Schimbările climatice și producția de alimente afectate de modul în care originile plantelor concurează pentru imobilele subterane

Plantele de ardei au fost cultivate într-o seră la Muzeul Național de Științe Naturale (CSIC) din Madrid pentru a investiga modul în care comportamentul lor subteran a fost diferit atunci când a plantat singur împotriva părții unui vecin. Credit: Ciro Cabal, Universitatea Princeton

Este posibil să fi observat plante care concurează pentru lumina soarelui – felul în care se răspândesc și se împiedică reciproc accesul la razele soarelui – dar, în afara vederii, un alt tip de competiție are loc în subteran . La fel cum ați putea schimba modul în care căutați gustări gratuite în camera de pauză atunci când colegii dvs. sunt prezenți, plantele își schimbă utilizarea resurselor subterane atunci când sunt plantate alături alături de alte plante.

Într – o lucrare publicată astăzi în Ştiinţă, o echipă internațională de cercetători condusă de studentul absolvent Princeton Ciro Cabal, face lumină asupra vieții subterane a plantelor. Cercetarea lor a folosit o combinație de modelare și un experiment cu efect de seră pentru a afla dacă plantele investesc diferit în structurile rădăcinii atunci când sunt plantate singure decât plantate alături de un vecin.

„Acest studiu a fost foarte distractiv, deoarece a combinat multe tipuri diferite de bomboane pentru a concilia rezultatele aparent contradictorii din literatură: un experiment inteligent, o nouă metodă de observare a sistemelor radiculare în soluri întregi și o teorie matematică simplă ”, A spus Stephen Pacala, Frederick D. Petrie profesor de ecologie și biologie evolutivă (EEB) și autor principal al lucrării.

„În timp ce părțile plantelor de deasupra solului au fost studiate pe larg, inclusiv cantitatea de carbon pe care o pot stoca, știm mult mai puțin despre modul în care părțile subterane – adică rădăcinile – stochează carbonul ”, A spus Cabal, dr. student în laboratorul lui Pacala. „Întrucât aproximativ o treime din biomasa din vegetație a lumii, deci carbonul, este subteran, modelul nostru oferă un instrument valoros pentru prezicerea excesului de rădăcini în modelele de sisteme terestre globale.”

Rădăcini de plante de ardei colorate pentru a studia strategiile de atenuare a carbonului

Cum stochează rădăcinile plantelor carbonul? Cercetătorii de la Princeton au descoperit că energia pe care o plantă o dedică rădăcinilor sale depinde de apropierea de alte plante: atunci când sunt în imediata apropiere, plantele investesc foarte mult în sistemele lor radiculare pentru a concura pentru resurse subterane limitate; dacă sunt departe, investesc mai puțin. Deoarece aproximativ o treime din biomasa din vegetație (și carbon) din lume este subterană, acest model oferă un instrument valoros pentru prezicerea excesului de rădăcini în modelele de sisteme terestre globale. Plantele de ardei au fost cultivate într-o seră de la Muzeul Național de Științe Naturale (CSIC) din Madrid pentru a investiga modul în care comportamentul lor subteran a fost diferit atunci când a plantat singur sau alături de un vecin. Rădăcinile plantelor de ardei din apropiere au fost colorate cu diferite culori (prin injecție) pentru a distinge care rădăcini aparțin cărei plante. Credit: Ciro Cabal, Universitatea Princeton

Plantele produc două tipuri diferite de rădăcini: rădăcini fine care absorb apa și substanțele nutritive din sol și rădăcini purtătoare grosiere care transportă aceste substanțe înapoi în centrul plantei. „Investiția” plantelor în rădăcini include volumul total de rădăcini produse și modul în care aceste rădăcini sunt distribuite pe tot solul. O plantă ar putea să-și concentreze toate rădăcinile direct sub lăstari sau ar putea să-și extindă rădăcinile orizontal pentru a hrăni în solul din jur – ceea ce riscă să concureze cu rădăcinile plantelor vecine.

Modelul echipei a prezis două consecințe potențiale pentru investițiile în rădăcini atunci când plantele se împărtășesc cu solul. În primul rezultat, plantele învecinate „cooperează” separându-și sistemele radiculare pentru a reduce creșterea excesivă, ceea ce are ca rezultat o producție globală mai mică de rădăcini decât ar face doar dacă ar fi. În al doilea rezultat, când o plantă simte mai puține resurse pe o parte din cauza prezenței unui vecin, aceasta își scurtează sistemul rădăcină pe acea parte, dar investește mai mult în rădăcini chiar sub tulpina sa.

Alegerea naturală prezice acest al doilea scenariu, deoarece fiecare plantă acționează pentru a-și crește propria stare fizică, indiferent de modul în care acțiunile respective afectează alte persoane. Dacă plantele sunt foarte apropiate, această investiție crescută în volumul rădăcinii, în ciuda separării acestor rădăcini, ar putea duce la o tragedie de la bunurile comune, unde resursele sunt (în acest caz, umiditate) sol și substanțe nutritive) sunt epuizate.

Pentru a testa predicțiile modelului, cercetătorii au cultivat plante de ardei într-o seră individual și în perechi. La sfârșitul experimentului, au colorat rădăcinile plantelor în diferite culori, astfel încât să poată vedea cu ușurință ce rădăcini aparțin cărei plante. Apoi au calculat biomasa totală a sistemului radicular al fiecărei plante și raportul dintre rădăcini și lăstari, pentru a vedea dacă plantele au modificat cantitatea de energie și carbon pe care au depus-o în structurile subterane și supraterane atunci când au fost plantate alături de ele. vecinii și numărați numărul de semințe produse de fiecare plantă ca o măsură a aptitudinii relative.

Echipa a constatat că rezultatul depinde de cât de apropiate sunt o pereche de plante între ele. Dacă sunt plantate foarte aproape, plantele vor investi mai mult în sistemele lor radiculare pentru a încerca să supraviețuiască reciproc pentru resurse subterane limitate; dacă sunt plantați mai departe, este probabil să investească mai puțin în sistemele lor radiculare decât o plantă singură.

În special, au descoperit că atunci când plantează în apropierea altora, plantele de piper au sporit investițiile în rădăcini la nivel local și au redus distanța în care își răspândesc rădăcinile pe orizontală, pentru a reduce suprapunerea cu vecinii. Nu au existat dovezi ale scenariului „tragediei bunurilor comune”, deoarece nu a existat nicio diferență în biomasa totală a rădăcinilor sau investiția relativă în rădăcini în comparație cu structurile supraterane (inclusiv producția de semințe per plantă) pentru plantele izolate împotriva plantelor care conviețuiesc. .

Plantele elimină dioxidul de carbon din atmosferă și îl depun în structurile lor – iar o treime din acest carbon vegetativ este stocat în rădăcini. Înțelegerea modului în care modificările depunerii de carbon în diferite scenarii ne-ar putea ajuta să prezicem mai precis consumul de carbon, ceea ce la rândul său ar putea contribui la conceperea strategiilor de atenuare a schimbărilor climatice. Această cercetare ar putea contribui, de asemenea, la maximizarea producției de alimente, deoarece, pentru a maximiza randamentele culturilor, este util să înțelegem cum să utilizăm cel mai bine resursele subterane (și supraterane).

Referință: „Exploatarea exploatării rădăcinii plantelor” de Ciro Cabal, Ricardo Martínez-García, Aurora de Castro, Fernando Valladares și Stephen W. Pacala, 4 decembrie 2020, Ştiinţă.
DOI: 10.1126 / science.aba9877

Ceilalți co-autori ai lucrării sunt Ricardo Martínez-García, fost coleg postdoctoral EEB, care este acum profesor la Institutul de cercetare de bază din America de Sud; Aurora de Castro, care a lucrat la proiect ca parte a unei teze de licență pentru Departamentul de Biogeografie și Schimbări Globale de la Muzeul Național Spaniol de Științe Naturale; și Fernando Valladares, profesor asociat la Departamentul de Biologie, Geologie, Fizică și Chimie Anorganică de la Universitatea Rey Juan Carlos și cercetător la Departamentul de Biogeografie și Schimbări Globale de la Muzeul Național Spaniol de Științe Naturale.

„Separarea exploatatoare a rădăcinilor plantelor”, de Ciro Cabal, Ricardo Martínez-García, Aurora de Castro, Fernando Valladares și Stephen W. Pacala, apare în numărul din 4 decembrie al Ştiinţă (DOI: 10.1126 / science.aba9877). Această lucrare a fost susținută de Universitatea Princeton Fellowship May în cadrul Departamentului de Ecologie și Biologie Evolutivă; Fundația Gordon și Betty Moore (acordă GBMF2550.06); Instituto Serrapilheira (grant Serra-1911-31200); Institutul de Cercetare din São Paulo (grantul ICTP-SAIFR 2016 / 01343-7); Programul Jovens Pesquisadores em Centros Emergentes (2019 / 24433-0); Fundația Simons; Ministerul Spaniol al Științei, Inovării și Universităților (grant COMEDIAS CGL2017-83170-R); și Inițiativa de atenuare a carbonului a Princeton Environmental Institute.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Modelul demonstrează similitudini în modul în care studiază oamenii și insectele

Modelul de calcul demonstrează similaritatea în cunoașterea împrejurimilor oamenilor și insectelor. Potrivit unui nou studiu de la Universitatea din Sussex, care arată cum oamenii pot...

Cum am creat „furtuna perfectă” pentru evoluția și transmiterea bolilor infecțioase, cum ar fi COVID-19

Potrivit unui cercetător de la Universitatea din Anglia de Est, în majoritatea modurilor noastre, „furtuna perfectă” a fost creată pentru evoluția și transmiterea bolilor...

„Adezivul molecular” crește eficiența și face ca celulele solare perovskite să devină mult mai fiabile în timp

Cercetătorii au folosit „adeziv molecular” auto-asamblat monostrat pentru a consolida interfețele din celulele solare perovskite pentru a le face mai eficiente, stabile și fiabile....

Pastele plate sunt atât de avansate încât se formează în morfuri atunci când sunt fierte

Laboratorul CMU gestionează producția de paste, care își schimbă forma pe măsură ce gătește. Credit: Universitatea Carnegie Mellon Pastele plate ambalate creează ambalare, transport...

Oamenii de știință ai undelor gravitaționale Excelentă nouă metodă de rafinare a constantei Hubble – expansiunea și vârsta universului

O ilustrare a artistului unei perechi unificate de stele neutronice. Credit: Carl Knox, Universitatea OzGrav-Swinburne O echipă de oameni de știință internaționali, condusă de...

Newsletter

Subscribe to stay updated.