Klimato pokyčiams ir maisto gamybai įtakos turi tai, kaip augalų šaknys konkuruoja dėl požeminio nekilnojamojo turto

Paprikos augalai buvo auginami šiltnamyje, esančiame „Museo Nacional de Ciencias Naturales“ (CSIC) Madride, siekiant išsiaiškinti, kaip skiriasi jų požeminis elgesys pasodinus atskirai šalia kaimyno. Autorius: Ciro Cabal, Prinstono universitetas

Galbūt pastebėjote augalus, besivaržančius dėl saulės šviesos, nes jie išsitiesia ir išstumia vienas kitam prieigą prie saulės, tačiau po žeme yra kitokia konkurencija. Lygiai taip pat, kaip per pertraukas, kai dalyvauja jūsų kolegos, keičiate būdą, kaip ieškote maisto nemokamiems užkandžiams, sodinami šalia kitų augalų, augalai keičia požeminių išteklių naudojimą.

Šiandien paskelbtame straipsnyje Mokslas, tarptautinė tyrėjų grupė, kuriai vadovavo Cinco Cabal studentas Prinstone, nušviečia augalų požeminį gyvenimą. Jų tyrimuose buvo naudojamas modeliavimo ir šiltnamio eksperimento derinys, siekiant išsiaiškinti, ar augalai skirtingai investuoja į šaknų struktūras pasodinę atskirai, nei pasodinę šalia kaimyno.

„Šis tyrimas buvo labai įdomus, nes jame buvo derinami įvairūs mentaliniai dalykai, kad būtų suderinti iš pažiūros prieštaringi literatūros rezultatai: sumanus eksperimentas, naujas šaknų sistemų stebėjimo nepažeistame dirvožemyje metodas ir paprasta matematikos teorija“, – sakė Stephenas Pacala. sakė. Frederick D. Petrie ekologijos ir evoliucinės biologijos profesorius (EEB) ir vyresnysis autorius.

„Nors antžeminės augalų dalys buvo išsamiai ištirtos, įskaitant tai, kiek anglies jie gali sukaupti, mes daug mažiau žinome, kaip požeminės dalys – tai yra šaknys – kaupia anglį“, – sakė gydytojas Cabalas. studentas Pacalos laboratorijoje. “Kadangi maždaug trečdalis pasaulio augalijos biomasės, ty anglies, yra po žeme, mūsų modelis yra vertinga priemonė prognozuoti šaknų pasiskirstymą pasaulio žemės sistemos modeliuose.”

Krienų šaknys nudažytos norint ištirti anglies dioksido mažinimo strategijas

Kaip augalų šaknys kaupia anglį? Prinstono tyrinėtojai nustatė, kad energija, kurią augalas skiria savo šaknims, priklauso nuo kitų augalų artumo: kai jie yra arti vienas kito, augalai daug investuoja į savo šaknų sistemas, kad galėtų konkuruoti dėl ribotų požeminių išteklių; jei jie yra toli vienas nuo kito, jie investuoja mažiau. Kadangi maždaug trečdalis pasaulio augalijos biomasės (ir anglies) yra po žeme, šis modelis yra vertinga priemonė prognozuoti šaknų pasiskirstymą pasaulio žemės sistemos modeliuose. Paprikos augalai buvo auginami šiltnamyje, esančiame „Museo Nacional de Ciencias Naturales“ (CSIC) Madride, siekiant išsiaiškinti, kaip skiriasi jų požeminis elgesys pasodinus atskirai arba šalia kaimyno. Kaimyninių pipirų augalų šaknys buvo nuspalvintos skirtingomis spalvomis (injekcijomis), kad būtų galima atskirti, kurios šaknys priklauso kuriam augalui. Autorius: Ciro Cabal, Prinstono universitetas

Augalai gamina du skirtingus šaknų tipus: smulkias šaknis, kurios sugeria vandenį ir maistines medžiagas iš dirvožemio, ir šiurkščias šaknis, kurios šias medžiagas grąžina į augalo centrą. Augalų investicijos į šaknis apima visą išaugintų šaknų kiekį ir būdą, kaip šios šaknys pasiskirsto per dirvą. Augalas gali sutelkti visas savo šaknis tiesiai po savo ūgliais, arba jis gali išplisti šaknis horizontaliai, kad galėtų pasimaitinti gretimame dirvožemyje, ir taip pakenkti konkurencijai su kaimyninių augalų šaknimis.

Komandos modelis numatė du galimus šaknų investavimo rezultatus, kai augalai dalijasi savo dirvožemiu. Pirmajame rezultate kaimyniniai augalai „dirba“ kartu atskirdami šaknų sistemas, kad sumažėtų persidengimas, todėl šaknų būna mažiau, nei jie būtų vieni. Antruoju rezultatu, jei augalas, viena vertus, aptinka mažiau išteklių dėl kaimyno buvimo, kita vertus, jis sutrumpina savo šaknų sistemą, tačiau daugiau investuoja į šaknis, esančias tiesiai po stiebu.

Natūralioji atranka numato šį antrąjį scenarijų, nes kiekvienas augalas didina savo tinkamumą, nepaisant to, kaip šie veiksmai veikia kitus asmenis. Jei augalai yra labai arti vienas kito, šios padidėjusios investicijos į šaknų kiekį, nepaisant šaknų atskyrimo, gali sukelti bendruomenės tragediją, išeikvojant išteklius (šiuo atveju dirvožemio drėgmę ir maistines medžiagas).

Norėdami patikrinti modelio prognozes, mokslininkai šiltnamyje augino pipirinius augalus atskirai ir poromis. Eksperimento pabaigoje augalų šaknis jie nuspalvino skirtingomis spalvomis, kad galėtų lengvai pamatyti, kurios šaknys priklauso kuriam augalui. Tada jie apskaičiavo bendrą kiekvieno augalo šaknų sistemos biomasę ir santykį tarp šaknų ir ūglių, norėdami sužinoti, ar augalai pakeitė, kiek energijos ir anglies jie nusėda požeminėse ir antžeminėse konstrukcijose, pasodinę šalia kaimynų, ir suskaičiavo sėklų skaičių. gaminamas kiekvieno augalo kaip santykinio tinkamumo matas.

Komanda atrado, kad rezultatas priklauso nuo to, arti keli augalai yra vienas kitam. Jei augalai bus pasodinti labai arti vienas kito, jie dažniau investuos į savo šaknų sistemas, kad bandytų konkuruoti tarpusavyje dėl ribotų požeminių išteklių; jei jie bus pasodinti toliau, jie tikriausiai mažiau investuos į savo šaknų sistemą, nei tai padarytų vienišas augalas.

Konkrečiai, jie nustatė, kad kai pipiriniai augalai buvo pasodinti šalia kitų, investicijos į šaknis padidėjo vietoje ir sumažino jų šaknų išsiplėtimą horizontaliai, kad sumažėtų sutapimas su kaimynais. Nebuvo jokių įrodymų apie „bendro scenarijaus tragediją“, nes nebuvo bendros šaknų biomasės ar santykinių investicijų į šaknis skirtumų, palyginti su antžeminėmis struktūromis (įskaitant viename augale užaugintų sėklų skaičių), kai augo vienišas, palyginti su darniu. augalas.

Augalai pašalina anglies dioksidą iš atmosferos ir nusėda savo struktūrose – trečdalis šios vegetatyvinės anglies kaupiasi šaknyse. Suprasti, kaip anglies nuosėdų pokyčiai įvairiais scenarijais gali padėti mums tiksliau numatyti anglies įsisavinimą, o tai savo ruožtu gali padėti sukurti klimato kaitos švelninimo strategijas. Šie tyrimai taip pat gali padėti optimizuoti maisto gamybą, nes norint maksimaliai padidinti pasėlių derlingumą, yra naudinga suprasti, kaip optimaliai išnaudoti požeminius (ir antžeminius) išteklius.

Nuoroda: Ciro Cabal, Ricardo Martínez-García, Aurora de Castro, Fernando Valladares ir Stephen W. Pacala „Išnaudojanti augalų šaknų segregacija“, 2020 m. Gruodžio 4 d., Mokslas.
DOI: 10.1126 / mokslas.aba9877

Kiti šio puslapio bendraautoriai yra Ricardo Martínez-García, buvęs EEB postdoktorantas, dabar dirbantis Pietų Amerikos pagrindinių tyrimų instituto profesoriumi; Aurora de Castro, dirbusi prie projekto kaip bakalauro disertacijos Biogeografijos ir globalių pokyčių katedroje Ispanijos nacionaliniame gamtos mokslų muziejuje dalis; ir Fernando Valladaresas, Rey Juan Carlos universiteto Biologijos, geologijos, fizikos ir neorganinės chemijos katedros docentas ir Ispanijos nacionalinio gamtos mokslų muziejaus Biogeografijos ir globalių pokyčių katedros tyrėjas.

Ciro Cabal, Ricardo Martínez-García, Aurora de Castro, Fernando Valladares ir Stephen W. Pacala „Naudojantis augalų šaknų atskyrimas“ rodomas gruodžio 4 d. Mokslas (DOI: 10.1126 / mokslas.aba9877). Šį darbą palaikė Prinstono universitetas Gegužės stipendija Ekologijos ir evoliucinės biologijos katedroje; Gordono ir Betty Moore fondas (dotacija GBMF2550.06); „Instituto Serrapilheira“ (apdovanojimas „Serra-1911-31200“); San Paulo tyrimų fondas (apdovanojimas ICTP-SAIFR 2016 / 01343-7); mirė „Programa Jovens Pesquisadores em Centros Emergentes“ (2019 / 24433-0); Simonso fondas; Ispanijos mokslo, inovacijų ir universitetų ministerija (COMEDIAS apdovanojimas CGL2017-83170-R); ir Prinstono aplinkos instituto anglies dioksido mažinimo iniciatyva.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Dalelių fizikai problemą, vadinamą „persekiojimu“, sprendė daugiau nei 20 metų.

Iliustracija seka spindulio keliu, kai jis eina per stačiakampę, radijo dažnio, vario, magneto, juodojo dipolio ir modulinę matavimo sistemą ir į dalelių detektorių. ...

2D medžiagų paėmimas sukimui

„Spintronic“ skaičiavimo meno koncepcijos iliustracija. Tskubos universiteto Aukšto slėgio fizikos instituto mokslininkai kuria naują molibdeno disulfido tranzistorių, kuris sukuria elektronų sukimosi vaizdą, kuris galėtų atverti...

Marsas, Plejadės, Jupiteris, Saturnas ir kiti išskirtiniai „Skywatching“ 2021 m. Kovo mėn

Ko reikia kovo mėnesį? Marsas su draugais vakare, o grįžtančios planetos grįžta… Pirmąją savaitę arba kovo mėnesį Marsą rasite netoli Pleiades žvaigždžių spiečiaus vakaruose, praėjus...

„Prarastos ledo paslaptys“ galiausiai buvo išspręstos judant Žemės plutai

Grenlandijos ledynai 2018. Kreditas: NIOZ, Kim Sauter Naujo pasaulinio ledo dangos atstatymas per pastaruosius 80 000 metų. Ledynmečiu vidutinis pasaulio jūros lygis mažėja, nes didelis jūros...

Pirmieji Naujosios Anglijos žmonės gali turėti bendrą žemę su vilna

Vilnonio mamuto (Mammuthus primigenius) ekspozicijos Karališkame BC muziejuje Viktorijoje, Britų Kolumbijoje, Kanadoje. Paroda yra 1979 m., O kailis - muskuso plaukai. Autorius:...

Newsletter

Subscribe to stay updated.