Годовой завод
Годовое растение - это растение, которое завершает свой жизненный цикл , от прорастания до производства 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 ] Ежегодный жизненный цикл независимо появился в более чем 120 различных семействах растений по всей филогении на покрытосеменщике . [ 2 ]
Эволюционные и экологические драйверы годового жизненного цикла
[ редактировать ]Традиционно было преобладающее предположение, что однолетние растения эволюционировали от многолетних предков. Тем не менее, недавние исследования бросают вызов этому понятию, выявляя случаи, когда многолетники развивались от годовых предков. [ 3 ] Интересно, что модели предполагают, что скорости перехода от годового к многолетним жизненному циклу в два раза быстрее, чем обратный переход. [ 4 ]
Теория истории жизни утверждает, что годовые растения предпочитают, когда смертность для взрослых выше смертности от саженцев (или семян), [ 5 ] IE, годовые сечения будут доминировать в окружающей среде с нарушениями или высокой временной изменчивостью, снижая выживаемость взрослых. Эта гипотеза обнаруживает поддержку в наблюдениях за увеличением распространенности годовых в регионах с горячим летом, [ 1 ] [ 4 ] [ 6 ] с повышенной смертностью для взрослых и высокой устойчивостью семян. Кроме того, эволюция годового жизненного цикла в рамках горячего лета в разных семьях делает его одним из лучших примеров сходящейся эволюции . [ 1 ] [ 4 ] [ 3 ] Кроме того, годовая распространенность также положительно влияет на изменчивость года. [ 1 ]
Во всем мире распространенность ежегодных растений демонстрирует повышение тенденции с растущим человеческим следствием. [ 1 ] Более того, домашний выпас был определен как способствование усиленной изобилии однолетних растений на лугах. [ 7 ] Беспорядки, связанные с такими видами деятельности, как выпас выпаса и сельское хозяйство, особенно после европейского поселения, способствовали вторжению ежегодных видов из Европы и Азии в новый мир.
В различных экосистемах доминирование годовых растений часто является временной фазой во время вторичной преемственности , особенно после последствий беспорядков. Например, после того, как поля будут заброшены, однолетние растения могут изначально колонизировать их, но в конечном итоге заменяются долгоживущими видами. [ 8 ] Однако в некоторых средиземноморских системах разворачивается уникальный сценарий: когда однолетние растения устанавливают доминирование, многолетние растения не обязательно вытесняют их. [ 9 ] Эта особенность объясняется альтернативными стабильными состояниями в системе - как годовое доминирование, так и многолетние состояния оказываются стабильными, причем состояние окончательного состояния системы зависит от начальных условий. [ 10 ]
Черты однолетних растений и их значение для сельского хозяйства
[ редактировать ]Годовые растения обычно демонстрируют более высокие темпы роста, распределяют больше ресурсов на семена и выделяют меньше ресурсов на корни, чем многолетние растения. [ 11 ] В отличие от многолетних растений, в которых есть долгоживущие растения и короткоживущие семена, годовые растения компенсируют их более низкую продолжительность жизни, сохраняя более высокую стойкость местных банков почвы . [ 12 ] Эти различия в стратегиях жизненной истории глубоко влияют на функционирование и услуги экосистемы. Например, однолетние растения, распределяя меньше ресурсов под землей, играют незначительную роль в снижении эрозии, хранении органического углерода и достижении более низкой эффективности питательных веществ и водопользования, чем многолетние растения. [ 13 ]
Различия между ежегодными и многолетними растениями заметно очевидны в сельскохозяйственных контекстах. Несмотря на то, что он составляет небольшую часть глобальной биомассы, годовые виды выделяются в качестве основного источника пищи для человечества, вероятно, благодаря их большему распределению ресурсов для производства семян, тем самым повышая продуктивность сельского хозяйства. В эпоху антропоцена, отмеченная воздействием человека на окружающую среду, наблюдается значительное увеличение глобального покрытия однолетних. [ 14 ] Этот сдвиг в первую очередь объясняется конверсией природных систем, в которых часто преобладают многолетники, в годовые пахотные земли. В настоящее время годовые растения охватывают приблизительно 70% пахотных земель и способствуют около 80% потребления продуктов по всему миру. [15]
Molecular genetics
[edit]In 2008, it was discovered that the inactivation of only two genes in one species of annual plant leads to its conversion into a perennial plant.[16] Researchers deactivated the SOC1 and FUL genes (which control flowering time) of Arabidopsis thaliana. This switch established phenotypes common in perennial plants, such as wood formation.
See also
[edit]- Biennial plant – Flowering plant that takes two years to complete its biological life cycle
- Perennial plant – Plant that lives for more than two years
- Monocarpic plant – Plants that flower and set seeds only once - Plant that flowers & sets seeds once, then dies.
- Ephemeral plant
References
[edit]- ^ Jump up to: a b c d e Poppenwimer, Tyler; Mayrose, Itay; DeMalach, Niv (8 November 2023). "Revising the global biogeography of annual and perennial plants". Nature. 624 (7990): 109–114. arXiv:2304.13101. doi:10.1038/s41586-023-06644-x. ISSN 1476-4687. PMC 10830411. PMID 37938778. S2CID 260332117.
- ^ Friedman, Jannice (2 November 2020). "The Evolution of Annual and Perennial Plant Life Histories: Ecological Correlates and Genetic Mechanisms". Annual Review of Ecology, Evolution, and Systematics. 51 (1): 461–481. doi:10.1146/annurev-ecolsys-110218-024638. ISSN 1543-592X. S2CID 225237602.
- ^ Jump up to: a b Hjertaas, Ane C.; Preston, Jill C.; Kainulainen, Kent; Humphreys, Aelys M.; Fjellheim, Siri (2023). "Convergent evolution of the annual life history syndrome from perennial ancestors". Frontiers in Plant Science. 13. doi:10.3389/fpls.2022.1048656. ISSN 1664-462X. PMC 9846227. PMID 36684797.
- ^ Jump up to: a b c Boyko, James D.; Hagen, Eric R.; Beaulieu, Jeremy M.; Vasconcelos, Thais (November 2023). "The evolutionary responses of life-history strategies to climatic variability in flowering plants". New Phytologist. 240 (4): 1587–1600. doi:10.1111/nph.18971. ISSN 0028-646X. PMID 37194450.
- ^ Charnov, Eric L.; Schaffer, William M. (November 1973). "Life-History Consequences of Natural Selection: Cole's Result Revisited". The American Naturalist. 107 (958): 791–793. doi:10.1086/282877. ISSN 0003-0147. S2CID 264255777.
- ^ Taylor, Amanda; Weigelt, Patrick; Denelle, Pierre; Cai, Lirong; Kreft, Holger (November 2023). "The contribution of plant life and growth forms to global gradients of vascular plant diversity". New Phytologist. 240 (4): 1548–1560. doi:10.1111/nph.19011. ISSN 0028-646X. PMID 37264995.
- ^ Díaz, Sandra; Lavorel, Sandra; McIntyre, Sue; Falczuk, Valeria; Casanoves, Fernando; Milchunas, Daniel G.; Skarpe, Christina; Rusch, Graciela; Sternberg, Marcelo; Noy-Meir, Imanuel; Landsberg, Jill; Zhang, Wei; Clark, Harry; Campbell, Bruce D. (February 2007). "Plant trait responses to grazing – a global synthesis". Global Change Biology. 13 (2): 313–341. Bibcode:2007GCBio..13..313D. doi:10.1111/j.1365-2486.2006.01288.x. hdl:11336/42236. ISSN 1354-1013. S2CID 84886127.
- ^ Clark, Adam Thomas; Knops, Johannes M. H.; Tilman, Dave (March 2019). Bardgett, Richard (ed.). "Contingent factors explain average divergence in functional composition over 88 years of old field succession". Journal of Ecology. 107 (2): 545–558. Bibcode:2019JEcol.107..545C. doi:10.1111/1365-2745.13070. ISSN 0022-0477.
- ^ Uricchio, Lawrence H.; Daws, S. Caroline; Spear, Erin R.; Mordecai, Erin A. (February 2019). "Priority Effects and Nonhierarchical Competition Shape Species Composition in a Complex Grassland Community". The American Naturalist. 193 (2): 213–226. doi:10.1086/701434. ISSN 0003-0147. PMC 8518031. PMID 30720356.
- ^ DeMalach, Niv; Shnerb, Nadav; Fukami, Tadashi (1 August 2021). "Alternative States in Plant Communities Driven by a Life-History Trade-Off and Demographic Stochasticity". The American Naturalist. 198 (2): E27–E36. arXiv:1812.03971. doi:10.1086/714418. ISSN 0003-0147. PMID 34260874. S2CID 226191832.
- ^ Vico, Giulia; Manzoni, Stefano; Nkurunziza, Libère; Murphy, Kevin; Weih, Martin (January 2016). "Trade-offs between seed output and life span – a quantitative comparison of traits between annual and perennial congeneric species". New Phytologist. 209 (1): 104–114. doi:10.1111/nph.13574. ISSN 0028-646X. PMID 26214792.
- ^ DeMalach, Niv; Kigel, Jaime; Sternberg, Marcelo (1 March 2023). "Contrasting dynamics of seed banks and standing vegetation of annuals and perennials along a rainfall gradient". Perspectives in Plant Ecology, Evolution and Systematics. 58: 125718. arXiv:2301.12696. doi:10.1016/j.ppees.2023.125718. ISSN 1433-8319. S2CID 256389403.
- ^ Glover, Jerry D.; Reganold, John P.; Cox, Cindy M. (September 2012). "Plant perennials to save Africa's soils". Nature. 489 (7416): 359–361. doi:10.1038/489359a. ISSN 1476-4687. PMID 22996532.
- ^ Foley, Jonathan A.; DeFries, Ruth; Asner, Gregory P.; Barford, Carol; Bonan, Gordon; Carpenter, Stephen R.; Chapin, F. Stuart; Coe, Michael T.; Daily, Gretchen C.; Gibbs, Holly K.; Helkowski, Joseph H.; Holloway, Tracey; Howard, Erica A.; Kucharik, Christopher J.; Monfreda, Chad (22 July 2005). "Global Consequences of Land Use". Science. 309 (5734): 570–574. Bibcode:2005Sci...309..570F. doi:10.1126/science.1111772. ISSN 0036-8075. PMID 16040698. S2CID 5711915.
- ^ Pimentel, David; Cerasale, David; Stanley, Rose C.; Perlman, Rachel; Newman, Elise M.; Brent, Lincoln C.; Mullan, Amanda; Chang, Debbie Tai-I (15 October 2012). "Annual vs. perennial grain production". Agriculture, Ecosystems & Environment. 161: 1–9. doi:10.1016/j.agee.2012.05.025. ISSN 0167-8809.
- ^ Melzer, S; Lens, F; Gennen, J; Vanneste, S; Rohde, A; Beeckman, T (2008). "Flowering-time genes modulate meristem determinacy and growth form in Arabidopsis thaliana". Nature Genetics. 40 (12): 1489–92. doi:10.1038/ng.253. PMID 18997783. S2CID 13225884.
External links
[edit]
