Однолетнее растение

Однолетнее растение — это растение, которое завершает свой жизненный цикл от прорастания до образования семян в течение одного вегетационного периода , а затем умирает. Во всем мире 6% всех видов растений и 15% травянистых растений (за исключением деревьев и кустарников) являются однолетними. ^{[ 1 ]} Годовой жизненный цикл независимо возник более чем в 120 различных семействах растений на протяжении всей филогении покрытосеменных. ^{[ 2 ]}

Эволюционные и экологические движущие силы годового жизненного цикла.

Традиционно преобладало предположение, что однолетние произошли от предков многолетних. Однако недавние исследования ставят под сомнение это представление, обнаруживая случаи, когда многолетние растения произошли от однолетних предков. ^{[ 3 ]} Интересно, что модели предполагают, что скорость перехода от годового к многолетнему жизненному циклу в два раза быстрее, чем обратный переход. ^{[ 4 ]}

Теория истории жизни утверждает, что однолетние растения отдаются предпочтение, когда смертность взрослых особей выше, чем смертность рассады (или семян). ^{[ 5 ]} т.е. однолетние растения будут доминировать в среде с нарушениями или высокой временной изменчивостью, что снижает выживаемость взрослых особей. Эта гипотеза находит подтверждение в наблюдениях за увеличением распространенности однолетних растений в регионах с жарким засушливым летом. ^{[ 1 ]}^{[ 4 ]}^{[ 6 ]} с повышенной смертностью имаго и высокой стойкостью семян. Кроме того, эволюция годового жизненного цикла в условиях жаркого засушливого лета у разных семейств делает его одним из лучших примеров конвергентной эволюции . ^{[ 1 ]}^{[ 4 ]}^{[ 3 ]} Кроме того, на годовую распространенность также положительно влияет межгодовая изменчивость. ^{[ 1 ]}

Во всем мире распространенность однолетних растений имеет тенденцию к росту по мере увеличения воздействия человека. ^{[ 1 ]} Более того, было установлено, что домашний выпас способствует увеличению численности однолетних растений на лугах. ^{[ 7 ]} Нарушения, связанные с такой деятельностью, как выпас скота и сельское хозяйство, особенно после заселения европейцами, способствовали вторжению однолетних видов из Европы и Азии в Новый Свет.

В различных экосистемах доминирование однолетних растений часто является временной фазой вторичной сукцессии , особенно после нарушений. Например, после того, как поля заброшены, однолетние растения могут первоначально заселить их, но в конечном итоге заменяются долгоживущими видами. ^{[ 8 ]} Однако в некоторых средиземноморских системах разворачивается уникальный сценарий: когда однолетние растения доминируют, многолетние растения не обязательно вытесняют их. ^{[ 9 ]} Эта особенность объясняется наличием альтернативных стабильных состояний в системе: как годичное доминирование, так и многолетние состояния оказываются стабильными, при этом окончательное состояние системы зависит от начальных условий. ^{[ 10 ]}

Особенности однолетних растений и их значение для сельского хозяйства.

Однолетние растения обычно демонстрируют более высокую скорость роста, отдают больше ресурсов семенам и меньше ресурсов корням, чем многолетние растения. ^{[ 11 ]} В отличие от многолетних растений, которые характеризуются долгоживущими растениями и недолговечными семенами, однолетние растения компенсируют свою меньшую долговечность за счет поддержания более высокой устойчивости почвенных семенных банков . ^{[ 12 ]} Эти различия в стратегиях жизненного цикла глубоко влияют на функционирование и услуги экосистем. Например, однолетние растения, выделяя меньше ресурсов под землей, играют незначительную роль в уменьшении эрозии, хранении органического углерода и достижении более низкой эффективности использования питательных веществ и воды, чем многолетние растения. ^{[ 13 ]}

Различия между однолетними и многолетними растениями особенно очевидны в сельскохозяйственном контексте. Несмотря на то, что однолетние виды составляют незначительную часть мировой биомассы, они являются основным источником пищи для человечества, вероятно, из-за того, что они выделяют больше ресурсов на производство семян, тем самым повышая продуктивность сельского хозяйства. В эпоху антропоцена, ознаменовавшуюся воздействием человека на окружающую среду, произошло существенное увеличение глобального покрова однолетних растений. ^{[ 14 ]} Этот сдвиг в первую очередь объясняется преобразованием природных систем, в которых часто преобладают многолетние растения, в однолетние пахотные земли. В настоящее время однолетние растения покрывают около 70% пахотных земель и обеспечивают около 80% мирового потребления продуктов питания. ^{[ 15 ]}

Молекулярная генетика

В 2008 году было обнаружено, что инактивация всего двух генов у одного вида однолетнего растения приводит к его превращению в многолетнее растение . ^{[ 16 ]} Исследователи деактивировали гены SOC1 и FUL (которые контролируют время цветения) Arabidopsis thaliana . Этот переключатель установил фенотипы, общие для многолетних растений, такие как древесина .

См. также

Двулетнее растение - цветущее растение, которому требуется два года для завершения биологического жизненного цикла.
Многолетнее растение – растение, живущее более двух лет.
Монокарпическое растение – ботаническая жизненная стратегия. . Растение, которое цветет и дает семена один раз, а затем умирает.
Эфемерное растение

Ссылки

^ Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и Поппенваймер, Тайлер; Мэйроуз, Вчера; ДеМалах, Нив (8 ноября 2023 г.). «Пересмотр мировой биогеографии однолетних и многолетних растений» . Природа 624 (7990): 109–114. arXiv : 2304.13101 . дои : 10.1038/s41586-023-06644-x . ISSN 1476-4687 . ПМЦ 10830411 . ПМИД 37938778 . S2CID 260332117 .
^ Фридман, Дженнис (2 ноября 2020 г.). «Эволюция истории жизни однолетних и многолетних растений: экологические корреляты и генетические механизмы» . Ежегодный обзор экологии, эволюции и систематики . 51 (1): 461–481. doi : 10.1146/annurev-ecolsys-110218-024638 . ISSN 1543-592X . S2CID 225237602 .
^ Перейти обратно: ^а ^б Йертаас, Ане К.; Престон, Джилл С.; Кайнулайнен, Кент; Хамфрис, Элис М.; Фьельхайм, Сири (2023). «Конвергентная эволюция синдрома годовой истории жизни от многолетних предков» . Границы в науке о растениях . 13 . дои : 10.3389/fpls.2022.1048656 . ISSN 1664-462X . ПМЦ 9846227 . PMID 36684797 .
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с Бойко, Джеймс Д.; Хаген, Эрик Р.; Болье, Джереми М.; Васконселос, Тайс (ноябрь 2023 г.). «Эволюционные реакции стратегий жизненного цикла на климатическую изменчивость цветковых растений» . Новый фитолог . 240 (4): 1587–1600. дои : 10.1111/nph.18971 . ISSN 0028-646X . ПМИД 37194450 .
^ Чарнов, Эрик Л.; Шаффер, Уильям М. (ноябрь 1973 г.). «Последствия естественного отбора для истории жизни: новый взгляд на результат Коула» . Американский натуралист . 107 (958): 791–793. дои : 10.1086/282877 . ISSN 0003-0147 . S2CID 264255777 .
^ Тейлор, Аманда; Вайгельт, Патрик; Денель, Пьер; Цай, Лиронг; Крефт, Хольгер (ноябрь 2023 г.). «Вклад форм жизни и роста растений в глобальные градиенты разнообразия сосудистых растений» . Новый фитолог . 240 (4): 1548–1560. дои : 10.1111/nph.19011 . ISSN 0028-646X . ПМИД 37264995 .
^ Диас, Сандра; Лаворель, Сандра; Макинтайр, Сью; Фальчук, Валерия; Казановес, Фердинанд; Милчунас, Дэниел Г.; Скарп, Кристина; Раш, Грасиела; Штернберг, Марсело; Ной-Меир, Иммануэль; Ландсберг, Джилл; Чжан, Вэй; Кларк, Гарри; Кэмпбелл, Брюс Д. (февраль 2007 г.). «Реакция растений на выпас – глобальный синтез» . Биология глобальных изменений . 13 (2): 313–341. Бибкод : 2007GCBio..13..313D . дои : 10.1111/j.1365-2486.2006.01288.x . hdl : 11336/42236 . ISSN 1354-1013 . S2CID 84886127 .
^ Кларк, Адам Томас; Кнопс, Йоханнес М.Х.; Тилман, Дэйв (март 2019 г.). Барджетт, Ричард (ред.). «Условные факторы объясняют среднее расхождение в функциональном составе за 88 лет старой последовательности месторождений» . Журнал экологии . 107 (2): 545–558. Бибкод : 2019JEcol.107..545C . дои : 10.1111/1365-2745.13070 . ISSN 0022-0477 .
^ Уриккио, Лоуренс Х.; Доус, С. Кэролайн; Спир, Эрин Р.; Мордекай, Эрин А. (февраль 2019 г.). «Эффекты приоритета и неиерархическая конкуренция формируют видовой состав в сложном пастбищном сообществе» . Американский натуралист . 193 (2): 213–226. дои : 10.1086/701434 . ISSN 0003-0147 . ПМЦ 8518031 . ПМИД 30720356 .
^ ДеМалах, Нив; Шнерб, Надав; Фуками, Тадаши (1 августа 2021 г.). «Альтернативные состояния растительных сообществ, движимые компромиссом жизненного цикла и демографической стохастичностью» . Американский натуралист . 198 (2): Е27–Е36. arXiv : 1812.03971 . дои : 10.1086/714418 . ISSN 0003-0147 . ПМИД 34260874 . S2CID 226191832 .
^ Вико, Джулия; Мандзони, Стефано; Нкурунзиза, Либере; Мерфи, Кевин; Вей, Мартин (январь 2016 г.). «Компромисс между выходом семян и продолжительностью жизни - количественное сравнение признаков однолетних и многолетних родственных видов» . Новый фитолог . 209 (1): 104–114. дои : 10.1111/nph.13574 . ISSN 0028-646X . ПМИД 26214792 .
^ ДеМалах, Нив; Кигель, Хайме; Штернберг, Марсело (1 марта 2023 г.). «Контрастная динамика семенных банков и стоячей растительности однолетних и многолетних растений по градиенту осадков» . Перспективы экологии, эволюции и систематики растений . 58 : 125718. arXiv : 2301.12696 . дои : 10.1016/j.ppees.2023.125718 . ISSN 1433-8319 . S2CID 256389403 .
^ Гловер, Джерри Д.; Реганольд, Джон П.; Кокс, Синди М. (сентябрь 2012 г.). «Посадите многолетние растения, чтобы спасти почвы Африки» . Природа . 489 (7416): 359–361. дои : 10.1038/489359а . ISSN 1476-4687 . ПМИД 22996532 .
^ Фоли, Джонатан А.; ДеФрис, Рут; Аснер, Грегори П.; Барфорд, Кэрол; Бонан, Гордон; Карпентер, Стивен Р.; Чапин, Ф. Стюарт; Коу, Майкл Т.; Дейли, Гретхен К.; Гиббс, Холли К.; Хелковски, Джозеф Х.; Холлоуэй, Трейси; Ховард, Эрика А.; Кучарик, Кристофер Дж.; Монфреда, Чад (22 июля 2005 г.). «Глобальные последствия землепользования» . Наука . 309 (5734): 570–574. Бибкод : 2005Sci...309..570F . дои : 10.1126/science.1111772 . ISSN 0036-8075 . ПМИД 16040698 . S2CID 5711915 .
^ Пиментел, Дэвид; Серасале, Дэвид; Стэнли, Роуз К.; Перлман, Рэйчел; Ньюман, Элиза М.; Брент, Линкольн К.; Муллан, Аманда; Чанг, Дебби Тай-И (15 октября 2012 г.). «Годовое и многолетнее производство зерна» . Сельское хозяйство, экосистемы и окружающая среда . 161 : 1–9. дои : 10.1016/j.agee.2012.05.025 . ISSN 0167-8809 .
^ Мельцер, С; Линза, Ф; Геннен, Дж; Ваннест, С; Роде, А; Бекман, Т. (2008). «Гены времени цветения модулируют детерминированность меристемы и форму роста Arabidopsis thaliana» . Природная генетика . 40 (12): 1489–92. дои : 10.1038/ng.253 . ПМИД 18997783 . S2CID 13225884 .

Внешние ссылки

[:0-1] Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и Поппенваймер, Тайлер; Мэйроуз, Вчера; ДеМалах, Нив (8 ноября 2023 г.). «Пересмотр мировой биогеографии однолетних и многолетних растений» . Природа 624 (7990): 109–114. arXiv : 2304.13101 . дои : 10.1038/s41586-023-06644-x . ISSN 1476-4687 . ПМЦ 10830411 . ПМИД 37938778 . S2CID 260332117 .

[2] Фридман, Дженнис (2 ноября 2020 г.). «Эволюция истории жизни однолетних и многолетних растений: экологические корреляты и генетические механизмы» . Ежегодный обзор экологии, эволюции и систематики . 51 (1): 461–481. doi : 10.1146/annurev-ecolsys-110218-024638 . ISSN 1543-592X . S2CID 225237602 .

[:2-3] Перейти обратно: ^а ^б Йертаас, Ане К.; Престон, Джилл С.; Кайнулайнен, Кент; Хамфрис, Элис М.; Фьельхайм, Сири (2023). «Конвергентная эволюция синдрома годовой истории жизни от многолетних предков» . Границы в науке о растениях . 13 . дои : 10.3389/fpls.2022.1048656 . ISSN 1664-462X . ПМЦ 9846227 . PMID 36684797 .

[:1-4] Перейти обратно: ^а ^б ^с Бойко, Джеймс Д.; Хаген, Эрик Р.; Болье, Джереми М.; Васконселос, Тайс (ноябрь 2023 г.). «Эволюционные реакции стратегий жизненного цикла на климатическую изменчивость цветковых растений» . Новый фитолог . 240 (4): 1587–1600. дои : 10.1111/nph.18971 . ISSN 0028-646X . ПМИД 37194450 .

[5] Чарнов, Эрик Л.; Шаффер, Уильям М. (ноябрь 1973 г.). «Последствия естественного отбора для истории жизни: новый взгляд на результат Коула» . Американский натуралист . 107 (958): 791–793. дои : 10.1086/282877 . ISSN 0003-0147 . S2CID 264255777 .

[6] Тейлор, Аманда; Вайгельт, Патрик; Денель, Пьер; Цай, Лиронг; Крефт, Хольгер (ноябрь 2023 г.). «Вклад форм жизни и роста растений в глобальные градиенты разнообразия сосудистых растений» . Новый фитолог . 240 (4): 1548–1560. дои : 10.1111/nph.19011 . ISSN 0028-646X . ПМИД 37264995 .

[7] Диас, Сандра; Лаворель, Сандра; Макинтайр, Сью; Фальчук, Валерия; Казановес, Фердинанд; Милчунас, Дэниел Г.; Скарп, Кристина; Раш, Грасиела; Штернберг, Марсело; Ной-Меир, Иммануэль; Ландсберг, Джилл; Чжан, Вэй; Кларк, Гарри; Кэмпбелл, Брюс Д. (февраль 2007 г.). «Реакция растений на выпас – глобальный синтез» . Биология глобальных изменений . 13 (2): 313–341. Бибкод : 2007GCBio..13..313D . дои : 10.1111/j.1365-2486.2006.01288.x . hdl : 11336/42236 . ISSN 1354-1013 . S2CID 84886127 .

[8] Кларк, Адам Томас; Кнопс, Йоханнес М.Х.; Тилман, Дэйв (март 2019 г.). Барджетт, Ричард (ред.). «Условные факторы объясняют среднее расхождение в функциональном составе за 88 лет старой последовательности месторождений» . Журнал экологии . 107 (2): 545–558. Бибкод : 2019JEcol.107..545C . дои : 10.1111/1365-2745.13070 . ISSN 0022-0477 .

[9] Уриккио, Лоуренс Х.; Доус, С. Кэролайн; Спир, Эрин Р.; Мордекай, Эрин А. (февраль 2019 г.). «Эффекты приоритета и неиерархическая конкуренция формируют видовой состав в сложном пастбищном сообществе» . Американский натуралист . 193 (2): 213–226. дои : 10.1086/701434 . ISSN 0003-0147 . ПМЦ 8518031 . ПМИД 30720356 .

[10] ДеМалах, Нив; Шнерб, Надав; Фуками, Тадаши (1 августа 2021 г.). «Альтернативные состояния растительных сообществ, движимые компромиссом жизненного цикла и демографической стохастичностью» . Американский натуралист . 198 (2): Е27–Е36. arXiv : 1812.03971 . дои : 10.1086/714418 . ISSN 0003-0147 . ПМИД 34260874 . S2CID 226191832 .

[11] Вико, Джулия; Мандзони, Стефано; Нкурунзиза, Либере; Мерфи, Кевин; Вей, Мартин (январь 2016 г.). «Компромисс между выходом семян и продолжительностью жизни - количественное сравнение признаков однолетних и многолетних родственных видов» . Новый фитолог . 209 (1): 104–114. дои : 10.1111/nph.13574 . ISSN 0028-646X . ПМИД 26214792 .

[12] ДеМалах, Нив; Кигель, Хайме; Штернберг, Марсело (1 марта 2023 г.). «Контрастная динамика семенных банков и стоячей растительности однолетних и многолетних растений по градиенту осадков» . Перспективы экологии, эволюции и систематики растений . 58 : 125718. arXiv : 2301.12696 . дои : 10.1016/j.ppees.2023.125718 . ISSN 1433-8319 . S2CID 256389403 .

[13] Гловер, Джерри Д.; Реганольд, Джон П.; Кокс, Синди М. (сентябрь 2012 г.). «Посадите многолетние растения, чтобы спасти почвы Африки» . Природа . 489 (7416): 359–361. дои : 10.1038/489359а . ISSN 1476-4687 . ПМИД 22996532 .

[14] Фоли, Джонатан А.; ДеФрис, Рут; Аснер, Грегори П.; Барфорд, Кэрол; Бонан, Гордон; Карпентер, Стивен Р.; Чапин, Ф. Стюарт; Коу, Майкл Т.; Дейли, Гретхен К.; Гиббс, Холли К.; Хелковски, Джозеф Х.; Холлоуэй, Трейси; Ховард, Эрика А.; Кучарик, Кристофер Дж.; Монфреда, Чад (22 июля 2005 г.). «Глобальные последствия землепользования» . Наука . 309 (5734): 570–574. Бибкод : 2005Sci...309..570F . дои : 10.1126/science.1111772 . ISSN 0036-8075 . ПМИД 16040698 . S2CID 5711915 .

[15] Пиментел, Дэвид; Серасале, Дэвид; Стэнли, Роуз К.; Перлман, Рэйчел; Ньюман, Элиза М.; Брент, Линкольн К.; Муллан, Аманда; Чанг, Дебби Тай-И (15 октября 2012 г.). «Годовое и многолетнее производство зерна» . Сельское хозяйство, экосистемы и окружающая среда . 161 : 1–9. дои : 10.1016/j.agee.2012.05.025 . ISSN 0167-8809 .

[16] Мельцер, С; Линза, Ф; Геннен, Дж; Ваннест, С; Роде, А; Бекман, Т. (2008). «Гены времени цветения модулируют детерминированность меристемы и форму роста Arabidopsis thaliana» . Природная генетика . 40 (12): 1489–92. дои : 10.1038/ng.253 . ПМИД 18997783 . S2CID 13225884 .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

[ 12 ]

[ 13 ]

[ 14 ]

[ 15 ]

[ 16 ]