| 1. |
|
|
| 2. |
|
|
| 3. |
- Wieloch, Thomas, 1979-, et al.
(författare)
-
Intramolecular carbon isotope signals reflect metabolite allocation in plants
- 2022
-
Ingår i: Journal of Experimental Botany. - : Oxford University Press. - 0022-0957 .- 1460-2431. ; 73:8, s. 2558-2575
-
Tidskriftsartikel (övrigt vetenskapligt/konstnärligt)abstract
- Stable isotopes at natural abundance are key tools to study physiological processes occurring outside the temporal scope of manipulation and monitoring experiments. Whole-molecule carbon isotope ratios (13C/12C) enable assessments of plant carbon uptake yet conceal information about carbon allocation. Here, we identify an intramolecular 13C/12C signal at tree-ring glucose C-5 and C-6 and develop experimentally testable theories on its origin. More specifically, we assess the potential of processes within C3 metabolism for signal introduction based (inter alia) on constraints on signal propagation posed by metabolic networks. We propose that the intramolecular signal reports carbon allocation into major metabolic pathways in actively photosynthesizing leaf cells including the anaplerotic, shikimate, and non-mevalonate pathway. We support our theoretical framework by linking it to previously reported whole-molecule 13C/12C increases in cellulose of ozone-treated Betula pendula and a highly significant relationship between the intramolecular signal and tropospheric ozone concentration. Our theory postulates a pronounced preference for leaf cytosolic triose-phosphate isomerase to catalyse the forward reaction in vivo (dihydroxyacetone phosphate to glyceraldehyde 3-phosphate). In conclusion, intramolecular 13C/12C analysis resolves information about carbon uptake and allocation enabling more comprehensive assessments of carbon metabolism than whole-molecule 13C/12C analysis.
|
|
| 4. |
- Löfgren, Stefan, et al.
(författare)
-
Förbättrade skattningar av Noch P-förlusterna från skog, myr och fjäll inför PLC6 - pilotprojekt
- 2011
-
Rapport (övrigt vetenskapligt/konstnärligt)abstract
- Inom ramen för detta pilotprojekt har data från riksinventeringen av skog (RIS) ochsatellitscener använts för att med den statistiska metoden Probabilistic Classifierklassificera skogstillståndet på skogs- och myrmark inklusive fjäll. Vattendragsnäraskog har definierats utgående från ett virtuellt nätverksbildat vattendragsnät(VIVAN). Baserat på ca 200 slumpmässigt utvalda källvattendrag i Dalälven, Viskan,Ätran, Nissan och Lagan har därefter modeller skapats för att skatta typhalternaför N och P i bäckvattnet utgående från skogstillståndet i bäcknära och meravlägsen skog.Modellernas förklaringsgrad för Tot-N (r2=0,60) och Tot-P (r2=0,31) är betydligtbättre än de som användes i norra Sverige inom ramen för PLC5 (r2=0,25respektive (r2=0,11), vilket tyder på att det dels föreligger samband mellan avrinningsområdetsegenskaper och N och P halterna och dels att probabilistisk klassningär en användbar metod för att skatta dessa egenskaper. Ytterligare en förbättringjämfört med PLC5 är att Tot-N och Tot-P i södra Sverige samt oorganisktkväve och fosfat inte längre behöver hanteras som konstanter. Modellerna för deoorganiska fraktionerna är dock osäkra.Typhalterna är betydligt högre än de som användes inom PLC5. Orsaken tilldetta är att analysresultaten från de slumpmässigt utvalda vattendragen visar attsommartid kan närsalthalterna i skogs- och myrbäckar vara betydligt högre änmedel- och medianvärden från längre tidsperioder, som även innehåller säsongsochmellanårlig variation. De presenterade typhalterna kan därför inte okritisktanvändas för t.ex. källfördelningsmodellering. För det krävs modeller baserade påvattenkemisk information även från andra årstider.Vi stora möjligheter att ytterligare förbättra modellernas både rumsliga ochtidsmässiga precision och för att använda metodiken över hela Sverige. De förbättringarsom krävs är då främst tillgång till enhetliga satellitdata från ett begränsattidsfönster för framtagande av differensbilder (används för klassning av löv) ochprobabilistisk klassificering, en höjddatabas med högre rumslig (x-, y- och z-led)upplösning och förnyad simulering av ett virtuellt vattendragsnät alternativt enförbättrad vattendragskarta samt upprepad provtagning (data bör finnas från vår,sommar, höst och vinter) av slumpmässigt utvalda skogs- och myrvattendrag förförbättrad skattning av den temporala variationen i typhalterna. Den teknikutvecklingsom krävs på satellitscen- och höjddatabassidan bör finnas tillgänglig inom entreårsperiod, medan det inte finns medel avsatta för provtagning och analys avslumpmässigt insamlade prover från olika årstider.
|
|
| 5. |
- Wieloch, Thomas, 1979-
(författare)
-
Intramolecular isotope analysis reveals plant ecophysiological signals covering multiple timescales
- 2019
-
Doktorsavhandling (övrigt vetenskapligt/konstnärligt)abstract
- Our societies' wellbeing relies on stable and healthy environments. However, our current lifestyles, growth-oriented economic policies and the population explosion are leading to potentially catastrophic degradation of ecosystems and progressive disruption of food chains. Hopefully, more clarity about what the future holds in store will trigger stronger efforts to find, and adopt, problem-focused coping strategies and encourage environmentally friendly lifestyles.Forecasting environmental change/destruction is complicated (inter alia) by lack of complete understanding of plant-environment interactions, particularly those involved in slow processes such as plant acclimatisation and adaptation. This stems from deficiencies in tools to analyse such slow processes. The present work aims at developing tools that can provide retrospective ecophysiological information covering timescales from days to millennia.Natural archives, such as tree-rings, preserve plant metabolites over long timescales. Analyses of intramolecular isotope abundances in plant metabolites have the potential to provide retrospective information about metabolic processes and underlying environmental controls. Thus, my colleagues and I (hereafter we) analysed intramolecular isotope patterns in tree rings to develop analytical tools that can convey information about clearly-defined plant metabolic processes over multiple timescales. Such tools might help (inter alia) to constrain plants' capacities to sequester excess amounts of anthropogenic CO2; the so-called CO2 fertilisation effect. This, in turn, might shed light on plants' sink strength for the greenhouse gas CO2, and future plant performance and growth under climate change.In the first of three studies, reported in appended papers, we analysed intramolecular 13C/12C ratios in tree-ring glucose. In six angiosperm and six gymnosperm species we found pronounced intramolecular 13C/12C differences, exceeding 10‰. These differences are transmitted into major global C pools, such as soil organic matter. Taking intramolecular 13C/12C differences into account might improve isotopic characterisation of soil metabolic processes and soil CO2 effluxes. In addition, we analysed intramolecular 13C/12C ratios in a Pinus nigra tree-ring archive spanning the period 1961 to 1995. These data revealed new ecophysiological 13C/12C signals, which can facilitate climate reconstructions and assessments of plant-environment interactions at higher resolution; thus providing higher quality information. We proposed that 13C/12C signals at glucose C-1 to C-2 derive from carbon injection into the Calvin-Benson cycle via the oxidative pentose phosphate pathway. We concluded that intramolecular 13C/12C measurements provide valuable new information about long-term metabolic dynamics for application in biogeochemistry, plant physiology, plant breeding, and paleoclimatology.In the second study, we developed a comprehensive theory on the metabolic and ecophysiological origins of 13C/12C signals at tree-ring glucose C-5 and C-6. According to this theory and theoretical implications of the first study on signals at C-1 to C-3, analysis of such intramolecular signals can provide information about several metabolic processes. At C-3, a well-known signal reflecting CO2 uptake is preserved. The glucose-6-phosphate shunt around the Calvin-Benson cycle affects 13C/12C compositions at C-1 and C-2, while the 13C/12C signals at C-5 and C-6 reflect carbon fluxes into downstream metabolism. This theoretical framework enables further experimental studies to be conducted in a hypothesis-driven manner. In conclusion, the intramolecular approach provides information about carbon allocation in plant leaves. Thus, it gives access to long-term information on key ecophysiological processes, which could not be acquired by previous approaches.The abundance of the hydrogen isotope deuterium, δD, is important for linking the water cycle with plant ecophysiology. The main factors affecting δD in plant organic matter are commonly assumed to be the δD in source water and leaf-level evaporative enrichment. Current δD models incorporate biochemical D fractionations as constants. In the third study we showed that biochemical D fractionations respond strongly to low ambient CO2 levels and low light intensity. Thus, models of δD values in plant organic matter should incorporate biochemical fractionations as variables. In addition, we found pronounced leaf-level δD differences between α-cellulose and wax n-alkanes. We explained this by metabolite-specific contributions of distinct hydrogen sources during biosynthesis.Overall, this work advances our understanding of isotope distributions and isotope fractionations in plants. It reveals the immense potential of intramolecular isotope analyses for retrospective assessment of plant metabolism and associated environmental controls.
|
|
| 6. |
- Ahlgren, Gunnel, et al.
(författare)
-
Fatty Acid Ratios in Freshwater Fish, Zooplankton and Zoobenthos - Are There Specific Optima?
- 2009
-
Ingår i: Lipids in Aquatic Ecosystems. - New York : Springer-Verlag New York. - 9780387886077 - 9780387893662 ; , s. 147-178
-
Bokkapitel (övrigt vetenskapligt/konstnärligt)abstract
- Two groups of polyunsaturated fatty acids (PUFA), termed omega-3 and omega-6 in food (or here as n-3 and n-6 PUFA, respectively), are essential for all vertebrates and probably also for nearly all invertebrates. The absolute concentrations of the different PUFA are important, as is an appropriate balance between the two. The optimal ratio of n-3/n-6 is not known for most organisms but is anticipated to be more or less species-specific (Sargent et al. 1995). The three most important PUFA in vertebrates are eicosapentaenoic acid (EPA, 20:5n-3), docosahexaenoic acid (DHA, 22:6n-3) and arachidonic acid (ARA, 20:4n-6). Both EPA and ARA are precursors for biologically active eicosanoids that are vital components of cell membranes and play many dynamic roles in mediating and controlling a wide array of cellular activities (Crawford et al. 1989; Harrison 1990; Henderson et al. 1996; see Chap. 9). Since n-3 and n-6 PUFA cannot be synthesized de novo by most metazoans, they must be included in the diet, either as EPA, DHA and ARA, or as their precursors, such as α-linolenic acid (ALA, 18:3n-3, precursor of EPA and DHA) and linoleic acid (LIN, 18:2n-6, precursor of ARA) (Bell et al. 1986; Sargent et al. 1995). Both ALA and LIN are produced in the thylacoid membranes of algae and plants with chlorophyll (Sargent at al. 1987).
|
|
| 7. |
- Buckland, Philip I., 1973-
(författare)
-
The Bugs Coleopteran Ecology Package (BugsCEP) : the development and implementation of software for palaeoenvironmental and palaeoclimatological research
- 2009
-
Bok (övrigt vetenskapligt/konstnärligt)abstract
- This book describes the development and practical application of a unique database orientated software package, BugsCEP, for environmental, climatic and biodiversity reconstruction from beetle assemblages. BugsCEP consists of a database of ecology and distribution data for over 9400 insect taxa, and includes temperature tolerance data for 436 species. It contains abundance and summary data for over 770 sites, most of the known European Quaternary fossil coleopteran record, supported by a bibliography of over 3700 sources. Built in statistics, including a specially developed habitat classification system, provide semi-quantitative environmental reconstructions to aid in the interpretation of sites. BugsCEP's querying and reporting functions also increase the efficiency with which analyses can be undertaken, including the facility to explore the fossil record of species by searching ecology and distribution data. The Mutual Climatic Range (MCR) reconstruction method is implemented and improved upon, including predictive modelling and the graphical output of reconstructions and climate space maps. BugsCEP is available from www.bugscep.com.
|
|
| 8. |
- Olsson, Håkan, et al.
(författare)
-
Flygburen laser och digitala bilder för kartering och övervakning av akvatisk och terrester miljö
- 2014
-
Rapport (övrigt vetenskapligt/konstnärligt)abstract
- Det finns ett växande behov av effektiva metoder för kartering av såväl land- som vattenmiljöer. Sådana behövs för grundläggande naturresursinventeringar, som underlag för bland annat beslut om olika former av skyddade områden samt för hållbar naturresursförvaltning i ett ekosystem- och landskapsperspektiv. Sådana metoder behövs också för uppföljning inom såväl naturresursförvaltning som på en mer strategisk nivå inom miljöövervakningen, för uppföljningen av miljömålen och för internationell rapportering. Två för dessa uppgifter viktiga teknologier som utvecklats starkt på senare tid är flygburen laserskanning och digital fotogrammetri. Med laserskanning kan mark och vegetation avbildas som ett tredimensionellt punktmoln. Det finns även system som med laser avbildar grunda havsbottnar. Syftet med forskningsprogrammet EMMA (Environmental Mapping and Monitoring with Airborne laser and digital images; http://emma.slu.se/) har varit att utveckla metoder för att tillvarata data från i första hand flygburen laserskanning för miljöövervakningens och naturvårdens behov av kartläggning av vegetation såväl på land som på grunda havsbottnar. Tolkning och fotogrammetrisk mätning av flygbilder är välkända tekniker och har därför inte varit en del av forskningen i EMMA. Däremot har användningen av färginformation från digitala flygbilder tillsammans med laserdata undersökts i EMMA-programmets akvatiska del och i den terrestra delen har automatiserad användning av tredimensionella punktmoln som kan erhållas genom matchning av flygbilder undersökts. Sammanfattning av resultat inom programmets akvatiska delar För akvatisk miljö har programmet utvecklat och visat ett antal tillämpningar som direkt kan omsättas i ett operativt sammanhang. Vi har visat att det med laserdata går att kartera ytsubstrat med hög noggrannhet (> 80 %), så att en heltäckande karta genereras som anger täckningen i procent av hårda respektive mjuka substrat ned till laserns djupräckvidd (ca 2–3 gånger siktdjupet). Utifrån dessa data kan metoden användas som stöd för att finna värdefulla marina områden och för uppföljning av marina skyddade områden (t.ex. naturtyperna Rev och Sandbankar enligt Art- och habitatdirektivet). Information om utbredningen av hård- och mjukbottnar är ett grundläggande underlag för att beskriva utbredningen av biotoper enligt det europeiska habitatklassificeringssystemet EUNIS, och HELCOM:s vidareutveckling av detta system för Östersjön (HELCOM Underwater Biotopes/Habitats, HUB). Här har laserdata en viktig funktion att fylla, eftersom detaljerade kartor över ytsubstrat i stort sett saknas för grunda havsområden. Resultaten från EMMA visar att batymetrisk laser kan vara en bra metod att samla in sammanhängande botteninformation som kan gå in som ett underlag i översiktsplanering. Djup- och bottensubstratkartor från lasermätningar är även viktiga underlag för att ta fram kartor över livsmiljöer på havsbottnen med hjälp av rumslig modellering. Heltäckande kartor över livsmiljöer är i sin tur ett viktigt delunderlag som tillsammans med annan information kan skapa underlag i det politiska arbetet som till exempel leder till en kustzonsplan eller en kommunal översiktsplan. Utöver dessa operativa tillämpningar har programmet även tagit fram resultat som ger en grund för fortsatt metodutveckling inom området. Vi har visat att det med laserdata (utöver ytsubstrat och naturtyper) går att kartera högväxt vegetation. En metod som skulle kunna möjliggöra yttäckande övervakning eller detektion av förändringar till en lägre kostnad per ytenhet är användning av satellitbilder, flygbilder eller bilder från mini-UAV (Unmanned Aerial Vehicle) som kombineras med laserdjupdata insamlade vid ett tillfälle. Kombinationen av laser- och bilddata medför att bilddata kan djupkorrigeras och att flygbildernas användbarhet för bottenkartering därmed ökar. Denna flygbildsövervakning skulle kunna genomföras ned till optiska siktdjupet i området. En möjlig datakälla kan vara bilder från Lantmäteriets nationella flygfotografering. Vi har sett att det finns potential att detektera blåstång och smaltång på hårda substrat genom att kombinera data från flygburen laser och flygbilder. Vi bedömer också att det finns stora möjligheter till fortsatt utveckling inom området dels tack vare ny teknik (kameror eller lasersystem med högre spatial och spektral upplösning, t.ex. laser med flera våglängder eller fluorescenskanaler) och dels tack vare nya algoritmer för bearbetning av laser- och bilddata. De akvatiska studierna i EMMA har genomförts i samverkan med ett antal externa projekt (ULTRA, SUPERB och HISPARES). Förutom kunskapsutbyte har det medfört utökade möjligheter att utveckla och testa metoderna i flera geografiska områden och få återkoppling från användare av data. I EMMA har vi arbetat med akvatiska testområden på den svenska ostkusten, från Norra Kvarken till Skåne, men liknande resultat har även uppnåtts på den spanska Atlantkusten och metoderna bör därmed vara lika applicerbara på den svenska västkusten. Vi har generellt uppnått bra resultat i alla områden där vattnet inte varit för grumligt. Dagens operativa lasersystem kräver ett siktdjup på minst 3 m för att kunna ge bra djupdata. Det begränsar teknikens användbarhet i vissa kustnära områden av Bottniska viken, speciellt i områden med stort utflöde av humusrikt älvvatten, och i en del områden med dåligt siktdjup i andra havsområden. Sammanfattning av resultat inom programmets terrestra delar Data från flygburen laserskanning ger information om markens form, samt vegetationens höjd, slutenhet och i viss utsträckning även dess vertikala skiktning och fördelning. Vid tät skanning (mer än 5–10 returer / m2) så framträder även de flesta enskilda trädkronorna, samt många objekt på marken, som liggande trädstammar, större stenar etc. Laserdata kan relativt enkelt bearbetas i dator eftersom det utgörs av diskreta 3D-punkter. Exempelvis kan objekt nära marken bli lättare att tolka visuellt om punkterna som returnerats från krontaket tas bort och de underliggande punkterna ges olika färg beroende på höjd över marken. Relationen mellan laserdata och fältmätta mått på vegetationens egenskaper (t.ex. genomsnittlig trädhöjd eller kronslutenhet) kan dock variera något, beroende på bl.a. sensortyp och inställningar vid skanningen såsom pulsfrekvens, flyghöjd, och årstid. För att automatiskt översätta laserdata till kända storheter så behövs därför en statistisk analys där mått från laserdata kalibreras med hjälp av fältmätta provytor. Vanligen används provytor med ca 10 m radie. De skattade sambanden ellan mått i laserdata (t.ex. höjden över marken för 90 % av alla returer från trädkronorna inom en fältmätt provyta) och fältmätta mått för samma yta (t.ex. trädens medelhöjd) kan sedan användas för att göra rumsligt heltäckande rasterkartor för hela det område som laserskannats under jämförbara förhållanden. Denna teknik har utvecklats inom skogsbruket och kallas då areabaserad skattning. Inom EMMA-programmet har vi visat att den även fungerar väl för fjällbjörkskog, trots att träden där är lägre och mer oregelbundna i sin form och utbredning. Vi har också visat att lantmäteriets förhållandevis glesa skanning med ca 1 retur / m2 ger nästan lika bra areabaserade skattningar av fjällbjörkskog som betydligt tätare skanning från helikopter. Vi har även visat att laserdata från olika registreringstillfällen kan göras jämförbara med en teknik som kallas histogrammatchning, samt att etablering av nya träd i trädgränsen eller på gräsmarker kan upptäckas med laserskanning även på ett tidigt stadium. Sistnämnda försök gjordes dock då träden fortfarande hade löv och det är därför osäkert hur användbara laserdata som registrerats utanför vegetationssäsongen kommer att vara för att upptäcka små lövträd. En del lasersystem kan spara laserljusets hela returnerade vågform. Om vågformsdatat analyseras istället för de diskreta punkter som systemet genererar från vågformen, så kan ytterligare information erhållas från lasermätningarna. Denna möjlighet är särskilt intressant då syftet är att analysera trädskiktets vertikala struktur. Bearbetningar av vågformsdata är dock mycket mer komplicerade och stöds sällan av färdiga programvaror för analys av laserdata. Dagens lasersystem stödjer sällan användning av spektral information. Det är endast ett våglängdsband som används för avståndsmätningen, och skalningen för det mått på den returnerade pulsens styrka som registreras (kallat intensitet) kan ibland ändras beroende på hur ljusa objekt sensorn ser. För att skilja olika vegetationstyper åt (t.ex. lövskog kontra barrskog) utöver vad som kan åstadkommas genom analys av deras 3D-former, så behövs spektrala data från någon annan källa. Laserdata och satellitbilder från t.ex. SPOT- eller Landsat-satelliterna är två olika datakällor som kompletterar varandra på ett utmärkt sätt. För vegetationskartering med den klassindelning som använts för skogsmarken enligt Lantmäteriets databas GSD-Marktäcke förbättras den totala klassningsnoggrannheten med ca 10 procentenheter när satellitbilderna kompletteras med laserdata. För vegetationsklassning på kalfjället så är det främst områden med något högre vegetation, såsom videbuskar, som klassas bättre då laserdata används. Då det gäller klassning av fjällvegetation så har det också visat sig att bearbetningar av data från en markmodell kan förbättra vegetationsklassningar från satellitdata väsentligt. Den nationella laserskanning som Lantmäteriet nu genomför är än så l
|
|
| 9. |
- Höglander, Helena, et al.
(författare)
-
Pelagial biologi - växtplankton
- 2012
-
Ingår i: Havet. - Stockholm : Naturvårdsverket. - 9789187025129 - 9789198064612 ; , s. 48-49
-
Bokkapitel (övrigt vetenskapligt/konstnärligt)
|
|
| 10. |
- Holmborn, Towe, 1979-, et al.
(författare)
-
Biochemical proxies for growth and metabolism in Acartia bifilosa (Copepoda, Calanoida)
- 2009
-
Ingår i: Limnology and Oceanography. - Waco : American society of limnology and oceanography. - 1541-5856. ; 7:11, s. 785-794
-
Tidskriftsartikel (övrigt vetenskapligt/konstnärligt)abstract
- Biochemical proxies are becoming increasingly common for growth assessment in zooplankton. Their suitability is often unknown, however, and proper calibration is lacking. We investigated correlations between physiological variables (ingestion, egg production, and respiration rates) and biochemical indices related to protein synthesis (RNA content, RNA: DNA ratio, RNA: protein ratio, and protein specific aminoacyl-tRNA synthetases [spAARS] activity) in copepods Acartia bifilosa exposed to different algal concentrations (0-1200 mu g C L-1). All variables assayed increased with increasing food concentration either linearly (spAARS) or nonlinearly (all other variables). Egg production and ingestion rates were significantly and positively correlated with RNA content and RNA: protein ratio, whereas correlations with spAARS and RNA: DNA ratio were weaker or nonsignificant. However, when RNA: DNA ratio and spAARS activity were used as predictors of ingestion, together they had higher explanatory value than did either variable separately. As there were substantial differences in saturating food concentrations among the assayed variables, applicability of biomarkers as proxies of physiological rates will be more reliable if restricted to the nonsaturated phase of the functional response of either variable, unless both variables saturate simultaneously. These findings contribute to methodology of zooplankton growth assessment and to our understanding of biochemical processes underlying growth and metabolism in copepods.
|
|
