Ajankohtaista

Väitös: 12.10. Sammalten typensitojabakteerit ovat tärkeitä pohjoisten metsien ja soiden typentuottajia (Leppänen)

Alkamisaika: lauantai 12. lokakuuta 2013, 12.00

Päättymisaika: lauantai 12. lokakuuta 2013, 15.00

Paikka: Ylistönrinne, Fysiikan laitos, FYS1

Sanna LeppänenFM Sanna Leppäsen akvaattisten tieteiden väitöskirjan ”Bacterial nitrogen fixation in boreal mosses” tarkastustilaisuus. Vastaväittäjänä PhD Lucy Sheppard (Centre for Ecology and Hydrology, Iso-Britannia) ja kustoksena yliopistonlehtori Marja Tiirola (Jyväskylän yliopisto).

Biologinen eli bakteerien aikaansaama typensidonta on tärkeä typen lähde metsiemme ja soidemme sammalille ja sitä kautta koko ekosysteemille. Myös kasvihuonekaasu metaanin kierto on kytköksissä suosammalten typpeä sitovien bakteerien toimintaan. Tämä käy ilmi Sanna Leppäsen akvaattisten tieteiden väitöstutkimuksesta, jossa hän tarkasteli Suomessa yleisinä esiintyvien sammalien typensitojabakteerien aktiivisuuksia. Leppänen selvitti myös, onko metaanilla vaikutusta soiden rahkasammalten (Sphagnum sp.) sekä virtavesien sammalten bakteerien typensidontanopeuksiin.

Tutkimus nostaa esille toisenvaraisten eli heterotrofisten ja metaania hapettavien bakteerien roolin rahkasammalten typensidonnassa. Suotyypistä riippuen jopa kolmasosa rahkasammalen typensidonnasta oli metaanin hapetuksen aikaansaamaa. Myös virtavesissä kasvavan virtanäkinsammalen (Fontinalis dalecarlica) aktiivisimmat bakteerikumppanit kuuluivat metaanin hapettajiin. Metsäsammalissa tärkeimmät typensitojabakteerit olivat yhteyttämiseen kykeneviä sinibakteereita.

–      Tieto, että heterotrofit ja metaanin hapettajat osallistuvat typensidontaan sinibakteerien lisäksi, auttaa ymmärtämään paremmin eri ympäristötekijöiden aiheuttamia muutoksia typensidontanopeuksissa, Leppänen toteaa.

Typen ja metaanin kierrot ovat linkittyneet yhteen

Pohjois-Suomen koealoilla sammalten typensidontanopeudet olivat samaa luokkaa alueen typpilaskeuman kanssa. Lisäksi joissakin olosuhteissa metaanilla havaittiin olevan positiivinen vaikutus typensidontanopeuksiin. Mittaukset tehtiin vakaisiin isotooppeihin perustuvilla leimakokeilla sekä typensidonnan mittaamisessa paljon käytetyllä asetyleenin pelkistysmenetelmällä. Lisäksi bakteeriyhteisöjä tutkittiin molekyylibiologian menetelmin.

Leppänen varmisti kytköksen typensidonnan ja metaanin hapetuksen välillä bakteerisolutason tutkimuksissa, missä molempia prosesseja tarkasteltiin sammalsolukossa samanaikaisesti.

– Hieman alle puolet tutkitun sammalsolukon bakteereista sitoi sekä typpeä että hapetti metaania, mikä on täysin uutta tietoa sammalten typensitojabakteereihin liittyen. Lisäksi näytimme, että bakteerien sitoma typpi siirtyy sammalsolukkoon ja on siten kasvin käytettävissä, Leppänen kertoo havainnoistaan.

Leppänen päättelee, että metaanin hapettajat suojelevat ilmakehää kasvihuonekaasuilta, mutta myös kiihdyttävät suosammalten kasvua lisäämällä sammalen saamaa typpeä. Lisää tutkimuksia kuitenkin vaaditaan, ennen kuin voidaan arvioida kuinka suuri rooli metaanin hapettajilla on typensidonnassa eri vuodenaikoina.

– Yleisesti ottaen voidaan sanoa, että sammalten typensidonta muodostaa merkittävän typen lähteen kasvillisuusvyöhykkeemme metsissä ja soilla, ja että se on linkittynyt hiilen kiertoon metaanin hapetuksen kautta, Leppänen tiivistää.

Lisätietoja:

  • Sanna Leppänen, sanna.m.leppanen@jyu.fi, puh. 041 460 9701
  • Tiedottaja Anna-Maija Tuuliainen, puh. 050 428 0811 sekä tiedotus@jyu.fi, josta saa väittelijän kuvan sähköisessä muodossa.

Sanna Leppänen kirjoitti ylioppilaaksi 2001 Järvenpään lukiosta. Hän valmistui filosofian maisteriksi 2006 Jyväskylän yliopistosta pääaineenaan ekologia ja ympäristönhoito ja aloitti 2008 tutkijana Suomen Akatemian rahoittamassa projektissa Jyväskylän yliopiston bio- ja ympäristötieteiden laitoksessa.

Teos on julkaistu sarjassa Jyväskylä Studies in Biological and Environmental Science numerona 267, 55 s., Jyväskylä 2013, ISSN: 1456-9701, ISBN: 978-951-39-5397-3. Sitä saa Jyväskylän yliopiston kirjaston julkaisuyksiköstä, puh. 040 805 3825, myynti@library.jyu.fi.

Abstract

Biological nitrogen (N2) fixation in forest and wetland mosses has been shown to enhance carbon (C) fixation and growth of mosses, thus playing an important role in both N and C cycling in boreal forest and wetland habitats. However, the main N2-fixing bacteria (diazotrophs) in mosses are considered to be Cyanobacteria and the N2 fixation activity has been measured with the indirect acetylene reduction assay (ARA). In this thesis I hypothesized that N2 fixation is a substantial N source for boreal mosses living in forests, wetlands and rivers, and that methane (CH4)-oxidizing (methanotrophic) and heterotrophic bacteria are important participants in moss-associated N2 fixation. ARA and the direct 15N2 tracer method were compared in forest mosses, and the latter proved to be more sensitive than ARA when measuring low activities of N2 fixation associated with feather mosses. At one subarctic site, N2 fixation in feather mosses was equal to the annual bulk N deposition. Both methanotrophy and diazotrophy were detected from wetland Sphagnum mosses, and at some sites CH4 oxidation enhanced N2 fixation. Single cell analysis revealed that these two processes were linked also at the bacterial-level. Various factors regulating N2 fixation were studied, and moss moisture content, water table level and flark-hummock variation were found to be major regulators, N2 fixation being always higher in moist conditions. Sequencing of the nifH gene (encoding nitrogenase reductase) revealed that in wetlands and rivers most diazotrophs were affiliated to Proteobacteria instead of Cyanobacteria. Methanotrophic nifH sequences were present especially in river moss Fontinalis dalecarlica and in Sphagnum mosses from fens. Bacterial N2 fixation was proven as an important N source for mosses and, for the first time, N2-fixing methanotrophs were shown to be an active and abundant link in C and N cycles.

Keywords: 15N2 tracer method, acetylene reduction assay, diazotroph, feather moss, Fontinalis dalecarlica, methanotroph, nanoSIMS, Sphagnum

 

kuuluu seuraaviin kategorioihin: