植物は、生物的要因と非生物的要因の両方に対応できる非常に複雑な生物です。 植物がどのように反応するかを理解するために、私たちは伝統的に、茎の大きさや葉などの地上の特徴に注目しています。 ただし、根の形態や栄養摂取などの地下特性を理解することも同様に重要です。 Mengesha Asefa と同僚による最近の論文で、植物学者は次のことを調べました。 地上と地下の植物形質がどのように相互作用するか. 彼らの論文は、 Annals of Botany、また、これらの形質が土壌水分勾配と種内競争、同じ種の植物との競争にどのように反応するかを調べます。
この研究は、「植物経済スペクトル」に取り組んでいます。 これは、植物には選択権があるという理論です。 急速に拡大してリソースを収集したり、蓄えを保存したりして、ゆっくりと成長しますが、厳しい時代に備えることもできます。 解説に書く、モニーク・ウィームストラとオスカー・バルベルデ・バランテスは次のように述べています。
「植物経済スペクトル」理論は、種全体の形質発現が、効率的な資源の取り込みと保全の間の基本的なトレードオフを反映していると予測しています (ライヒ、2014)、結果として XNUMX つの異なる生態学的戦略が生まれます。 さらに、これらの戦略の成功は資源環境に左右され、これらのトレードオフは地上と地下で同様に現れると仮定しています。 たとえば、高資源環境で本質的に急速に成長する種は、資源を迅速に獲得するために効率的で速い葉 (たとえば、比葉面積と根 (たとえば、比根の長さ) が高い) を持ちますが、ストレス耐性種は遅く、長い葉を持ちます。資源を節約し、資源の少ない場所での生存率を高めるために生きた葉と根 (ライヒ、2014）。 しかし、これらの関係が想定よりも複雑であるという証拠が蓄積されています。 たとえば、特定の葉の面積と特定の根の長さは、多くの場合、種間で相関しません (ヴァイゲルト ら。、2021).
ウィームストラ & バルベルデ バランテス 2022
Asefa と同僚は、温室で 16 つの異なる熱帯樹種を育て、10 週間それらを監視することによって、植物がどのように反応するかを調べました。 土壌水分勾配を作成するために、苗木にさまざまなレベルの土壌水分含有量を提供しました。 低レベルは 25% (干ばつ)、中レベルは 35%、高レベルは 16% (十分な水分) でした。 また、植物が近隣の植物にどのように反応するかを確認するための種内競争も含まれていました。 XNUMX週間が経過した後、彼らは結果を分析するために地上と地下の両方でさまざまな形質を測定しました.
植物学者は、種の地上の形質が葉の経済スペクトルと一致しているのに対し、地下の形質は土壌水分に応じて対照的なパターンを示していることを発見しました。 十分に水を与えられた条件では、彼らは葉の比面積と総葉面積が高いことを観察しましたが、干ばつ条件では、葉の乾物含有量、葉の厚さ、および茎の乾物含有量が高いことを発見しました。 種内競争は、地上と地下の両方の形質に影響を与えることもわかっていますが、土壌水分と相互作用して地下の形質にのみ影響を与えます。 これらの発見は、土壌水分が地上と地下の両方の形質に大きな影響を与える可能性があり、環境に対する植物の機能的応答をよりよく理解するために使用できることを示しています。
この研究により、植物の地上部と地下部の形質の関係は、これまで考えられていたよりも複雑であることが明らかになりました。 特に、彼らは、根の成長などの地下の形質に関連する植物の形質は、葉の大きさなどの地上の形質からは推測できないことを発見しました。 この切断は、植物が環境とどのように相互作用するかを理解するために、複数のリソース使用軸が必要であることを示しています。 この研究はまた、葉と根の形質の間の相関関係が非常に多様であることを明らかにし、植物の形質の関係が非常に多次元的であることを示唆しています。 著者は次のように結論付けています。
土壌水分勾配全体で地上と地下の形質の間に一貫した相関関係がないため、植物群落全体での植物経済スペクトルの有用性が制限される可能性があります。 私たちの調査結果は、植物が成長のための限られた資源に遭遇する器官に比較的多くのバイオマスを割り当てるという機能的平衡仮説と一致しています。 全体として、私たちの結果は、植物がさまざまな環境変化に対応してさまざまな生態学的戦略を使用する可能性があることを示しています。 カトレナ ら。 （2022） 種は資源を使用するために特性を調整するさまざまな方法を持っており、平均して、彼らは生涯にわたって体重あたり同量の炭素を獲得します。 複数の生物的および非生物的要因のコンテキストで地上および地下の生理学的および解剖学的特性をより多く配置することは、地球規模の環境変化の下での植物の機能戦略をよりよく理解するのに役立ちます。
アセファ ら。 2022
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Asefa, M., Worthy, SJ, Cao, M., Song, X., Lozano, YM and Yang, J. (2022) “地上と地下の植物の形質は、干ばつや競争処理に対応して一貫していません" Annals of Botany、130（7）、939〜950ページ。 入手可能: https://doi.org/10.1093/aob/mcac108.
