During the development and lifecycle of multicellular organisms, cells have to die, and this occurs by a process called programmed cell death or PCD, which can be separated from necrosis or accidental cell death (Pennell and Lamb, 1997). Senescence is the terminal phase in the development of an organism, organ, tissue or cell, where nutrients are remobilized from the senescing parts of the plant into other parts, and the cells of the senescing organ or tissue undergo PCD if the process is not reversed in time. Leaf senescence involves cessation of photosynthesis, loss of pigments and proteins, nutrient remobilization, and degradation of the plant cells (Smart, 1994). Initiation of leaf senescence is triggered by a wide range of endogenous and environmental factors, that through unknown pathways controls the process, and regulates the expression of senescence-associated genes (SAGs) (Buchanan-Wollaston, 1997). Autumn leaf senescence in deciduous trees is regulated by photoperiod and temperature, and is an attractive experimental system for studies on senescence in perennial plants. We have studied the process of autumn senescence in a free-growing aspen (Populus tremula) by following changes in pigment, metabolite and nutrient content, photosynthesis, and cell and organelle integrity. All data were combined in a cellular timetable of autumn senescence in aspen. The senescence process started on September 11 with degradation of pigments and other leaf constituents, and once initiated, progressed steadily without being affected by the environment. Chloroplasts were rapidly degraded, and mitochondria took over energy production after chlorophyll levels had dropped by 50%. At the end of remobilization, around 29th of September, some cells were still metabolically active and had chlorophyll-containing plastids. Over 80% of nitrogen and phosphorus was remobilized, and a sudden change in the 15N of the cellular content on September 29, indicated that volatile compounds may have been released. We have also studied gene expression in autumn leaves by analysing EST sequences from two different cDNA libraries, one from autumn leaves of a field-grown aspen and the other from young, but fully expanded leaves of a green-house grown aspen. In the autumn leaf library, ESTs encoding metallothioneins, proteases, stress-related proteins and proteins involved in respiration and breakdown of macromolecules were abundant, while genes coding for photosynthetic proteins were massively downregulated. We have also identified homologues to many known senescence-associated genes in annual plants. By using Populus cDNA microarrays, we could follow changes in gene expression during the autumn over four years in the same free-growing aspen tree. We also followed changes in chlorophyll content to monitor the progression of leaf senescence. We observed a major shift in gene expression, occuring at different times the four years, that reflected a metabolic shift from photosynthetic competence to energy generation by mitochondrial respiration. Even though autumn senescence was initiated almost at the same date each year, the transcriptional timetables were different from year to year, especially for 2004, which indicates that there is no strict correlation between the transcriptional and the cellular timetables of leaf senescence.

Concentrations of various metals are elevated above background levels in several intertidal areas along the Tanzanian coasts. However, there is little available information concerning the toxicity of these metals and how the uptake of these metals by bioindicators are influenced by external factors, such as heavy rains and increased coastal eutrophication, which tend to fluctuate. The present study focused on the uptake and toxicity of Cu and Zn in two common macroalgal species, Padina gymnospora (Phaeophyta) and Ulva reticulata (Chlorophyta). Laboratory studies were performed where metal content, growth (DGR), maximal quantum yields (Fv/Fm) and protein expression patterns (in Ulva) were measured as a response to exposure to Cu and Zn. The levels of metals accumulated in algal tissues correlated well to exposure concentrations and the longer the exposure time, the greater the uptake. However, an increased nutrient load (tested on Padina) or dilution of the seawater (tested on Ulva) affected both uptake of metals and their toxic effects. Here, DGR was more affected than Fv/Fm, suggesting DGR to be the more sensitive indicator of Cu and Zn toxicity. As shown by 2-D gel electrophoresis, more than ten proteins were up-regulated in U. reticulata after being exposed to Cu (1μg/L), while at higher concentrations (10 and 100 μg/L) of Cu numerous proteins were down-regulated. P. gymnospora was also used as a bioindicator to monitor long-term (1994–2005) and seasonal in-year variations in heavy metal concentrations in the Zanzibar Channel. No clear overall trends were revealed, but analysis of the combined dataset clearly pinpointed the most contaminated sites. It was concluded that seasonal and long-term variations, as well as environmental conditions need to be taken into consideration when using macroalgae as bioindicators.

The aquatic plant Ipomoea aquatica is a popular vegetable in Southeast Asia, often cultivated in nutrient rich and polluted waters. The overall aim of this thesis was to estimate potential risks for human health and reduced plant growth due to accumulation and toxicity of total-Hg, methyl-Hg, Cd and Pb. In plants from cultivations in Thailand, the concentrations of Cd and Pb in the shoots were well beneath recommended maximum values for human consumption, but at some sites the Hg concentrations were high. It was demonstrated that I. aquatica has the capacity to accumulate much higher Cd and Pb concentrations in the shoots than found in field-cultivations, before exhibiting toxic symptoms. The Hg concentrations, however, occasionally reached levels that are toxic for the plant. Up to11% of total-Hg was methyl-Hg, the most toxic Hg species, though at one site it was 50-100%. To study if methyl-Hg is formed in I. aquatica, plants were exposed to inorganic Hg through the roots. Of the Hg that reached the young, metabolically active parts of the shoots, a part was transformed to methyl-Hg. A major proportion of absorbed metals was retained in the roots, which had a high tolerance for high internal metal concentrations. The nutrient level did influence accumulation and effects of Hg, Cd and Pb in I. aquatica. Low external nutrient levels resulted in increased metal accumulation in the shoots and in metal-induced toxic effects in the plant at low external metal levels. A generous supply of sulphur or nitrogen induced formation of thiol-rich peptides in I. aquatica, compounds that have a metal detoxifying effect in plants. To conclude, the levels of Cd and Pb in field cultivated I. aquatica do not pose any apparent threat to human health or risk for reduced plant growth. The levels of Hg however, were high at some sites and could be a health threat, for children and foetuses in particular, and especially considering the presence of methyl-Hg. The use of fertilizers is favourable as it reduces the risk for increased metal concentrations in I. aquatica and for reduced crop yields.

UDP-glucose pyrophosphorylase (UGPase) is an important enzyme of carbohydrate metabolism in all living organisms. The main aim of this thesis was to investigate the function and regulation of plant UGP genes as well as the UGPase proteins. Both in vivo and in vitro approaches were used, including the use of transgenic plants deficient in UGPase activity, and using purified proteins and their mutants to elucidate the structure/ function properties of UGPase. In both Arabidopsis and aspen, there are two highly similar UGP genes being actively transcribed, but not to the same extent. For both species, the UGP genes could be classified into two categories: a “house-keeping” gene and a subsidiary gene, with the former functioning universally in all the tissues to support the normal growth, whereas the latter usually expressed at a lower level in most of the organs/tissues tested. Besides, the two UGP genes were also found being differentially regulated under abiotic stress conditions, e.g. low temperature. By investigating the Arabidopsis T-DNA insertion mutants, which respectively have one or both of the UGP genes knocked out, we noticed that as little as 10% of the remaining UGPase activity could still support normal growth and development under controlled conditions, with little or no changes in carbohydrate contents, including soluble sugars (e.g. sucrose), starch and cell wall polysaccharides. Those plants, however, had a significantly decreased fitness under field conditions, i.e. the plants most deficient in UGPase activity produced up to 50% less seeds than in wt. Therefore, we concluded that UGPase is not a rate-limiting enzyme in carbohydrate synthesis pathways, but still is essential in viability of Arabidopsis plants. In order to characterize two Arabidopsis UGPase isozymes, both proteins were heterologously overexpressed in prokaryotic cells and purified by affinity chromatography. The two isozymes showed little differences in physical and biochemical properties, including substrate specificity, Km values with substrates in both directions of the reaction, molecular masses, isoelectric point (pI), and equilibrium constant. On the other hand, possibilities of distinct post-translational regulatory mechanisms were indicated, based on amino acid (aa) motif analyses, and on 3D analyses of derived crystal structures of the two proteins. We used the heterologous bacterial system also to overexpress barley UGPase and several of its mutants, both single mutants and those with whole domains/ exons deleted. As a result, we have identified several aa residues/ protein domains that may be essential for structural integrity and catalytic/ substrate-binding properties of the protein. For instance, we found that the last exon of UGPase (8 aa at the end of C-terminus) was important for the protein ability to oligomerize and that Lys-260 and the second-to-last exon were essential for pyrophosphate (but not UDP-glucose) binding. The data emphasized the critical role of central part of the active site (so called NB-loop) in catalysis, but also pointed out to the role of N-terminus in catalysis and oligomerization, but not substrate binding, and that of C-terminus in both catalysis/substrate binding and oligomerization.

The Small Cab-like Proteins (SCPs) in the cyanobacterium Synechocystis sp. PCC 6803 accumulate in cells grown under different stress conditions. Genes coding for SCPs have been found in all sequenced organisms performing oxygenic photosynthesis and even in the genomes of cyanophages. Deletion of multiple scp genes in Synechocystis resulted in mutants with severely impaired growth and altered pigment content. These findings indicate the importance of SCPs in photosynthesis; however, their specific function is not well understood. SCPs share a chlorophyll-binding motif with the plant light harvesting complex, suggesting that they bind chlorophyll. Here I describe my findings, which unambiguously show that SCPs are able to bind chlorophyll in vitro. Although they affect both the stoichiometric ratio of Photosystem I to II and chlorophyll stability, they do not seem to be directly involved in non-photochemical quenching. I was able to reveal the location of the SCPs within the cyanobacterial cell: in stressed cells they attach to Photosystem II in the thylakoid membrane. Furthermore, I revealed the presence of another light-harvesting like (Lil)/SCP protein in Synechocystis sp. PCC 6803. The gene, slr1544, codifying for this newly characterised LilA protein, co-transcribes together with scpD and also appears to bind to Photosystem II during stress.

The physiological process of cold acclimation protects plants native to the temperate regions of the world from the deleterious effects of low and freezing temperatures. This is achieved by a series of transcriptional, regulatory, and metabolic changes that enable continued growth and survival. Within minutes of exposure to temperatures below ca. 10°C, a complex cascade of transcriptional events is initiated to accomplish these changes. The initial alarm phase favors the rapid induction of a library of stress proteins with protective functions (e.g. COR proteins). This is followed by a cold hardened phase, characterized by maximal freezing tolerance, which continues until either the stress is removed, or the plant's metabolic and/or developmental state can no longer support maximal resistance. We have studied some of the important transcription factors and transcriptional changes associated with the initial alarm and later hardened phases of cold acclimation in the herbaceous annual Arabidopsis thaliana and the woody perennial Populus spp. We confirmed the functionality of the CBF-mediated signaling cascade in Poplar overexpressing AtCBF1, but noted that regulon composition and endogenous poplar CBF ortholog induction appeared to be tissue-specific. The lack of statistically significant DRE enrichment in the Poplar AtCBF1 regulons led us to investige cis-element abundance in the cold-associated transcription factor regulons of publicly available microarray data from Arabidopsis, leading to the development of a gene voting method of microarray analysis that we used to test for regulatory associations between transcription factors and their downstream cis-elements and gene targets. This analysis resulted in a new transcriptional model of the ICE1-mediated signaling cascade and implicated a role for phytochrome A. Application of this same method to microarray data from arabidopsis leaves developed at low temperature allowed us to identify a new cis-element, called DDT, which possessed enhancer-blocking function during the alarm stage of cold stress, but was enriched in the promoters of genes upregulated during the later cold hardened stages. As leaf growth and development at low temperature correlated with the enhancement freeze tolerance in Arabidopsis, we compared the transcriptomes of rapidly growing and fully grown poplar leaves at night (when both low temperatures and PhyA status might play important roles in nature), in the hopes of comparing this data with that of cold-treated leaves in the future. We identified the nocturnal mode of leaf growth in Populus deltoides as predominantly proliferative as opposed to expansive, and potentially linked to cellular carbohydrate status.

Establishing plant communities is essential for the restoration of contaminated land. As potential cover materials, fly ash and sewage sludge can prevent formation of acid mine drainage from sulfidic mine waste. The aim of the thesis was to i) screen for plants that can be established in, and prevent leakage of metals and nutrients from sludge on top of ash and tailings, and ii) investigate root growth into sealing layers of ash and sludge. Analyses were performed under laboratory, greenhouse and field conditions using selected plant species to examine the release of Cd, Cu, Zn, N, and P from the materials. Plant physiological responses and interactions with fly ash were also investigated. The data show that plants can decrease metal and nutrient leakage from the materials, and lower the elemental levels in the leachate, but with varying efficiencies among plant species. Plants capable of taking up both nitrate and ammonium were more efficient in preventing N leakage compared with those taking up primarily ammonium. Fast growing plants could raise the pH in acidic sludge leachate, but the initial pH decrease and N leakage was not counteracted by plants. Germination in fresh sludge was problematic, but enhanced by aeration of the sludge. In general, the accumulation of metals in plant shoots was low, especially if ash was located below the sludge. Fresh ash was phytotoxic (e.g., high alkalinity, salinity and metal levels) and induced the activity of stress-related enzymes in shoots. In sealing layers of aged and cured ash, roots could grow if the penetration resistance was low, or into the surface of stronger layers if the surface had become pulverized. The roots caused dissolution of calcium-rich minerals, possibly by exudation of saccharides. Addition of sludge to an ash layer increased root growth, likely due to decreased bulk density and pH, and nutrient addition. In conclusion, with selected plant species and a properly constructed cover, metal and nutrient leaching from the materials and root growth into the sealing layer can be restricted.

<p>Detta examensarbete är utfört på plats i Lajaedo, Brasilien och i anslutning till Sanitário de Lajeado – RS, Brasilien, mellan januari till maj 2010. I samband med denna rapport utfördes två andra examensarbeten inom samma områden. Det är menat att denna rapport skall ligga till grund för framtida projekt och beslut om utökad lakvattenrening.Lajeado ligger i södra Brasilien ca 100 km från atlantkusten. 10 km utanför Lajeado ligger en ung avfallsdeponi på ca 15 000 m2 till ytan med tillhörande lakvattenrening med ett utjämningsmagasin, en syrsättningsbassäng samt sedimentering. Deponin tar emot 42 ton fast kommunalt avfall per dag och har ett lakvattenflöde på genomsnitt 0,5 – 1,0 m3/h.Syftet med denna rapport är att undersöka vilken inverkan vegetation har på reningen av lakvatten inom parametrarna TKN, BOD5 och COD, i småskaliga våtmarker av typen rotzonsanläggning. Då den befintliga reningen på plats har svårt att uppfylla vissa uppsatta lagkrav.Sammansättningen på och mängden av lakvatten beror främst på faktorerna, nederbörd, Temperatur och nedbrytningen i deponin.Vegetationens har många olika betydelser i en rotzonsanläggning. Plantan transporter ner syre till dess rotsystem där syremolekyler diffunderar ut. Vegetation fungerar även som en extern kolkälla vid denitrifikationsteget. Det är viktigt att vegetationen trivs och rotsystemet är välutvecklat, för att få en maximal reduktion av föroreningar i våtmarken.Åtta småskaliga våtmarker byggdes upp i anslutning till lakvattenreningen, i avkapade plasttunnor. Alla våtmarker byggdes upp med unika förutsättningar för att kunna jämföra resultatet. Två olika substrat användes och jämfördes, i fyra kar planterades vegetation och fyra utan, fyra hade kontinuerligt flöde som jämfördes med fyra kar med batch flow.Resultaten visar att växterna inte har någon större inverkan på reningsgraden av BOD5, COD och TKN. Men såg tydliga tecken på högre vattenavdunstning i våtmarkerna med biomassa och generellt högre halter av BOD5, COD och TKN i jämförelse med våtmarkerna utan biomassa. Vegetationen hann inte acklimatisera sig till miljön i våtmarkerna, men det var på god väg. För att få ett bättre resultat och en mer signifikant skillnad mellan våtmarkerna skulle försöken ha pågått under en längre tid. Det behövs mer forskning och projekt under en längre period.Detta examensarbete är utfört på plats i Lajaedo, Brasilien och i anslutning till Sanitário de Lajeado – RS, Brasilien, mellan januari till maj 2010. I samband med denna rapport utfördes två andra examensarbeten inom samma områden. Det är menat att denna rapport skall ligga till grund för framtida projekt och beslut om utökad lakvattenrening.Lajeado ligger i södra Brasilien ca 100 km från atlantkusten. 10 km utanför Lajeado ligger en ung avfallsdeponi på ca 15 000 m2 till ytan med tillhörande lakvattenrening med ett utjämningsmagasin, en syrsättningsbassäng samt sedimentering. Deponin tar emot 42 ton fast kommunalt avfall per dag och har ett lakvattenflöde på genomsnitt 0,5 – 1,0 m3/h.Syftet med denna rapport är att undersöka vilken inverkan vegetation har på reningen av lakvatten inom parametrarna TKN, BOD5 och COD, i småskaliga våtmarker av typen rotzonsanläggning. Då den befintliga reningen på plats har svårt att uppfylla vissa uppsatta lagkrav.Sammansättningen på och mängden av lakvatten beror främst på faktorerna, nederbörd, Temperatur och nedbrytningen i deponin.Vegetationens har många olika betydelser i en rotzonsanläggning. Plantan transporter ner syre till dess rotsystem där syremolekyler diffunderar ut. Vegetation fungerar även som en extern kolkälla vid denitrifikationsteget. Det är viktigt att vegetationen trivs och rotsystemet är välutvecklat, för att få en maximal reduktion av föroreningar i våtmarken.Åtta småskaliga våtmarker byggdes upp i anslutning till lakvattenreningen, i avkapade plasttunnor. Alla våtmarker byggdes upp med unika förutsättningar för att kunna jämföra resultatet. Två olika substrat användes och jämfördes, i fyra kar planterades vegetation och fyra utan, fyra hade kontinuerligt flöde som jämfördes med fyra kar med batch flow.Resultaten visar att växterna inte har någon större inverkan på reningsgraden av BOD5, COD och TKN. Men såg tydliga tecken på högre vattenavdunstning i våtmarkerna med biomassa och generellt högre halter av BOD5, COD och TKN i jämförelse med våtmarkerna utan biomassa. Vegetationen hann inte acklimatisera sig till miljön i våtmarkerna, men det var på god väg. För att få ett bättre resultat och en mer signifikant skillnad mellan våtmarkerna skulle försöken ha pågått under en längre tid. Det behövs mer forskning och projekt under en längre period.</p> / <p>The ability for a subsurface flow constructed wetland system to treat landfill leachate was evaluated in Lajeado, Rio Grande do Sul, Brazil. Eight 0.95 m x 0.6 m experimental (SSF) units with a depth 0.4 m were used. Each wetland had unique conditions. Four units were planted with Typha angustifolia L. and four units were unplanted. Two different substrate dimension were used, four units with sand and four with gravel. Four wetlands operated in batch mode and four units with continuous flow. Batch flow systems were drained and filled up each week. To review vegetations impact on BOD5, COD and nitrogen compounds reduced in a wetland. This project lasted between January until May 2010 and samples were analyzed in April to May in four weeks.The result from this project show higher evapotranspiration water loss in units with planted vegetation and higher effluents concentration of BOD5, COD and nitrogen compounds, than in unplanted units.The ability for a subsurface flow constructed wetland system to treat landfill leachate was evaluated in Lajeado, Rio Grande do Sul, Brazil. Eight 0.95 m x 0.6 m experimental (SSF) units with a depth 0.4 m were used. Each wetland had unique conditions. Four units were planted with Typha angustifolia L. and four units were unplanted. Two different substrate dimension were used, four units with sand and four with gravel. Four wetlands operated in batch mode and four units with continuous flow. Batch flow systems were drained and filled up each week. To review vegetations impact on BOD5, COD and nitrogen compounds reduced in a wetland. This project lasted between January until May 2010 and samples were analyzed in April to May in four weeks.The result from this project show higher evapotranspiration water loss in units with planted vegetation and higher effluents concentration of BOD5, COD and nitrogen compounds, than in unplanted units.</p>

The in origin intertidal marine brown alga Fucus vesiculosus L. grow permanently sublittoral in the brackish Bothnian Sea, side by side with the recently discovered F. radicans L. Bergström et L. Kautsky. Environmental conditions like salinity, light and temperature are clearly different between F. vesiculosus growth sites in the Bothnian Sea (4-5 practical salinity units, psu; part of the Baltic Sea) and the tidal Norwegian Sea (34-35 psu; part of the Atlantic Ocean). The general aims of this thesis were to compare physiological aspects between the marine ecotype and the brackish ecotype of F. vesiculosus as well as between the two Bothnian Sea species F. vesiculosus and F. radicans. The result in the study indicates a higher number of water soluble organic compounds in the marine ecotype of F. vesiculosus compared to the brackish ecotype. These compounds are suggested to be compatible solutes and be due to an intertidal and sublittoral adaptation, respectively; where the intertidal ecotype needs the compounds as a protection from oxygen radicals produced during high irradiation at low tide. The sublittoral ecotype might have lost the ability to synthesize these compound/compounds due to its habitat adaptation. The mannitol content is also higher in the marine ecotype compared to the brackish ecotype of F. vesiculosus and this is suggested to be due to both higher level of irradiance and higher salinity at the growth site. 77 K fluorescence emission spectra and immunoblotting of D1 and PsaA proteins indicate that both ecotypes of F. vesiculosus as well as F. radicans have an uneven ratio of photosystem II/photosystem I (PSII/PSI) with an overweight of PSI. The fluorescence emission spectrum of the Bothnian Sea ecotype of F. vesiculosus however, indicates a larger light-harvesting antenna of PSII compared to the marine ecotype of F. vesiculosus and F. radicans. Distinct differences in 77 K fluorescence emission spectra between the Bothnian Sea ecotype of F. vesiculosus and F. radicans confirm that this is a reliable method to use to separate these species. The marine ecotype of F. vesiculosus has a higher photosynthetic maximum (Pmax) compared to the brackish ecotype of F. vesiculosus and F. radicans whereas both the brackish species have similar Pmax. A reason for higher Pmax in the marine ecotype of F. vesiculosus compared to F. radicans is the greater relative amount of ribulose-1.5-bisphosphate carboxylase/oxygenase (Rubisco). The reason for higher Pmax in marine ecotype of F. vesiculosus compare to the brackish ecotype however is not due to the relative amount of Rubisco and further studies of the rate of CO2 fixation by Rubisco is recommended. Treatments of the brackish ecotype of F. vesiculosus in higher salinity than the Bothnian Sea natural water indicate that the most favourable salinity for high Pmax is 10 psu, followed by 20 psu. One part of the explanation to a high Pmax in 10 psu is a greater relative amount of PsaA protein in algae treated in 10 psu. The reason for greater amount of PsaA might be that the algae need to produce more ATP, and are able to have a higher flow of cyclic electron transport around PSI to serve a higher rate of CO2 fixation by Rubisco. However, studies of the rate of CO2 fixation by Rubisco in algae treated in similar salinities as in present study are recommended to confirm this theory. / Fucus vesiculosus L. (Blåstång) är en brunalg som i huvudsak växer i tidvattenzonen i marint vatten men arten klarar också att växa konstant under ytan i det bräckta Bottenhavet. Norska havet och den del av Bottenhavet, där algerna är insamlade i denna studie, har salthalterna 34-35 psu (praktisk salthaltsenhet) respektive 4-5 psu. F. radicans L. Bergström et L. Kautsky (Smaltång) är en nyligen upptäckt art (2005) som har utvecklats i Bottenhavet. F. radicans och Bottenhavets ekotyp av F. vesiculosus växer sida vid sida och har tidigare ansetts vara samma art. Sett till hela Östersjön, så ändras ytans salthalt från 25 till 1-2 psu mellan Östersjöns gräns mot Kattegatt och norra Bottenviken. Den låga salthalten i Östersjön beror på det höga flödet av sötvatten från älvarna och på ett litet inflödet av saltvatten i inloppet vid Kattegatt. Salthaltsgradienten är korrelerad med antalet arter som minskar med minskad salthalt. Östersjön är ett artfattigt hav och de arter som finns är till stor del en blandning av söt- och saltvattenarter. Det finns bara ett fåtal arter som är helt anpassade till bräckt vatten och F. radicans är en av dem. Exempel på miljöskillnader för F. vesiculosus i Norska havet och i Bottenhavet är salthalten, tidvattnet, ljuset och temperaturen. Tidvattnet i Norska havet gör att algerna växlar mellan att vara i vattnet och på land, vilket utsätter algerna för stora ljusskillnader, snabba och stora temperaturväxlingar samt även torka. De alger som växer i Bottenhavet har däremot en jämnare och lägre temperatur, istäcke på vintern och mindre tillgång på ljus eftersom de alltid lever under vattenytan. Skillnaderna i miljön mellan växtplatserna leder till skillnader i fysiologiska anpassningar. Anledningen till att F. vesiculosus och F. radicans valdes som studieobjekt i denna avhandling är att de är viktiga nyckelarter i Bottenhavet. F. vesiculosus och F. radicans är de enda större bältesbildande alger som finns i det artfattiga ekosystemet och de används därför flitigt som mat, gömställe, parningsplats och barnkammare för t.ex. fisk. Att de är nyckelarter gör det angeläget att försöka förstå hur algerna är anpassade och hur de reagerar på miljöförändringar för att få veta hur de kan skyddas och bevaras. F. radicans inkluderades även för att se hur en naturlig art i Bottenhavet är anpassad i jämförelse med den invandrade F. vesiculosus. Marin F. vesiculosus inkluderades för att vara en artreferens från artens naturliga växtplats. Studien visar att det finns fler vattenlösliga organiska substanser (finns vissa organiska substanser som har en proteinskyddande funktion) i den marina ekotypen av of F. vesiculosus än i Bottenhavets ekotyp. Anledningen till detta föreslås vara en anpassning till att växa i tidvattenzonen. Vid lågvatten utsätts F. vesiculosus från Norska havet för starkt ljus, uttorkning, och snabba temperatur- växlingar vilket gör att den kan behöva dessa organiska substanser som skydd mot fria syreradikaler som bildas under lågvattenexponeringarna. F. vesiculosus från Bottenhavet har troligen mist förmågan att syntetisera dessa substanser på grund av anpassning till att hela tiden växa under ytan. Mängden mannitol (socker) är högre i den marina ekotypen av of F. vesiculosus än i Bottenhavets ekotyp. Detta föreslås bero på högre fotosyntetiskt maximum i F. vesiculosus från Norska havet jämfört med ekotypen från Bottenhavet. Skillnaden i fotssyntetiskt maximum är bland annat kopplat till ljus- och salthaltskillnaden på algernas växtplatser. Denna teori styrks av att både fotosyntesen och halten av mannitol ökar i Bottenhavets ekotyp när den behandlas i högre salthalt. Studien visar även att båda ekotyperna av F. vesiculosus samt F. radicans har ett ojämnt förhållande mellan fotosystem II och I (PSII och PSI) med en dominans av PSI. Denna slutsats är baserad på fluorescens emissions mätningar vid 77 K (-196 °C) och mätning av den relativa mängden D1 protein (motsvarar PSII) och PsaA protein (motsvarar PSI). F. vesiculosus från Bottenhavet visar ett emission spektrum som pekar mot en jämnare fördelning av PSII och PSI jämfört med den marina ekotypen och F. radicans. Detta stämmer dock inte med förhållandet mellan D1/PsaA som indikerar att alla tre har mer PSI än PSII. Förklaringen till avvikelsen mellan metoderna antas vara att F. vesiculosus från Bottenhavet har större ljus-infångande antennpigment än marin F. vesiculosus och F. radicans. De tydliga skillnaderna i 77 K fluorescens emission spektra mellan Bottenhavets F. vesiculosus och F. radicans visar att denna metod kan användas som säker artidentifiering. Den marina ekotypen av F. vesiculosus har högre fotosyntetiskt maximum än de båda arterna från Bottenhavet. Mätningar av den relativa mängden av enzymet Rubisco, viktigt för upptaget av koldioxid hos växter och alger, visar att mängden enzym är en sannolik förklaring till skillnaden i fotosyntetiskt maximum mellan den marina ekotypen av F. vesiculosus och F. radicans och detta är troligen en normal artskillnad. Mängden Rubisco kan dock inte förklara skillnaden i fotosyntetiskt maximum mellan de båda ekotyperna av F. vesiculosus. För att undersöka vad skillnaden mellan dessa två beror på så föreslås istället mätningar av Rubisco’s koldioxidfixeringshastighet. Det är en ökning av fotosyntetiskt maximum i Bottenhavets ekotyp av F. vesiculosus när den behandlas i högre salthalt (10, 20 och 35 psu) och det högsta fotosyntetiska maximumet uppmättes i alger som behandlats i 10 psu. Denna ökning beror inte på ökning i den relativa mängden av Rubisco. Ökningen i fotosyntesen speglas dock av en ökning av den relativa mängden PsaA. Detta antas bero på att det behövs mer energi i form av ATP och att en ökning av detta kan ske på grund av att mer PsaA kan driva den cykliska elektrontransporten i fotosyntesreaktionen. Ökat behov av ATP antas bero på en ökning av Rubisco aktiviteten men mätning av aktiviteten krävs för att bekräfta detta.

Detta examensarbete är utfört på plats i Lajaedo, Brasilien och i anslutning till Sanitário de Lajeado – RS, Brasilien, mellan januari till maj 2010. I samband med denna rapport utfördes två andra examensarbeten inom samma områden. Det är menat att denna rapport skall ligga till grund för framtida projekt och beslut om utökad lakvattenrening.Lajeado ligger i södra Brasilien ca 100 km från atlantkusten. 10 km utanför Lajeado ligger en ung avfallsdeponi på ca 15 000 m2 till ytan med tillhörande lakvattenrening med ett utjämningsmagasin, en syrsättningsbassäng samt sedimentering. Deponin tar emot 42 ton fast kommunalt avfall per dag och har ett lakvattenflöde på genomsnitt 0,5 – 1,0 m3/h.Syftet med denna rapport är att undersöka vilken inverkan vegetation har på reningen av lakvatten inom parametrarna TKN, BOD5 och COD, i småskaliga våtmarker av typen rotzonsanläggning. Då den befintliga reningen på plats har svårt att uppfylla vissa uppsatta lagkrav.Sammansättningen på och mängden av lakvatten beror främst på faktorerna, nederbörd, Temperatur och nedbrytningen i deponin.Vegetationens har många olika betydelser i en rotzonsanläggning. Plantan transporter ner syre till dess rotsystem där syremolekyler diffunderar ut. Vegetation fungerar även som en extern kolkälla vid denitrifikationsteget. Det är viktigt att vegetationen trivs och rotsystemet är välutvecklat, för att få en maximal reduktion av föroreningar i våtmarken.Åtta småskaliga våtmarker byggdes upp i anslutning till lakvattenreningen, i avkapade plasttunnor. Alla våtmarker byggdes upp med unika förutsättningar för att kunna jämföra resultatet. Två olika substrat användes och jämfördes, i fyra kar planterades vegetation och fyra utan, fyra hade kontinuerligt flöde som jämfördes med fyra kar med batch flow.Resultaten visar att växterna inte har någon större inverkan på reningsgraden av BOD5, COD och TKN. Men såg tydliga tecken på högre vattenavdunstning i våtmarkerna med biomassa och generellt högre halter av BOD5, COD och TKN i jämförelse med våtmarkerna utan biomassa. Vegetationen hann inte acklimatisera sig till miljön i våtmarkerna, men det var på god väg. För att få ett bättre resultat och en mer signifikant skillnad mellan våtmarkerna skulle försöken ha pågått under en längre tid. Det behövs mer forskning och projekt under en längre period.Detta examensarbete är utfört på plats i Lajaedo, Brasilien och i anslutning till Sanitário de Lajeado – RS, Brasilien, mellan januari till maj 2010. I samband med denna rapport utfördes två andra examensarbeten inom samma områden. Det är menat att denna rapport skall ligga till grund för framtida projekt och beslut om utökad lakvattenrening.Lajeado ligger i södra Brasilien ca 100 km från atlantkusten. 10 km utanför Lajeado ligger en ung avfallsdeponi på ca 15 000 m2 till ytan med tillhörande lakvattenrening med ett utjämningsmagasin, en syrsättningsbassäng samt sedimentering. Deponin tar emot 42 ton fast kommunalt avfall per dag och har ett lakvattenflöde på genomsnitt 0,5 – 1,0 m3/h.Syftet med denna rapport är att undersöka vilken inverkan vegetation har på reningen av lakvatten inom parametrarna TKN, BOD5 och COD, i småskaliga våtmarker av typen rotzonsanläggning. Då den befintliga reningen på plats har svårt att uppfylla vissa uppsatta lagkrav.Sammansättningen på och mängden av lakvatten beror främst på faktorerna, nederbörd, Temperatur och nedbrytningen i deponin.Vegetationens har många olika betydelser i en rotzonsanläggning. Plantan transporter ner syre till dess rotsystem där syremolekyler diffunderar ut. Vegetation fungerar även som en extern kolkälla vid denitrifikationsteget. Det är viktigt att vegetationen trivs och rotsystemet är välutvecklat, för att få en maximal reduktion av föroreningar i våtmarken.Åtta småskaliga våtmarker byggdes upp i anslutning till lakvattenreningen, i avkapade plasttunnor. Alla våtmarker byggdes upp med unika förutsättningar för att kunna jämföra resultatet. Två olika substrat användes och jämfördes, i fyra kar planterades vegetation och fyra utan, fyra hade kontinuerligt flöde som jämfördes med fyra kar med batch flow.Resultaten visar att växterna inte har någon större inverkan på reningsgraden av BOD5, COD och TKN. Men såg tydliga tecken på högre vattenavdunstning i våtmarkerna med biomassa och generellt högre halter av BOD5, COD och TKN i jämförelse med våtmarkerna utan biomassa. Vegetationen hann inte acklimatisera sig till miljön i våtmarkerna, men det var på god väg. För att få ett bättre resultat och en mer signifikant skillnad mellan våtmarkerna skulle försöken ha pågått under en längre tid. Det behövs mer forskning och projekt under en längre period. / The ability for a subsurface flow constructed wetland system to treat landfill leachate was evaluated in Lajeado, Rio Grande do Sul, Brazil. Eight 0.95 m x 0.6 m experimental (SSF) units with a depth 0.4 m were used. Each wetland had unique conditions. Four units were planted with Typha angustifolia L. and four units were unplanted. Two different substrate dimension were used, four units with sand and four with gravel. Four wetlands operated in batch mode and four units with continuous flow. Batch flow systems were drained and filled up each week. To review vegetations impact on BOD5, COD and nitrogen compounds reduced in a wetland. This project lasted between January until May 2010 and samples were analyzed in April to May in four weeks.The result from this project show higher evapotranspiration water loss in units with planted vegetation and higher effluents concentration of BOD5, COD and nitrogen compounds, than in unplanted units.The ability for a subsurface flow constructed wetland system to treat landfill leachate was evaluated in Lajeado, Rio Grande do Sul, Brazil. Eight 0.95 m x 0.6 m experimental (SSF) units with a depth 0.4 m were used. Each wetland had unique conditions. Four units were planted with Typha angustifolia L. and four units were unplanted. Two different substrate dimension were used, four units with sand and four with gravel. Four wetlands operated in batch mode and four units with continuous flow. Batch flow systems were drained and filled up each week. To review vegetations impact on BOD5, COD and nitrogen compounds reduced in a wetland. This project lasted between January until May 2010 and samples were analyzed in April to May in four weeks.The result from this project show higher evapotranspiration water loss in units with planted vegetation and higher effluents concentration of BOD5, COD and nitrogen compounds, than in unplanted units.