Корни и побеги растений по-разному реагируют на изменения среды
Исследователи из Экологически-ботанического сада (ÖBG) Университета Байройта показали, что растения адаптируют рост своих корней и побегов по-разному в ответ на изменения окружающей среды. Учёные оспаривают прежние оценки влияния изменения климата на растения, которые часто экстраполировали данные с надземных на подземные структуры. Результаты опубликованы в журнале Plant and Soil.
Стресс для растений создаёт не только изменение климата (рост температур и засухи), но и изменение условий доступности питательных веществ в почве из-за деятельности человека (сельское хозяйство, промышленность, транспорт). Однако многие исследования фокусируются только на надземной части растения (побеге) и обобщают выводы на всё растение.
Поскольку корни критически важны для поглощения воды и питательных веществ, необходимо понимать, применимы ли результаты исследований побегов к корневым системам. Это, в свою очередь, позволит лучше понять влияние изменения климата и антропогенного воздействия на дикие и культурные растения.
В многофакторном тепличном эксперименте под руководством докторов Лены Мюффлер-Вайгель и Роберта Вайгеля (руководителей Ботанического сада Университета Байройта) изучалось влияние поступления питательных веществ и засухи на корневые системы растений. Для исследования были выбраны щавель обыкновенный (Rumex acetosa) и подорожник ланцетолистный (Plantago lanceolata).
«Оба вида широко распространены на местных лугах и вдоль дорог. Именно поэтому они представляли для нас интерес — как представители умеренных пастбищных и луговых экосистем Европы», — поясняет доктор Мюффлер-Вайгель.
В теплице исследователи изучали эффекты поступления питательных веществ и засухи как по отдельности, так и в комбинации. Они варьировали уровни полива и удобрения, высаживая два вида как по отдельности, так и вместе. Это позволило определить, как различные факторы взаимодействуют, влияя на рост растений.
«В нашем эксперименте мы показали, что именно дефицит питательных веществ заставляет растения больше инвестировать в развитие корней», — объясняет доктор Мюффлер-Вайгель. В условиях низкой доступности питательных веществ подземные части растения активно реагируют, чтобы компенсировать их ограниченное поступление.
В отличие от этого, типичные признаки побегов, такие как размер листьев, демонстрировали консервативную стратегию использования ресурсов при их ограничении: минимальный рост и медленное, целенаправленное использование питательных веществ для избежания их растраты. «Корни и побеги реагируют по-разному, и их необходимо рассматривать скорее как интегрированную систему в экологических оценках», — говорит доктор Мюффлер-Вайгель.
Увеличение поступления питательных веществ в умеренных экосистемах может в некоторой степени компенсировать потери продуктивности надземной биомассы, связанные с засухой, так как при обилии питательных веществ растения больше инвестируют в рост побегов. Однако рост уровня питательных веществ в сочетании с усилением засухи (оба явления наблюдаются в контексте глобального потепления) оказывают двойной негативный эффект на развитие корневой биомассы: при сильном удобрении растения перестают активно инвестировать в рост корней, ограничивая свою способность находить новые источники воды, а засуха снижает общий рост.
«Наше исследование показывает, что на биосферу нельзя автоматически полагаться как на поглотитель углерода при увеличении поступления питательных веществ и усилении засухи. Экологические оценки социально-экономических сценариев, основанные на наблюдениях за надземной биомассой, недооценивают негативные эффекты глобальных изменений на корневую биомассу и, следовательно, на долгосрочное связывание углерода. Наши выводы подчёркивают необходимость включения корневой зоны в климатическую политику», — резюмирует доктор Мюффлер-Вайгель.