Rjl et l. 2012 FEMS Microb. Ecol in press. 20
Lhomisen edetessä sienidiversiteeti ksv Itiöemiä tuottvt käävät edustvt vin pientä os koko ljimäärästä 0 24 tx/0,1 g wood 0 8 fruiting species/log Sieni DNA:n perusteell diversiteetti korkein pitkälle lhonneess DNA DGGE erotuskyky ei ole riittävä pisimmälle lhonneen puun suurien osoittmiseen (Ovskinen et l. 2010) DNA Kääpien itiöemä hvinnot Lähde: Rjl et l. 2010. Fungl Ecol. 4: 437-448. 21
Aktiivisten sienien ljimäärä ksv Lhopuust eristetty sieni RNA osoitt että erityisesti ktiivisten sienten diversiteetti ksv lhomisen edetessä. L d d e r DNA RNA DNA RNA DNA RNA Smple 1 Smple 2 Smple 3 L d d e r DNA RNA Rjl et l. 2011. Fungl Ecology 4: 437-448 Exmple of DGGE gel 22
Mikä on diversiteettin merkitys ekosysteemin toiminnlle?
Testsimme diversiteetin vikutust hjottj ktiivisuuteen? L Nondiluted inocul L Cont rol 10 1 dilute d L inocul 10 2 dilute d inocul Hjotuksen tuottm CO 2 Inkubointi 4 kk DGGE
Kokeess vähennettiin diversiteettiä L Nondiluted inocul L Cont rol 10 1 dilute d L inocul 10 2 dilute d inocul 20 15 10 5 0 ND 1/10 1/100 Ctrl OTUs Erly decyed swdust Middle decyed swdust Lte decyed swdust Lähde: Vlentin et l. 2012. Submitted mnuscript
Diversiteetin vikutus lhomiseen ND = lkuperäinen ljisto 10 1 limennettu ymppi 10 2 limennettu ymppi Ctrl utoklvoimll striloitu kontrolli 70 60 50 40 30 20 10 0 III Lhoste 0 20 40 60 80 100 120 Time (dys) ND 10 1 10 2 Ctrl Lähde: Vlentin et l. 2012. Submitted mnuscript b b c 70 60 50 40 30 20 Pitkälle lhonnut (V) Tilstollisesti merkitsevät 10 erot testttu Tukeyn 0 testillä (P < 0.05). 0 20 40 60 80 100 120 ND 10 1 10 2 Ctrl
Diversiteetin vikutus lhomiseen Cum CO 2 mg/g 70 60 50 40 30 20 10 0 Vähän lhonnut (I) b b b 0 20 40 60 80 100 120 70 60 50 40 30 20 10 0 Lhoste III 0 20 40 60 80 100 120 Time (dys) b b c 70 60 50 40 30 20 10 0 Pitkälle lhonnut (V) 0 20 40 60 80 100 120 b ND 10 1 10 2 Ctrl ND 10 1 10 2 Ctrl ND 10 1 10 2 Ctrl Lähde: Vlentin et l. 2012. Submitted mnuscript ND = non diluted inoculum 10 1 = dilution of 10 1 of inoculum 10 2 = dilution of 10 2 of inoculum Ctrl = control: sterile substrte
Sieniljiston merkitys lhomiselle Onko vstikään kuolleen puun hjominen hidst siksi, että tekokkt hjottjt eivät ole vielä kolonisoineet sitä? Vi onko puun fysiokemilliset ominisuudet syy hitseen hjomiseen? Effect of species composition Microcosm 1 Erly decyed substrte+ different inocul Microcosm 2 Medium decyed substrte + different inocul Microcosm 3 Lte decyed substrte + different inocul
Sieniyhteisö ei vikut vähän Cum CO 2 mg/g 70 60 50 40 30 20 10 lhonneess puuss hjottjien 0 70 60 50 40 30 20 10 0 Medium decyed substrte + different inoculum kokonisktiivisuuteen 0 20 40 60 80 100 120 0 20 40 60 80 100 120 Time (dys) b 70 60 50 40 30 20 10 0 Lte decyed substrte + different inoculum 0 20 40 60 80 100 120 b Erly decyed inoculum Medium decyed inoculum Lte decyed inoculum Mixture of inocul Lähde: Vlentin et l. 2012. Mnuscript
Diversiteetin ksvttminen EI lisää lhotusktiivisuutt Erly decyed subsrte (I) Medium decyed substrte (III) Lte decyed substrte (V) Cum CO 2 mg/g 70 60 50 40 30 20 10 0 0 20 40 60 80 100 120 70 60 50 40 30 20 10 0 0 20 40 60 80 100 120 Time (dys) b 70 60 50 40 30 20 10 0 0 20 40 60 80 100 120 b Erly decyed inoculum Lte decyed inoculum Medium decyed inoculum Mixture of inocul Lähde: Vlentin et l. 2012. Mnuscript
Johtopäätökset Lhopuudynmiikn j sieniljiston ennustminen voidn liittää metsikön kehitystä kuvviin mlleihin joit käytetään metsänksvtusvihtoehtojen vertiluun. Eri lhoviheiss sienillä on erilisi toiminnllisi roolej. Erkki Slo Sieniljisto heijst lhopuun fysio kemillisi ominisuuksi, j myös vikutt niihin.
Johtopäätökset Vähän lhonneen puun hjomist rjoitt substrtin ltu (tehokkidenkn lhottjien lisääminen ei muut hjottjien ktiivisuutt) Diversiteetin pienentäminen vlko j ruskolhottjien suttmss keskilhoviheess vähentää ktiivisuutt. Pitkälle lhonneess puuss on suuri sienidiversiteetti, j ljiston köyhdyttäminen ti rikstuttminen ei vikut hjottjien kokonisktiivisuuteen.
Tutkimusryhmä Ris Mäkipää Tiin Rjl Mikko Peltoniemi Lr Vlentin Crrer Tin Pennnen 33
Kiitokset vust Reijo Penttilä, Jenni Hottol, Ismo Erikson (kääpäinventointi) Erkki Slo, Timo Siitonen, Hilkk Ollikinen, Jukk Lehtimäki, Veijo Slo (mstotyöt) Stu Repo, Kerttu Nyberg, Arj Tervhut, Krin Pynnönen, Stu Peltol, Tuno Luosujärvi (lbortorio/mstotyöt) Mrkku Tmminen, Esko Oks (dtn orgnisointi) Mon Lindfors, Jon Mspons, Pul Kärnä, Mtis Häyrynen, Mrie Suznne Mukkrer, Jessic Torstensson, Riikk Mäkelä, Srit Nukkrinen (hrjoittelijt lbortorioss) Suomen Aktemi, rhoitus (121606) 34
Tähänstiset julkisut Rjl, T., Peltoniemi, M., Pennnen, T. & Mäkipää, R. 2010. Reltionship between wood inhbiting fungi nd qulity of decying logs. Cndin Journl of Forest Reserch, 40: 2384 2397. Ovskinen, O., Nokso Koivisto, J., Hottol, J., Rjl, T., Pennnen, T., Ali Kovero, H., Miettinen, O., Oinonen, P., Auvinen, P., Pulin, L., Lrsson, K. H. nd Mäkipää, R. 2010. Identifying woodinhbiting fungi with 454 sequencing wht is the probbility tht BLAST gives the correct species? Fungl Ecology 3: 274 283. Peltoniemi, M & Mäkipää, R. 2010. Quntifying distnce independent tree competition for predicting Norwy spruce mortlity in unmnged forests. Forest Ecology nd Mngement 261: 30 42. Rjl, T., Peltoniemi, M., Hntul, J., Mäkipää, R. & Pennnen, T. 2011. RNA revels succession of ctive fungi during the decy of Norwy spruce. Fungl Ecology 4:437 448. Mäkipää, R. & Linkoslo, T. 2011. A non destructive logs. field method for mesuring wood density of decying logs. Silv Fennic 45: 1135 1142. Rjl, T., Peltoniemi, M., Pennnen, T. & Mäkipää, R. 2012. Fungl community dynmics in reltion to qulity of decying Norwy spruce (Pice bies (L.) Krst.) logs in borel forest. FEMS Microbiology Ecology, ccepted for publiction. Vlentín, L., Rjl, T., Peltoniemi, M., Heinonslo, J., Pennnen, T. & Mäkipää, R. Diversity of wood inhbiting fungi ffects the decomposition ctivities of Norwy spruce wood in microcosm experiment, submitted mnuscript, Mrch 2012.
Thnk you Funding by the Acdemy of Finlnd
Sienet ovt tärkeimpiä hjottji borelisiss metsissä pitäen yllä hiilen j rvinteiden kierto 37 Photos: E. Oksnen, E. Slo, M. Peltoniemi
Study sites nd smple trees ~600 fllen spruce logs (dph >5 cm) representing decy stges1-5 were select s smple trees. 38
Study sites: unmnged, Norwy spruce dominted forests in southern Finlnd Loppi Evo Lpinjärvi Loppi Sipoo Petäjäjärvi Vesijko Figures: E. Slo, E. Oksnen, T. Rjl 39