Mikrotomografia puun rakenteen ja fysiologian tutkimusmenetelmänä

Jussi-Petteri Suuronen

Tutkimustuotos: OpinnäytePro graduOpinnäytteet

Abstrakti

Röntgenmikrotomografia on nopeasti suosiotaan kasvattanut menetelmä mikrometrien kokoluokkaa olevien rakenteiden tutkimukseen. Puu ja siihen perustuvat materiaalit puolestaan ovat oivallinen sovelluskohde: puusolut ja niiden seinät ovat muutamien mikrometrien kokoluokkaa, ja solukon rakenne vaikuttaa suoraan puumateriaalien käyttöominaisuuksiin. Mikrotomografiarekonstruktio tarjoaa aidosti kolmiulotteista informaatiota, joten rakenteen hahmottaminen on helppoa, eikä analyysissa tarvitse tukeutua yksittäisiin poikkileikkauksiin. Koska menetelmä on näytettä tuhoamaton, voidaan sen avulla myös seurata näytteessä ajan myötä tapahtuvia muutoksia.

Itse menetelmän esittelyn lisäksi tässä työssä kartoitettiin Helsingin yliopiston laitteiston mahdollisuuksia puun solurakenteen ja fysiologian tutkimuksessa. Rakennetutkimusta koskevassa osiossa esitetään datankäsittelymenetelmä, jolla puunäytteestä voidaan rutiininomaisesti analysoida yksittäisten solujen koko, poikkipinta-ala ja orientaatio. Esimerkkinä käytetystä rauduskoivunäytteestä saadut tulokset vastaavat hyvin kirjallisuudessa aiemmin esitettyjä tuloksia.

Työssä tutkittiin myös veden kulkeutumista puussa koivun taimista ja kärkinäytteistä erilaisissa valaistus- ja kosteusolosuhteissa tehtyjen mikrotomografiakuvausten avulla. Yleisesti hyväksytyn koheesio-tensioteorian mukaan tärkein vettä puun rungossa ylöspäin nostava voima on lehdissä veden haihtuessa syntyvä haihdutusimu, joka puuaineksen solujen muodostamissa yhtenäisissä, kapeissa kanavissa välittyy puun juuriin asti. Jännityksessä oleva vesipatsas on kuitenkin metastabiilissa tilassa, mikä altistaa sen embolismien, eli koko solun täyttävien, haihdutusimun välittymisen estävien kaasukuplien muodostumiselle. Erityisesti embolisaatio rajoittaa puuaineksen hydraulista johtavuutta pitkään jatkuneen kuivuuden tai talvella tapahtuneen jäätymisen seurauksena. Menetetyn hydraulisen johtavuuden korvaamiseksi puut joko kasvattavat uutta johtosolukkoa tai täyttävät embolisoituneet solut uudelleen vedellä. Aktiivisen tutkimuksen kohteena ovat etenkin ne mekanismit, joilla embolismit korjautuvat päiväsaikaan, kun vesipatsaan jännitys on suurimmillaan. Mikrotomografia tarjoaa embolismien tutkimukseen käyttökelpoisen lisätyökalun, sillä se on selvästi tarkin menetelmä, jolla jopa yksittäisten solujen vesitilanne kyetään kartoittamaan solukon rakennetta rikkomatta.

Nämä kuvaukset ovat kirjoittajan tietojen mukaan ensimmäiset röntgenputkella tehdyt mikrotomografiakuvaukset elävistä puista. Puuaineksen putkilosolujen havaittiin embolisoituvan merkittävässä määrin vasta useita päiviä kestäneen kuivuuden seurauksena, ja tulokset antavatkin viitteitä siitä, että pintapuun puukuiduilla on merkittävä rooli lehtien vedensaannin kannalta. Embolismien korjautumista kuitenkin havaittiin ainoastaan pimeässä tai jäätymistä seuranneen lämpötilan nousun seurauksena. Mahdollisia syitä tähän ovat Suomen oloissa poikkeuksellisen lämmin sää ja mikrotomografialaitteen aiheuttama korkea säteilyannos. Säteilyannoksen pienentäminen onkin yksi suunta, johon menetelmää voidaan tulevaisuudessa kehittää. Myös elävistä puista saatujen tulosten yhdistäminen samoista näytteistä tehtyyn rakenteelliseen analyysiin saattaa tuoda lisävalaistusta embolismien muodostumiselle altistaviin tekijöihin.
Alkuperäiskielisuomi
TilaJulkaistu - helmikuuta 2011
OKM-julkaisutyyppiG2 Pro gradu, diplomityö, ylempi amk-opinnäytetyö

Tieteenalat

  • 114 Fysiikka
  • röntgenmikrotomografia
  • puumateriaalit
  • kasvifysiologia

Siteeraa tätä