WikiDer > Выделение биомассы

Biomass allocation

Выделение биомассы - это концепция в биологии растений, которая указывает относительную долю биомассы растений, присутствующую в различных органах растения. Его также можно использовать для целых растительных сообществ.

Обоснование

Различные органы растений выполняют разные функции. Листья обычно задерживают свет и фиксируют углерод, корни поглощают воду и питательные вещества, а стебли и черешки отображают листья в благоприятном положении и переносят различные соединения в растении. В зависимости от условий окружающей среды, растения могут изменить свою инвестиционную схему, чтобы получить растения с относительно большей корневой системой или большим количеством листьев. Этот баланс был предложен как "функциональное равновесие », при этом растения, которые испытывают недостаток воды или питательных веществ, вкладывают больше средств в корни, а растения, растущие при слабом освещении или CO2 условия, вкладывая больше в листья или стебли.[1][2][3][4] Кроме того, он также известен как 'гипотеза сбалансированного роста',[5] или "теория оптимального разбиения".[6] Наряду с изменениями, вызванными окружающей средой, существуют также присущие различия в распределении биомассы между видами и изменения, которые зависят от возраста или размера растений.[7]

Связанные понятия

Выделение биомассы - это конечный результат ряда процессов, происходящих на заводе. Все начинается с того, как сахара распределяются по различным органам после того, как они фиксируются листьями в процессе фотосинтеза (выделение сахара). Концептуально это легко представить, но количественно оценить поток сахаров сложно и требует сложного оборудования.[8] Для растений, растущих в условиях устойчивого состояния, можно определить распределение сахара, построив C-бюджет. Это требует определения поглощения углерода всем растением во время фотосинтеза и потерь углерода побегами и корнями во время дыхания. Дальнейшие потери углерода могут происходить, когда сахара и другие соединения на основе углерода источали с корнем, или исчезнуть как летучие вещества в листьях. Когда эти измерения сочетаются с измерения роста и концентрации углерода, присутствующие в биомассе листьев, стеблей и корней, могут быть построены бюджеты углерода, из которых выводится распределение сахара.[9]

Эти C-бюджеты поучительны, но требуют обширных измерений. Следующий уровень анализа - измерение распределение роста: каково увеличение общей биомассы растения и в какой степени это увеличение связано с ростом листьев, стеблей и корней. У молодых растений распределение прироста часто очень похоже на фактическое распределение биомассы. Но особенно у деревьев может быть высокий годовой оборот листьев и тонких корней и низкий оборот стеблей, ветвей и толстых корней. В тех случаях выделение прироста и окончательное распределение биомассы могут довольно сильно расходиться с годами.

Были попытки дать этим трем различным уровням распределения разные имена (как разделение, распределение, фракционирование), но до сих пор они применялись непоследовательно.
Доли биомассы, присутствующие в листьях и корнях, также являются важными переменными в Анализ роста растений.

Расчет и единицы

Распространенный способ охарактеризовать распределение биомассы вегетирующего растения - это разделить растение на интересующие органы (например, листья, стебли, корни) и определить биомассу этих органов - обычно на основе сухой массы - независимо. Массовая доля листа (LMF) затем рассчитывается как сухая масса листа / общая сухая масса растения, массовая доля стебля (SMF) как сухая масса стебля / общая сухая масса растения и массовая доля корня (RMF) как сухая масса корня / общая сухая масса растения. Обычно единицами измерения являются г г−1 (г органов / г общей биомассы растений).

Для генеративных растений есть дополнительный отдел, связанный с размножением (цветы и цветоносы, семена или плоды). Относительное количество биомассы, присутствующей в этом отсеке, часто обозначается как «Репродуктивное усилие'. Связанная переменная, которая часто используется в агрономии, - это 'Индекс урожая'. Поскольку корни собирают редко, индекс урожая - это количество товарной продукции (часто семян) по отношению к общей надземной биомассе.

Использовалась альтернативная терминология: соотношение масс листа, стебля и корня или соотношение побег: корень или корень: побег. Последние два несут меньше информации, поскольку не различают листья и стебли.

Нормальные диапазоны

Молодые травянистые растения обычно имеют значения LMF в диапазоне 0,3 - 0,7 г г.−1 (В среднем 0,5), значения SMF от 0,04 до 0,4 (в среднем 0,2) и значения RMF от 0,1 до 0,5 (в среднем 0,3). Молодые саженцы деревьев имеют значения в том же диапазоне. Для более старых и крупных растений LMF уменьшается, а SMF увеличивается. Для больших деревьев (> 1000 кг) LMF ниже 0,05, SMF около 0,8 и RMF около 0,2 г−1.[7] На этом этапе большая части ствола биомассы состоит из высококвалифицированных одревесневшего материала, который по-прежнему может служить важную функцию вклада в функцию поддержки стеблей, но физиологически не активно больше.

Экологические последствия

Влияние окружающей среды в целом соответствует ожиданиям из концепции «функционального равновесия»: растения уменьшают LMF и увеличивают RMF при выращивании при высоких уровнях освещения по сравнению с низким освещением. При низком уровне питательных веществ они больше вкладываются в корни и меньше в листья по сравнению с большим количеством питательных веществ. Однако изменения часто меньше при разных водоснабжении, и влияние CO2 концентрация, УФ-В излучение, озон и соленость при распределении, как правило, незначительны. Растения, растущие при более высоких температурах, в основном уменьшают RMF и увеличивают LMF.[10]

Внимание при анализе массовых долей состоит в том, следует ли вносить поправку на различия в размере, при сравнении растений, которые обрабатывались по-разному, или при сравнении видов.[11] Обоснование этого заключается в том, что массовые фракции часто меняются в зависимости от размера растения (и фазы развития), и различные методы лечения также могут вызывать различия в росте. Таким образом, для оценки того, активно изменили их схему размещения, необходимо сравнивать растения аналогичного размера. Если требуются поправки на размер, можно провести аллометрический анализ.[12] Простая альтернатива - построить график массовых долей против общей массы растения.[13]

Различия между видами

Виды разных семейств могут иметь разные схемы размещения. Например, виды, принадлежащие к Solanaceae, имеют высокие значения LMF, тогда как Fagaceae имеют низкие значения LMF, даже после корректировки размера. Травы обычно имеют более низкие значения LMF, чем травянистые двудольные, с гораздо большей долей их биомассы, присутствующей в корнях.[7] У крупных вечнозеленых деревьев большая часть биомассы выделяется на листья (LMF ~ 0,04), чем у лиственных пород (LMF ~ 0,01).[14][15][7]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Брауэр, Р. (1963). «Некоторые аспекты равновесия надземной и подземной частей растений». Jaarboek van Het Instituut voor Biologisch en Scheikundig Onderzoek. 1963: 31–39.
  2. ^ Торнли, J.H.M. (1972). «Сбалансированная количественная модель соотношения корень: побеги вегетативных растений». Анналы ботаники. 36 (2): 431–441. Дои:10.1093 / oxfordjournals.aob.a084602.
  3. ^ Блум, A.J .; Chapin, F.S .; Муни, Х.А. (1985). «Ограниченность ресурсов растений - экономическая аналогия». Ежегодный обзор экологии и систематики. 16: 363–392. Дои:10.1146 / annurev.es.16.110185.002051.
  4. ^ Иваса, Й; Roughgarden, J (1984). «Баланс побегов / корней растений: оптимальный рост системы с множеством вегетативных органов». Теоретическая популяционная биология. 25: 78–105. Дои:10.1016/0040-5809(84)90007-8.
  5. ^ Шипли, В .; Мезиан, Д. (2002). «Гипотеза сбалансированного роста и аллометрия распределения листовой и корневой биомассы». Функциональная экология. 16 (3): 326–331. Дои:10.1046 / j.1365-2435.2002.00626.x.
  6. ^ Gedroc, J.J .; McConnaughay, K.D.M .; Коулман, Дж. (1996). «Пластичность разделения корней и побегов: оптимальная, онтогенетическая или и то, и другое?». Функциональная экология. 10 (1): 44–50. Дои:10.2307/2390260. JSTOR 2390260.
  7. ^ а б c d Poorter, H .; Ягодзинский, AM; Руис-Пейнадо, Р. Kuyah, S; Луо, Y; Олексин, Дж; Усольцев В.А.; Бакли, штат Теннесси; Райх, ПБ; Мешок, L (2015). «Как распределение биомассы изменяется в зависимости от размера и различается между видами? Анализ для 1200 видов растений с пяти континентов». Новый Фитолог. 208 (3): 736–749. Дои:10.1111 / nph.13571. ЧВК 5034769. PMID 26197869.
  8. ^ Minchin, P.E.H .; Торп, М.Р. (2003). «Использование короткоживущего изотопа 11C в механистических исследованиях транспорта фотосинтата». Функциональная биология растений. 30 (8): 831–841. Дои:10.1071 / FP03008. PMID 32689068.
  9. ^ Poorter, H .; Remkes, C .; Ламберс, Х. (1990). «Углеродная и азотная экономика 24 видов диких животных, различающихся относительной скоростью роста». Физиология растений. 94 (2): 621–627. Дои:10.1104 / стр.94.2.621. ISSN 0032-0889. ЧВК 1077277. PMID 16667757.
  10. ^ Poorter, H .; Niklas, K.J .; Reich, P.B .; Олексин, Дж .; Poot, P .; Моммер, Л. (2012). «Распределение биомассы по листьям, стеблям и корням: метаанализ межвидовой изменчивости и экологический контроль». Новый Фитолог. 193 (1): 30–50. Дои:10.1111 / j.1469-8137.2011.03952.x. PMID 22085245.
  11. ^ Пирсолл, W.H. (1927). «Ростовые исследования: VI. Об относительных размерах растущих органов растений». Анна. Бот. 3: 549–556. Дои:10.1093 / oxfordjournals.aob.a090091.
  12. ^ Никлас, К.Дж. (1994). Аллометрия растений: масштабирование формы и процесса. Чикаго: Издательство Чикагского университета.
  13. ^ Poorter, H .; Мешок, Л. (2012). «Ловушки и возможности анализа закономерностей распределения биомассы в растениях». Границы растениеводства. 3: 259. Дои:10.3389 / fpls.2012.00259. ЧВК 3514511. PMID 23227027.
  14. ^ Кёрнер, К. (1994). «Фракционирование биомассы в растениях: пересмотр определений, основанных на функциях растений». В Рой, Дж; Гарнье, Э. (ред.). Взгляд на отношения углерода и азота с точки зрения всего растения. Гаага: Академическое издательство СПБ. С. 173–185.
  15. ^ Энквист, Б.Дж .; Никлас, К.Дж. (2002). «Глобальные правила распределения для моделей разделения биомассы семенных растений». Наука. 295 (5559): 1517–1520. Дои:10.1126 / science.1066360. PMID 11859193. S2CID 15764440.