バイオマスの分配

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バイオマス分配は、植物がエネルギーを、および生殖部分に分配するプロセスです。植物のこれら 4 つの主要な構成要素は、形態学的に重要な役割を果たします。葉は CO2太陽からのエネルギーを吸収して炭素化合物を生成し、茎は競合他社の上に成長して日光に到達し、根は植物を固定しながら土壌から水と無機栄養素を吸収します。生殖部分は種の継続を容易にします。植物はバイオマスを分配する日光、二酸化炭素、ミネラル栄養素、水などの資源の制限または過剰に対応して、成長は植物部分間のバイオマスの分配間の一定のバランスによって調整されます. 根とシュートの成長の間に平衡が生じるのは、根がシュートの光合成からの炭素化合物を必要とし、シュートが根によって土壌から吸収された窒素を必要とするためです。[1]バイオマスの配分は、成長の限界に近づいています。地下に制限するとバイオマスが根に集中し、地上に制限するとシュートの成長が促進されます。[2]

植物は光合成を行い、成長とエネルギー貯蔵のための炭素化合物を生成します。光合成によって生成された糖は、圧力流システムを使用して師部によって輸送され、成長に使用されるか、後で使用するために保存されます。バイオマスの分割により、この糖は、成長を最大化し、最も適応度が高く、繁殖の成功を可能にする方法で分割されます。植物ホルモンは、遺伝子の発現を変化させ、形態を変化させることにより、細胞や組織の分化と成長に影響を与えるため、バイオマスの分配に大きな役割を果たします。【3】環境刺激に反応することでそれに応じてバイオマスを分割することで、植物は環境から資源を取り込み、成長を最大化することができます。

分配の非生物的要因

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一番下のスラットから水が出ているリービッヒのバレル。

植物にとって、利用可能な資源の吸収と利用のバランスをとることができることが重要であり、日光、二酸化炭素、ミネラル栄養素、水などの希少で成長を制限する資源をより多く獲得するために成長を調整します. [4]バイオマス分配の平衡は、リービッヒの最小法則によって説明でき、リービッヒのバレルのメタファーを通じてモデル化できます。リービッヒのバレルでは、植物の成長の限られた資源は、水で満たされた樽の最短のスラットのようなものです。[5]バレルは最短のスラットのレベルまでしか水を保持できず、同様に、植物は限られた資源によって許可された速度でしか成長できません. 成長を続けるには、バイオマスを分割してこれらの資源を隔離する必要があります。

日光

植物の主な光感知メカニズムは、赤色光と遠赤色光の変化を検出するために植物全体に配置された色素を含むフィトクロムシステムです。[2]フィトクロムによる光の質の検出は、バイオマス分配の変化を引き起こすのに役立ちます。低光条件で栽培された植物は、シュート (主に葉) により多くのバイオマスを割り当てることが示されています。さまざまなレベルの放射照度または日光で植物の葉の面積を測定することにより、光レベルが低いと植物の葉の総表面積が増加することがわかりました。[6]日光が制限されている場合、光合成の速度が低下すると水とミネラル栄養素の必要性が低下するため、植物はシュートへの成長を増加させ、根に分配されるエネルギーを減少させます。[2]低照度ではシュートへの割り当てが大きくなるため、高照度の植物にも同じ相関関係が生じます。放射照度が高くなると、太陽光を吸収するのに必要な表面積が少なくなるため、表面積の合計が小さくなります。植物が十分な光合成能力を持っている場合、代わりに根の成長を優先して水と栄養素を吸収します.

二酸化炭素

炭素が資源を制限している状況では、CO 2のレベルを上げると光合成速度が上がります。[7]これにより、栄養素の摂取量と水の使用量が増加し、根の成長が促進されます。CO 2濃度が低い場合、植物はより多くの CO 2を取り込むために、より大きく、より多くの葉を作成します[7]大気中の二酸化炭素濃度がバイオマス分配に与える影響は、気候変動に直面した植物への影響を理解する上で重要です。CO 2の場合、植物細胞の炭素対窒素比が増加濃度が高くなり、分解レベルが低下します。二酸化炭素濃度が高いことによる分解の減少は、植物が利用できる窒素を減少させる効果があります。[8]

アスダッド
有精大麦(上)と無施肥大麦(下)。受精していないオオムギのシュートはわずかに短く、十分ではありません。

ミネラル栄養素

全体として、栄養素の利用可能性は分配に強い影響を及ぼし、栄養の乏しい地域で生育する植物はバイオマスの大部分を地下構造に分配します。[9]たとえば、土壌窒素の利用可能性は、バイオマス配分の強力な決定要因です。たとえば、北方林などの低生産性システム (低レベルの土壌窒素)では、樹木はバイオマスの大部分を根に捧げます。しかし、土壌の生産性が高まるにつれて、バイオマスは主に葉や茎などの地上構造に割り当てられます。[9]全体的なパターンとして、養分濃度が高くなるにつれて根の長さが短くなります。[4]毒性をもたらす高濃度のミネラル栄養素成長と分割にも大きな影響を与える可能性があります。たとえば、有毒濃度のカドミウムと鉛では、Fagus sylvaticaはよりコンパクトで分岐の少ない根系を発達させ、根毛をほとんど確立しないことが示されました。[10]この変更された構造は、根の表面積と有毒栄養素の影響を減らすと同時に、成長がより有益な植物の部分のバイオマスを節約するように機能します.

乾燥した状態で栽培された植物は、総バイオマス生産量が減少することがよくありますが、根へのバイオマスの貢献度が高くなり、根とシュートの比率が高くなります。[4]植物がより多くのバイオマスを根に割り当てると、地下水面をさらに掘り下げ、根塊をさらに横方向に伸ばすことで、水の吸収を高めることができます。根毛の増加は、吸収の増加にも役立ちます。極度の土壌干ばつがあると、休眠状態になるため、バイオマスを発芽させるための根の増加はありません。[11]水の利用可能性は葉の表面積にも影響を与えます。表面積が多すぎると、水分が少ない状態で過度の蒸散が生じる可能性があるからです。

分配の生物的要因

生物間の相互作用は、資源の競合、資源の共有、または植物バイオマスの削減により、分配を変更することもあります。

競争

間および種内競争は、個々の植物が利用できる資源を減少させ、バイオマスの分配方法を変える可能性があります。たとえば、植物間の競争は、根の成長と茎の高さを増加させる一方で、枝と茎の放射状の成長を減少させます。[12]これは、競争の激しい環境でフィットネスを維持する上での表現型の可塑性の重要性を説明するものです。植物が形態を変化させる能力が優れているほど、競争力が高くなります。

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菌類は植物に水と栄養素を与え、植物は光合成から菌類に糖を与えます.

菌根菌との共生

植物と菌根菌との関係は相利共生の一例です。なぜなら、植物は菌類に炭水化物を提供し、菌根菌は植物がより多くの水と栄養素を吸収するのを助けるからです. 菌根菌は植物の地下資源の取り込みを増加させるため、菌類と相利共生関係を形成する植物はシュートの成長を刺激し、シュートと根の比率を高めます。[13]

草食

草食は、葉の質量および/または茎の質量の短期的な減少を引き起こし、植物部分の安定性と割合を変化させます。栄養素/水の取り込みと光合成速度のバランスを回復するために、植物はより多くのエネルギーを茎と葉に送ります. 高レベルの落葉 (葉面積の 25% 以上) を引き起こす草食性は、落葉前と同じシュートと根の比率を達成しようとして、シュートの成長を増加させます。[14]したがって、落葉はまた、落葉前の根とシュートの比率が回復するまで、根の成長と栄養摂取を減少させます。

植物の種類

異なる植物は異なる構造と成長形態を持っているため、バイオマスの分配も同じではありません。たとえば、常緑樹は落葉樹に比べて葉の質量分率 (LMF) が高くなります。さらに、草本植物の根の可塑性が高いため、茎と根の比率は木本植物よりも草本植物の方が種間で大きく異なります。さらに、草本の単子葉植物またはグラミノイドは、草本の双子葉植物と比較して、総質量比 (RMF) に対する根が大きくなっています。[15]草本の単子葉植物と双子葉植物の違いは、栄養素の取り込み効率の違い、またはグラミノイドがより多くのデンプンと栄養素を蓄え、火や放牧後に再成長する必要があることによって説明される可能性があります. バイオマスの分配は、植物の炭素固定方法 ( C3またはC4 ) によっても影響を受ける可能性があります。草本の単子葉植物の場合、光合成の種類はパーセンタイルの LMF または RMF に影響しませんが、草本の双子葉植物では、C4 種の RMF が低くなります。[15]植物のライフサイクルはまた、葉、根、茎の異なる配分戦略と比率を引き起こす可能性があります。同じサイズの真性多年草と比較して、一年生植物は多年生種よりも葉と茎の成長により多くのエネルギーを注ぎます. [15]

年齢

バイオマスの分割パターンも、植物の老化に伴って変化する可能性があります。2、15、30 、および 65 歳のストロバスマツの林分では、根とシュートの比率はそれぞれ 0.32、0.24、0.16、および 0.22 であり、成長の最初の数十年間でシュートの質量と比較して根の質量が減少したことを示しています。[16]樹齢は、樹木がバイオマスを幹のさまざまな構成要素に分割する方法にも影響します。幹への分割が増加するにつれて、枝の成長と葉の表面積は年齢とともに減少します。[16]

方法/測定

多くのバイオマス分割研究は、成長を制限する資源のレベルを増減させ、その影響を観察する操作実験で構成されています。多くの場合、これらの研究では、温室で栽培された鉢植えの植物を使用して、密度、過剰な栄養素、低照度などの影響を測定します。他の研究では、自然に発生する植物の観察と分析に焦点を当てたり、以前の測定値のデータ分析を使用したりする場合があります。バイオマスの分配を決定するための方法と測定は、より大きな植物の重量と体積のために非常に困難な場合があります。さらに、根の大きさと重さを測定するには、正確な測定値を得るために、洗浄と慎重な土の除去が必要です。[2]植物のバイオマスは、多くの場合、葉の質量分率 (LMF)、茎の質量分率 (SMF)、および根の質量分率 (RMF) の観点から測定されます。ここで、植物部分の乾燥質量は、植物の総乾燥質量に対して設定されます。[2]横方向、放射状、および高さの増加は、成長率を定量化するために使用されます。

も参照

参考文献

  1. ^ Farrar、JF。ジョーンズ、DL (2000)。「根による炭素獲得の制御」 . 新しい植物学者147 (1): 43–53. ドイ: 10.1046/j.1469-8137.2000.00688.x . ISSN  1469-8137
  2. ^ a b c d e 貧乏人、ヘンドリック。ニクラス、カール J.; ライヒ、ピーター B.; オレクシン、ヤセク。プーさん、ピーター。Mommer、Liesje (2012)。「葉、茎、根へのバイオマス配分:種間変異と環境制御のメタ分析」 . 新しい植物学者193 (1): 30–50. ドイ: 10.1111/j.1469-8137.2011.03952.x . ISSN 1469-8137PMID 22085245  
  3. ^ Mohammed, Toungos (2018-08-06). 「作物生産における植物成長物質:レビュー」 . {{cite journal}}:引用ジャーナルが必要です|journal=( help )
  4. ^ a b c ウー、フージョン; バオ、ウェイカイ; リー、ファングラン。ウー、ニン (2008-05-01)。「Sophora davidii 苗木の成長、バイオマス分配、および水利用効率に対する干ばつストレスと N 供給の影響」。環境および実験植物学63 (1–3): 248–255. ドイ: 10.1016/j.envexpbot.2007.11.002 .
  5. ^ Ploeg, RR van der; ベーム、W。Kirkham、MB (1999)。「植物のミネラル栄養理論と最小法則の起源について」 . アメリカジャーナルの土壌科学協会63 (5): 1055–1062。ビブコード: 1999SSASJ..63.1055V . ドイ: 10.2136/sssaj1999.6351055x . ISSN 1435-0661 
  6. ^ 王、G. ジェフ。Bauerle、ウィリアムL.; マダー、ブライアン T. (2006-05-01)。「アメリカのクリ (カスタネア デンタータ) の実生における光合成、成長、およびバイオマス割り当てに対する光順応の影響」 . 森林の生態と管理226 (1): 173–180. doi : 10.1016/j.foreco.2005.12.063 . ISSN 0378-1127 . 
  7. ^ a b Chu、Celia C.; コールマン、ジェームズ・S。ムーニー、ハロルド A. (1992-04-01)。「根と新芽の間のバイオマス分割の制御: 大気中の CO2 濃縮と野生ダイコンにおける炭素と窒素の獲得と配分」. オエコロジー89 (4): 580–587. ビブコード: 1992Oecol..89..580C . ドイ: 10.1007/BF00317167 . ISSN 1432-1939 . PMID 28311891S2CID 24092595 .   
  8. ^ Bernacchi、CJ。コールマン、JS。バザズ、FA; McConnaughay、KDM (2000)。「CO2 の上昇した環境で栽培された古い畑の一年生種におけるバイオマスの割り当て: 最適な分割の証拠はない」. グローバルチェンジバイオロジー6 (7): 855–863。ビブコード: 2000GCBio...6..855B . ドイ: 10.1046/j.1365-2486.2000.00370.x . ISSN 1365-2486S2CID 85074078 .  
  9. ^ b カンブイ CA; Svennerstam H; グラフマン L; ノルディンA; ガネテグ U; ら。(2011)。「植物バイオマス分配のパターンは窒素源に依存する」 . プロスワン6 (4): e19211。ビブコード: 2011PLoSO...619211C . ドイ: 10.1371/journal.pone.0019211 . PMC 3081341 . PMID 21544211  
  10. ^ Breckle、S. -W.; Kahle, H. (1992-07-01)。「有毒な重金属 (Cd、Pb) がブナ (Fagus sylvatica L.) の成長とミネラル栄養に及ぼす影響」. 植生101 (1): 43–53. ドイ: 10.1007/BF00031914 . ISSN 1573-5052S2CID 25502214 .  
  11. ^ 徐真珠; 周、広盛。清水秀行 (2010-06-01). 「干ばつと水やりに対する植物の反応」 . 植物のシグナル伝達と行動5 (6): 649–654。ドイ: 10.4161/psb.5.6.11398 . ISSN 1559-2324PMC 3001553 . PMID 20404516 .   
  12. ^ ヤン、シャオチョウ; 張文輝; 彼、Quu-yue (2019-01-01)。「コナラ Liaotungensis の成長、アーキテクチャ、およびバイオマス割り当てに対する種内競争の影響」 . 植物相互作用のジャーナル14 (1): 284–294。ドイ: 10.1080/17429145.2019.1629656 . ISSN 1742-9145 
  13. ^ Veresoglou, Stavros D.; メネクセス、ジョージ。Rillig、Matthias C. (2012-04-01)。「アーバスキュラー菌根菌は、宿主植物バイオマスのシュートと根へのアロメトリック分配に影響を与えますか?1990年から2010年までの研究のメタ分析」. 菌根菌22 (3): 227–235. ドイ: 10.1007/s00572-011-0398-7 . ISSN 1432-1890PMID 21710352S2CID 17929759 .   
  14. ^ ミハリアック、チャールズ A.; リンカーン、デビッド E. (1989-03-01)。「植物バイオマスの分配と化学的防御:落葉と硝酸塩制限への対応」. オエコロジー80 (1): 122–126. ビブコード: 1989Oecol..80..122M . ドイ: 10.1007/BF00789940 . ISSN 1432-1939 . PMID 23494354S2CID 6606602 .   
  15. ^ a b c かわいそう、ヘンドリック。Jagodzinski、Andrzej M.; ルイス・ペイナド、リカルド。クヤー、シェム。ルオ、ユンジャン。オレクシン、ヤセク。ウソルツェフ、ウラジミールA。バックリー、トーマス・N。ライヒ、ピーター B.; サック、ローレン (2015 年 11 月)。「バイオマス分布はサイズによってどのように変化し、種によって異なるのか? 5 つの大陸からの 1200 の植物種の分析」 . 新しい植物学者208 (3): 736–749. ドイ: 10.1111/nph.13571 . ISSN 0028-646X . PMC 5034769 . PMID 26197869   
  16. ^ a b Peichl、Matthias; Arain、M. Altaf (2007-12-15)。「シロマツ林の年代順における地上および地下の樹木バイオマスのアロメトリーと分配」 . 森林の生態と管理253 (1): 68–80. doi : 10.1016/j.foreco.2007.07.003 . ISSN 0378-1127 . 
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