Uurimisteemad üliõpilastele

TARTU ÜLIKOOLI ÖKOFÜSIOLOOGIA JA RAKENDUSÖKOLOOGIA TÖÖRÜHMA BAKALAUREUSE- JA MAGISTRITÖÖ UURIMISTEEMAD

Oma teadustöös analüüsime taimede (eeskätt metsapuude) reaktsioone väliskeskkonna tingimustele erinevatel bioloogilise organiseerituse (organi, organismi ja ökosüsteemi) tasemetel. Selgitame, kuidas taimed kohanevad kliima- ja keskkonnatingimustega ning kuidas on füsioloogilised muutused seotud muutustega kasvus ja ressursijaotuses.

Allpool toodud juhendajate teemavalik ei ole lõplik ja kui teil on soovi teha uurimustööd mingil muul ökofüsioloogiaga seotud teemal, siis võtke julgesti ühendust mõne meie juhendajaga.

BAKALAUREUSETÖÖ TEEMAD 2024/2025: 

* Akvaporiinide roll taimede veevahetuses (juhendaja Eele Õunapuu-Pikas eele.ounapuu-pikas@ut.ee)

Töö on referatiivne ja annab teaduskirjanduse põhjal ülevaate üldiselt taimede veevahetusest ja spetsiifilisemalt integraalsete membraanivalkude akvaporiinide ehk veekanalite rollist taime veevahetuse regulatsioonis.

* Keskkonnategurite ja kliimamuutuste mõju linnapuude ökofüsioloogiale (juhendaja Priit Kupper priit.kupper@ut.ee)

Töö on referatiivne ja annab ülevaate linna kui kasvukeskkonna mõjust puude füsioloogilisele talitlusele.

* Kuumalaine mõju puude lehestiku temperatuuri kujunemisele linna keskkonnas (juhendaja Priit Kupper priit.kupper@ut.ee)

Töö sisaldab nii referatiivset kui eksperimentaalset osa. Eksperimentaalse töö käigus mõõdetakse puude lehetemperatuuri kujunemist Tartu linnas.

* Mulla- ja õhuniiskuse muutuste mõju hariliku kuuse võrsete veepotentsiaalile (juhendajad Eele Õunapuu-Pikas eele.ounapuu-pikas@ut.ee ja Arne Sellin arne.sellin@ut.ee)

Veepotentsiaal on mingis keskkonnas, organismis, organis või koes oleva vee potentsiaalne energia (vabaenergia) puhta veega võrrelduna. Veepotentsiaal on erinevate keskkondade veestaatuse universaalseks mõõduks, näidates kui hõlpsasti see liigub, difundeerub, aurustub jne., kui hästi on vesi taimedele kättesaadav ja milline on taimekudede veega varustatus. Lehe/võrse veepotentsiaal sõltub eelkõige vee kättesaadavusest (mulla veesisaldus) ja vee aurumise kiirusest lehest (õhu niiskusesisaldus). Lisaks sõltuvad veekaod ka õhulõhede omadustest, mille määravad keskkonnatingimused lehtede kasvu ajal. Bakalaureusetöö eesmärgiks on kirjeldada kuuse võrsete veepotentsiaali sesoonset ja ööpäevast dünaamikat FAHMi eksperimendi erinevates töötlustes.

* Puudevaheline konkurents hariliku kuuse puht- ja segapuistutes (juhendaja Arvo Tullus arvo.tullus@ut.ee)

Kuusikuid on traditsiooniliselt rajatud ja majandatud puhtpuistutena. Teadaolevalt on aga sobivate kaasliikidega segapuistud produktiivsemad ning häiringutele vastupidavamad kui puhtpuistud. Segametsa efekt avaldub osaliselt väiksema liigisisese konkurentsi tõttu, võrreldes puhtpuistutega. Bakalaureusetöö eesmärgiks on anda viimase aja teaduskirjandusele tuginev ülevaade puudevahelise konkurentsi rollist segametsa efekti avaldumises ning on võimalik läbi viia iseseisev uurimus erinevates tingimustes kasvavates hariliku kuuse puht- ja segapuistutes.

* Õhu- ja mullaniiskuse muutuste mõju hariliku kuuse okaste ja võrsete morfoloogiale (juhendaja Arne Sellin arne.sellin@ut.ee)

Okaspuude lehed näivad välisel vaatlusel jäigad ja väheplastilised võrreldes lehtpuudega. Tegelikult on kuuseokkad morfoloogiliselt üsna plastilised, kuid seda eelkõige valguse kättesaadavuse suhtes. Kuidas on lugu õhu- ja mullaniiskuse muutustega, mis tulenevad regionaalsetest kliimatrendidest? Töö eesmärgiks on uurida kuuse lehtede ja võrsete morfoloogilisi reaktsioone nende keskkonnafaktorite muutustele FAHMi katsealal ning mõju puude talitlusele. Tulemused aitavad selgitada harilik kuuse kohanemisvõimet muutuvate kliimatingimusele.

* Suurendatud õhu- ja mullaniiskuse mõju hariliku kuuse maapealse biomassi produktsioonile ja allokatsioonile (juhendaja Katrin Rosenvald katrin.rosenvald@ut.ee)

Globaalne soojenemine toob kaasa suurema sademete hulga ja õhuniiskuse Põhja-Euroopa hemiboreaalsetes metsades. Töö eesmärk on teada saada niiskema kliima mõju kuuse biomassi produktsioonile ja jaotumisele okastesse, okstesse ja tüvesse. Mõõtmised viiakse läbi FAHM katseala noortes kuusikutes.

* Kase ja kuuse maapealse biomassi produktsioon ning jaotus puhtpuistus ja segametsas (juhendaja Katrin Rosenvald katrin.rosenvald@ut.ee)

Segametsades on ökoloogilised niššid paremini ära kasutatud ning seetõttu võiks ka puistu produktsioon suurem olla. Seega eeldatavalt suudavad segametsad akumuleerida ja säilitada rohkem süsinikku kui monokultuursed puistud. Bakalaureusetöö eesmärgiks on võrrelda varjutaluva kuuse ja valgusnõudliku kase biomassi produktsiooni ja jaotust lehtede, okste ja tüve vahel puhtpuistus ja segametsas. Mudelpuude biomassi mõõtmine viiakse läbi FAHM katseala noortes puistutes.

* Okaspuude kaitsevõime ning selle sõltuvus keskkonnateguritest ja kliimamuutustest (juhendaja Priit Kupper priit.kupper@ut.ee)

Okaspuude kaitsevõime biootilistele teguritele (putukad, patogeensed seened) sõltub suurel määral keskkonnatingimustest (kiirgus, temperatuur, veedefitsiit). Referatiivse bakalaureusetöö eesmärk on anda ülevaade kuidas okaspuude kaitsevõime erinevad tahud (sekundaarsete metaboliitide süntees, vaiguvool ja vaigu koostis) on mõjutatud keskkonnateguritest ja prognoositavatest kliimamuutustest.

* Juuretunnuste kohalikud ja üleilmsed mustrid ning nende seos toitumisstrateegiatega (juhendajad Ivika Ostonen-Märtin ivika.ostonen@ut.ee ja Krista Lõhmus krista.lohmus@ut.ee).

Taimede juurtoitumist kirjeldatakse enamasti juureparameetrite muutuste kaudu, sest otseselt on juurte vee- ja mineraaltoitainete omastamist väga raske mõõta. Tänaseks on loodud mitmeid globaalseid andmebaase, kuhu on kogutud juureparameetrite mõõtmisi kogu maailmast. Töö sisuks on juuretunnuste kohalike ja globaalsete mustrite analüüs (töö andmebaasidega), ning nende seostamine juurte mineraaltoitumisstrateegiatega.

* Põhikoe roll ja osatähtsus puittaimede varres (juhendaja Arne Sellin arne.sellin@ut.ee)

Põhikude e. parenhüüm võib taimevarres täita erinevaid ülesandeid – varuainete ja vee säilitamine, ainete radiaalsuunaline transport, ksüleemi-floeemi kommunikatsioon jm. Põhikoe osatähtsus muude kudede hulgas sõltub eelkõige puidu liigispetsiifilisest ehitusest, kuid seda mõjutavad ka erinevad keskkonnafaktorid. Bakalaureusetöö peaks kirjanduse põhjal andma ülevaate põhikoe rollist puittaimede varres ja faktoritest, mis põhikoe osatähtsust mõjutavad. Teema on edasiarendatav magistritööks, mis analüüsib suurenenud õhuniiskuse mõju põhikoe ehitusele ja osatähtsusele puude tüvedes.

* Keskkonnaga manipuleerimise (CO₂, õhuniiskus, temperatuur) välieksperimentide tehnilised lahendused (juhendaja Arne Sellin arne.sellin@ut.ee)

Referatiivne töö peab andma ülevaate erinevatest tehnoloogilistest lahendustest, mida kasutatakse keskkonnaga manipuleerimise välieksperimentides kliimamuutuste mõjude uurimiseks ning nende eksperimentide eesmärkidest. Töös käsitletakse õhu CO₂ ja niiskuse sisalduse ning mulla ja õhu temperatuuri manipulatsioone erinevates taimekooslustes, s.h. FACE, FAHM, Flakaliden, CzechGlobe, VULCAN jt. eksperimendid. Teema on sobilik ka keskkonnatehnoloogia eriala üliõpilastele.

* Keskkonna veestaatuse mõju hariliku kuuse õhulõhede tihedusele ja mõõtmetele (juhendaja Arne Sellin arne.sellin@ut.ee)

Taimede õhulõhede ehitus ja tihedus sõltuvad mitmetest keskkonnafaktoritest, mille hulgas üks olulisemaid on vee kättesaadavus. Lehtpuude, eriti kiirekasvuliste liikide lehed on morfoloogiliselt enamasti plastilisemad ja reageerivad keskkonna muutustele tundlikumalt kui okaspuude lehed. Bakalaureusetöö eesmärgiks on välja selgitada suureneva õhu- ning mullaniiskuse mõju kuuse õhulõhede tihedusele ja mõõtmetele ning lehe eripinnale (SLA) FAHMi eksperimendi raames. Töö tulemused heidavad valgust regionaalsetest kliimamuutustest johtuvatele võimalikele trendidele okaspuude lehtede morfoloogias. Bakalaureusetööd on võimalik teostada ka referatiivsena, laiendades kaasatud puuliikide ringi.

* Lehtede veeomastamise võime erinevates keskkonnatingimustes kasvanud puudel (juhendaja Arne Sellin arne.sellin@ut.ee)

Üldiselt omastavad taimed vett juurte kaudu mullast, kuid viimasel ajal on näidatud, et osades ökosüsteemides (kõrbed, poolkõrbed, pilvemetsad) saadakse märkimisväärne osa vajaminevast veest ka lehtede kaudu vihma- või kasteveest. Oleks põnev teada saada, kas ja kuivõrd selline fenomen ka erinevate parasvöötme liikide puhul esineb. Lisaks saaks uurida, missugused keskkonnafaktorid seda omakorda mõjutavad. Bakalaureusetööd on võimalik teha nii referatiivse kui ka eksperimentaalsena.

MAGISTRITÖÖ TEEMAD 2024/2025: 

* Akvaporiinide roll arukase lehe veevahetuse aklimatiseerumises suurenenud õhu- ja mullaniiskusele   (juhendaja Eele Õunapuu-Pikas eele.ounapuu-pikas@ut.ee)

Kliimaprognooside kohaselt suureneb põhjapoolsetel kõrgematel laiuskraadidel sademete hulk ning sagedus, mis viib õhu- ja mullaniiskuse suurenemisele. Samas prognoositakse ka ekstreemsete ilmastikunähtuste sagenemist, nagu pikemad põuad ja kuumemad kuumalained. Niiskemas keskkonnas arenemine ja kasvamine omab olulist mõju taimede veehavetuse regulatsioonile. Magistritöö eesmärgiks on välja selgitada akvaporiinide ehk veekanali valkude roll arukase veehahetuse regulatsioonis ja kohanemises suurenenud õhu- ja mullaniiskusele.

* Lehtede vanuse ja langemisega seotud muutused heitlehiste puuliikide vee- ja gaasivahetuses (juhendaja Priit Kupper priit.kupper@ut.ee)

Kliima soojenemine võib parasvöötme puuliikidel viia sügisese kasvuperioodi ja lehtede eluea pikenemisele. Millised on aga muutused lehtede õhulõhede ööpäevases regulatsioonis, fotosünteesis, hingamises ja gaaside (näiteks metaani) emissioonis enne lehtede sügisest langemist – on ebaselge. Magistritöö raames analüüsitakse lehtede vananemisel ja nende eluea muutumisel toimuvaid (eeldatavalt liigispetsiifilisi) muutusi gaasivahetuses ja hinnatakse kuidas võiksid need mõjutada lehe toitainete (nt. lämmastik) tagasihaaret e retranslokatsiooni tüvesse. Vee ja gaasivahetuse mõõtmine toimub lõigatud võrsetel Järvseljal paiknevas TÜ ökofüsioloogia laboris, kasutades selleks portatiivseid gaasianalüsaatoreid. Klorofülli ja lämmastiku sisaldust hinnatakse optilisel meetodil kasutades SPAD-meetrit. Mõõtmised viiakse läbi erinevatel lehtpuuliikidel (arukask, harilik haab jt.) FAHM katsealalt ja selle lähiümbrusest.

* Mulla- ja õhuniiskuse muutuste mõju hariliku kuuse võrsete veekaole ja õhulõhede reaktsiooni kiirusele (juhendajad Eele Õunapuu-Pikas eele.ounapuu-pikas@ut.ee ja Arne Sellin arne.sellin@ut.ee)

Keskkonnafaktorid kujundavad taimelehe ehituslikud ja funktsionaalsed omadused lehestiku arengu käigus. Taimed kaotavad lehtedest vett nii läbi õhulõhede (stomataarne transpiratsioon) kui ka kutiikula (kutikulaarne transpiratsioon). Kliimatrendid näitavad sademete hulga ja sellega kaasneva õhuniiskuse suurenemist suurtel laiuskraadide, s.h. ka siin Põhja-Euroopas. FAHMi eksperiment võimaldab suurendada nii mulla kui õhu niiskusesisaldust välitingimustes eksperimentaalses puistus. Magistritöö ülesandeks on välja selgitada, kas suurenevad mulla ja õhu niiskusesisaldused mõjutavad ka h. kuuse veekadusid õhulõhede morfoloogia ja talitluse muutuste läbi.

* Sademete ja õhuniiskuse suurenemise mõju puude biomassi jaotusele (juhendajad: Katrin Rosenvald katrin.rosenvald@ut.ee ja Arvo Tullus arvo.tullus@ut.ee)

Nii Eestile kui meist põhjapoole jäävatele aladele ennustavad kliimamudelid globaalse soojenemise tulemusel sademete hulga suurenemist järgmise saja aasta jooksul 5-30% võrra. Taolise muutuse mõjud maismaaökosüsteemidele on seniste teadmiste põhjal veel üsna ebaselged. Magistri- või bakalaureusetöö raames analüüsitakse õhu- ja mullaniiskuse suurendamise mõju arukase ja hariliku kuuse biomassi maapealsele ja maa-alusele jaotusele FAHM katseandmete põhjal.

* Sademete ja õhuniiskuse suurenemise mõju arukase ja hariliku kuuse kasvule puht- ja segapuistus (juhendaja Arvo Tullus arvo.tullus@ut.ee)

Analüüsitakse Metsaökosüsteemi Õhuniiskusega Manipuleerimise Eksperimendi (FAHM) katsepuude arukaskede ja harilike kuuskede tüve kõrgus- ja jämeduskasvu reaktsiooni õhu- ja mullaniiskuse suurendamisele. Võrreldakse puude reaktsiooni muudetud niiskustingimustele puht- ja segapuistu töötlustes.

* Imijuurte vitaalsuse muutumine mullasoojendusgradiendil (juhendajad Ivika Ostonen-Märtin ivika.ostonen@ut.ee ja Krista Lõhmus krista.lohmus@ut.ee)

Infrapunaspektroskoopia metoodikal analüüsitakse Sitka kuuse ja sookase imijuurte vitaalsuse muutumist geotermaalsel mullasoojendusgradiendil. Proovid on kogutud Islandilt ja valmis analüüsimiseks.

* Kuidas mõjutavad suurenevad sademed ja õhuniiskus puulehtede optilisi omadusi? (juhendaja Arne Sellin arne.sellin@ut.ee)

FAHMi eksperimendi senised tulemused kinnitavad, et suurenenud suhteline õhuniiskus mõjutab oluliselt lehtede arengut, s.h. lehelabade suurust, paksust ja anatoomilist ehitust. Lehtede paksuse, pigmentide sisalduse jm. muutused mõjutavad omakorda lehtede optilisi omadusi. Magistritöö eesmärgiks on uurida FAHMi eksperimendi raames lehe optiliste näitajate (valguse neelduvus, läbilaskvus, peegelduvus) seost klorofüllisisaldusega ning nende võimalikke muutusi niiskemas keskkonnas kasvanud puudel ning nende muutuste järelmeid valguskiirguse sidumisele lehestikus ning fotosünteesi parameetritele. Saadavad tulemused aitavad avada mehhanisme, mille tõttu puude kasv niiskes õhus aeglustub.

* Suurenenud õhuniiskuse mõju põhikoe ehitusele ja osatähtsusele puude tüvedes (juhendaja Arne Sellin arne.sellin@ut.ee)

Magistritöö eesmärgiks on uurida FAHMi eksperimendi raames puude tüvepuidu võimalikke anatoomilisi muutusi suurenenud õhuniiskuse tingimustes kasvanud puudel. Teema on fokusseeritud põhikoe ehitusele – milline on säsikiirte rakkude arv, suurus ja paiknemine ning selle osatähtsus kogu puidu ruumalast. Kui õhuniiskusega manipuleerimise tagajärjel kasvab parenhüümi (koosneb elusatest rakkudest) osatähtsus, tähendab see kulutuste suurenemist säilitushingamisele ja see annaks täiendava mehhanismi puude kasvu aeglustumise seletamiseks suureneva õhuniiskuse tingimustes.

* Kas õhuniiskuse manipulatsioon mõjutab nitraatiooni sisaldust ksüleemimahlas? (juhendaja Arne Sellin arne.sellin@ut.ee)

Senised uurimistulemused FAHMi katselalal on näidanud, et niiskel või keskmisel aastal väheneb suurenenud õhuniiskuse tingumustes kasvanud puudel oluliselt lehtede lämmastikusisaldus. Kuna nitraadi omastamine ja transport mullas juurestikuni toetub suurel määral massivoolule, siis on põhjust arvata, et vähenenud N omastamise üheks võimalikuks põhjuseks on aeglustunud veevoog läbi puude. Magistritöö eesmärgiks on mõõta nitraatiooni sisaldust ksüleemimahlas sõltuvalt ksüleemivoo intensiisvsusest ja hinnata selle mõju lehe toitainetega varustamisele.

* Kuidas mõjutab sademete sagedus suhtelist õhuniiskust (analüüs FAHMi eksperimendile tuginedes)? (juhendaja Arne Sellin arne.sellin@ut.ee)

Kliimamuutuste stsenaariumidele tuginedes on tulevikus Põhja-Euroopas kõrgetel laiuskraadidel oodata suuremat kasvu sademete sageduses kui hulgas. Sagenevad vihmahood põhjustavad paratamatult keskmise suhtelise õhuniiskuse suurenemist. Magistritöö eesmärgiks on analüüsida Metsaökosüsteemi Õhuniiskusega Manipuleerimise (FAHM) katseala andmetele toetudes, kuidas suviste sademete sagedus mõjutab õhu suhtelist niiskusesisaldust ja millised on selle võimalikud mõjud puude juurdekasvule.

* Talvised veekaod ja hüdraulilise juhtivuse muutused hariliku kuuse võrsetes (juhendaja Arne Sellin arne.sellin@ut.ee)

H. kuusk kuulub igihaljaste puuliikide hulka, millel püsivad rohelised lehed aastaringselt. Talvel, kui maapind ja tüvi on külmunud, ei saa taim mullast vett juurde, küll aga kaotab päikesepaistelistel talvepäevadel jätkuvalt vett lehtedest, eriti kargel kevadtalvisel perioodil. Okaspuude lehestiku talvekahjustused on suurel määral seotud just kevadtalviste veekadudega. Kui kliima muutub suurtel laiuskraadidel senisest niiskemaks, siis võib see kaasa tuua epikutikulaarsete vahade hulga vähenemist lehe pinnal ja seeläbi soodustada talviseid veekadusid. Magistritöö ülesandeks on mõõta kuusevõrsete veesisalduse ja hüdraulilise juhtivuse muutusi läbi talvekuude FAHMi eksperimendi raames.

* Keskkonna veestaatuse mõju hariliku kuuse okaste epikutikulaarsete vahade seisundile ja okaste märgumisele (juhendaja Arne Sellin arne.sellin@ut.ee)

Niiskes keskkonnas kasvavatel õistaimedel väheneb epikutikulaarsete vahade produktsioon ja muutub vahade keemiline koostis, mis vähendab taimelehtede hüdrofoobsust. Kuna kliimamudelid ennustavad suurtele laiuskraadidele sademete hulga ja õhuniiskuse suurenemist, siis FAHMi eksperimendi raames kavatseme kontrollida, kas keskkonna veestaatus mõjutab vahade seisundit ja hulka ka h. kuuse okastel. Magistritöö eesmärgiks on skänneeriva elektronmikroskoopia ja kontaktnurga meetodeid kasutades hinnata kuuse epikutikulaarsete vahade seisundit ning otsida võimalusi vahade hulga kvantitatiivseks määramiseks okaste pinnal.