Robotiikka tulee solukkolisäykseen

Solukkolisäyksen toivotaan helpottavan pulaa kuusen siemenviljelystaimista. Luonnonvarakeskus ja Kaakkois-Suomen ammattikorkeakoulu Xamk etsivät keinoja menetelmän koneellistamiseksi.

Siemenalkiot laitetaan kasvamaan solukkoviljelyalustalle, jossa niitä ruokitaan ravinteilla ja sokereilla. (Kuvaaja: Timo Kilpeläinen)

Kuusi ei kuki joka kesä, ja hyviä käpyvuosia sillä on keskimäärin pari kymmenessä vuodessa. Siksi jalostettuja siemenviljelystaimia ei saada kasvatettua niin paljon kuin tarve vaatisi.

Pian saatavuusongelmiin voidaan saada helpotusta. Luonnonvarakeskus (Luke) ja Kaakkois-Suomen ammattikorkeakoulu Xamk kehittävät parhaillaan kuusentaimien solukkolisäystä, jota tehdään monistamalla puiden siemenalkioita.

Luken johtava tutkija Tuija Aronen kertoo, että solukkolisätyissä taimissa piilee paljon potentiaalia.

”Ne ovat huippuluokan puita, joihin saadaan kaikki parhaat jalostushyödyt, kuten parempaa kasvua tai esimerkiksi vastustuskykyä eri tauteja vastaan. Nämä taimet sopivat sellaisille metsänomistajille, jotka haluavat mahdollisimman hyvän tuoton metsästään.”

Tällä hetkellä solukkolisäystä tehdään käsityönä, mutta se on hidasta ja kallista. Luke myy solukkotaimierää, jossa on taimia 12:sta eri risteytyksestä ja joka käsittää kaikkiaan 120 erilaista genotyyppiä eli perimätyyppiä. Taimitarhakasvatukseen soveltuvien solukkokuusten hinta lähtee 30 sentistä ja kohoaa erikoistaimien kohdalla useampaan euroon.

Luonnonvarakeskuksen johtava tutkija Tuija Aronen ja tutkija Saila Varis pakastavat solukkomassaa nestemäisessä typessä, jonka lämpötila on -196 astetta. (Kuvaaja: Timo Kilpeläinen)

Nyt käynnissä olevan hankkeen tavoitteena on valmistaa käyttöön sellaiset välineet ja robotiikka, joiden avulla lisäystä voidaan jatkossa tehdä laajassa mittakaavassa ja automatisoidusti. Silloin taimien hinta laskisi huomattavasti.

Arosen mukaan solukkolisättyjen taimien ei ole tarkoitus syrjäyttää siemen- ja taimituotantoa, vaan tulla yhdeksi keinoksi muiden rinnalle. Erityisen hyvin solukkotaimet sopisivat erikoispuiden kasvattamiseen.

”Esimerkiksi joulupuun viljelyyn, jos halutaan tuuheita Aku Ankka -kuusia. Nykyäänhän kaikki taimet ovat niin hyväkasvuisia, ettei niistä tule tuuheita ilman leikkaamista.”

Toinen hyvä kohde ovat puistot, istutukset ja muu viherrakentaminen. Solukkolisäyksellä voidaan tehdä esimerkiksi pallomaisia kuusia, kiemuraisia käärmekuusia tai keltalatvaisia kultakuusia, jotka ovat harvinaisia ja hankalampia lisätä muilla keinoilla.

”Nyt kaupoissa myydään Keski-Euroopasta tuotuja koristepuita, jotka eivät kestä Suomen ilmasto-oloja. Oksat ovat monesti jo seuraavana keväänä ruskeat”, Aronen sanoo.

Saila Varis katselee turpeessa kasvavia kuusen solukkotaimia. Tämä on viimeinen välivaihe ennen ulos istuttamista. (Kuvaaja: Timo Kilpeläinen)

Vastaus ilmastonmuutokseen?

Solukkoviljelyssä lähdetään liikkeelle vihreistä kävyistä, jotka poimitaan talteen metsänjalostuksen huippuyksilöistä. Käpyjä otetaan monista eri puista, jotta saadaan varmistettua perinnöllisen monimuotoisuuden säilyminen.

Ensimmäiset haasteet ilmenevät jo tässä vaiheessa. Vaikka siemenillä olisi hyvä isä ja äiti, lasten ominaisuuksista ei voida koskaan olla varmoja. Kaikki ominaisuudet eivät periydy sellaisinaan, kun kyse on suvullisesta lisäyksestä.

Käpyjen poimimisen jälkeen käpyjen sisältä otetaan talteen siemenet. Siementen sisältä kuoritaan esiin alkiot, joista monistetaan uusia esialkioita. Alkioita kypsytetään huoneenlämmössä pimeässä tilassa.

Norjalaistutkimusten mukaan alkioiden kypsytyslämpötila vaikuttaa niiden myöhempään ilmastokestävyyteen. Tämä tuo uusia mahdollisuuksia puiden jalostukselle.

”Voidaan leikkiä ajatuksella, että voisimme keinollisesti sopeuttaa taimet tiettyyn ilmastoon jo laboratoriossa”, Aronen kertoo.

Teoriassa taimia voitaisiin siis muokata kestämään ilmastonmuutoksen vaikutuksia.

Aikanaan alkioista kasvaa pieniä taimia, jotka istutetaan ulos maahan. Luken koeviljelyalan solukkolisätyistä taimista 97 prosenttia on jäänyt eloon.

Lukessa on myös kokeiltu alkioiden lisäämistä kuusentaimien silmuista. Tekniikka on siinä lähes sama kuin käpyjen kohdalla, kertoo silmualoitukseen perehtynyt Luken tutkija Saila Varis.

”Tähän mennessä olemme testanneet silmualoitusta solukkolisätyistä taimista 40:stä eri linjasta. Näistä kahdella aloitus onnistui, ja silmuista lähti kasvamaan alkioita tuottavaa solukkoa.”

Tulevaisuuden tavoitteena on, että silmualoituksia voitaisiin tehdä taimien sijaan isoista puista.

Tuija Aronen, Mikko Tikkinen ja Saila Varis tarkastelevat neljä vuotta sitten istutettuja solukkotaimia. Lähes kaikki taimet ovat jääneet eloon, mutta pituuskasvussa näkyy isoja eroja eri risteytysten välillä. (Kuvaaja: Timo Kilpeläinen)

Käsityöstä robotiikkaan

Solukon ja alkioiden kasvatusalustoina käytetään kemian tutkimuksesta tuttuja petrimaljoja. Niille laitetaan solukkolisäyksen eri vaiheissa erilaisia kasvatusalustoja, jotka sisältävät sokereita, ravinteita ja kasvuhormoneja. Viljelmien hoitaminen on pitkälti käsityötä, sillä alkioita siirrellään alustalta toiselle pinsettien ja mikroskoopin avulla.

Xamk kehittää parhaillaan bioreaktoreita eli kasvatusastioita, jotka osaisivat annostella ravintoliuoksia automatisoidusti ja vaihdella niitä kasvuvaiheen mukaan.

Jo olemassa olevat kaupalliset bio¿reaktorit eivät sovellu kovin hyvin kuusen solukkolisäykseen, koska ne on kehitetty lehtipuiden viljelyyn. Ongelmana on, että kuusen alkiot ovat vain parin millimetrin kokoisia, kun taas lehtipuiden versot mitataan senteissä.

Bioreaktoreiden lisäksi Xamkissa suunnitellaan robotiikkaa, joka osaisi tunnistaa hyvälaatuiset alkiot ja siirtää ne vahingoittumattomina uudelle alustalle.

”Konetta ei ole helppo opettaa näkemään asioita. Alkioiden joukosta pitäisi osata valikoida symmetriset yksilöt, joissa on kunnollinen alkeisjuuri ja vähintään neljä sirkkalehteä”, kertoo Xamkin tutkija Markku Kuosa.

Tavoitteena on myös kehittää robotiikkaa niin, että pienenpienet taimet saadaan koulittua koneellisesti kasvamaan turpeeseen kasvihuoneessa.

Xamkin tutkija Markku Kuosa kertoo poikkitieteellisen tutkimuksen olevan mielenkiintoista. Hän kehittää muun muassa bioreaktoreita eli solukon ja alkioiden kasvatusastioita. (Kuvaaja: Timo Kilpeläinen)

Ruotsin ja Kanadan opein

Ruotsissa kuusen solukkolisäystä on tutkittu 1980-luvulta asti, mutta siellä solukkotaimet eivät ole vielä kaupallisessa tuotannossa. Myös Kanadassa on 2000-luvun puolella selvitetty valkokuusen lisäyksen mahdollisuuksia, ja siellä solukkotaimia käytetään jo yleisesti.

Luke aloitti kuusen solukkolisäyksen tutkimisen vuonna 2011. Männyn solukkolisäystä oli tutkittu jo aiemmin, mutta se oli huomattavasti vaikeampaa.

Vaikka kuusen solukkolisäyksestä on ulkomaista kirjallisuutta, kaikki tieto ei ole sovellettavissa Suomen olosuhteisiin.

”Syynä voivat olla eri kuusilajien väliset erot ja ehkä meidän pohjoiseen ilmastoomme sopeutuneet aineistot”, Aronen pohtii.

Erityisen ongelmallista on tutkimuskirjallisuuden rajautuminen yksittäisiin vaiheisiin. Solukkolisäystä kehittävässä tutkimusryhmässä mukana oleva Luken tutkija Mikko Tikkinen kertoo, että kirjallisuudessa keskitytään yleensä joko laboratorion työvaiheisiin tai taimien istuttamiseen.

”Me yritämme yhdistää koko ketjun. Haasteellisin vaihe on laboratoriossa petrimaljoilla idätettyjen taimien siirto jatkokasvatukseen taimitarhalle.”

Luken ja Xamkin hanke on saanut rahoitusta Euroopan aluekehitysrahastolta. Hankkeen lopulliset tulokset saataneen noin vuoden päästä.

 

 

Solukkolisäys on tarkkaa työtä

Jalostetuista puista poimitaan vihreitä käpyjä alkukesällä tai syksyllä. Käpyjen sisältä otetaan talteen siemenet, jotka halkaistaan. Siementen sisältä otetaan talteen alkiot. (Kuvaaja: Timo Kilpeläinen)
Alkiot laitetaan kasvamaan solukkoviljelyalustalle, jossa niitä ruokitaan ravinteilla ja sokereilla. Solukkoviljelyalustaa pidetään huoneenlämmössä pimeässä paikassa. Kahdesta kahdeksaan viikon kuluttua alkiot alkavat kasvattaa ympärilleen vaaleaa solukkoa. Sen sisälle muodostuu uusia esialkioita. (Kuvaaja: Timo Kilpeläinen)
Solukko laitetaan pieneen muoviputkeen, jossa on kasvatuslientä ja pakkaselta suojaavia aineita. Sen jälkeen solukko syväjäädytetään nestemäisessä typessä. Syväjäädytyksen avulla solukkoviljelmiä voidaan varastoida vuosikausia ilman, että alkiontuottokyky heikkenee. (Kuvaaja: Timo Kilpeläinen)
Solukko otetaan pois pakkasesta, sulatetaan ja siirretään uudelle viljelyalustalle, jota säilytetään pimeässä ja huoneenlämmössä. Kasvuhormoneita vaihtamalla esialkiot saadaan kehittymään kypsiksi kasvullisiksi alkioiksi noin kahdeksassa viikossa. (Kuvaaja: Timo Kilpeläinen)
Alkiot idätetään lisäämällä valon määrää asteittain. Itäneet taimet koulitaan turpeeseen ja viedään kasvamaan taimitarhalle. (Kuvaaja: Timo Kilpeläinen)
Keväällä taimet voidaan istuttaa maastoon. (Kuvaaja: Timo Kilpeläinen)

 

Aiheeseen liittyviä julkaisuja:

Development of somatic embryo maturation and growing techniques of norway spruce emblings towards large-scale field testing

Norway spruce emblings as cutting donors for tree breeding and production

Kommentit

Ei vielä kommentteja.

Metsänhoito Metsänhoito