Pflanzen sind unglaublich komplexe Organismen, die sowohl auf biotische als auch auf abiotische Treiber reagieren können. Um zu verstehen, wie Pflanzen reagieren, konzentrieren wir uns traditionell auf oberirdische Merkmale wie Stammgröße oder Blattwerk. Genauso wichtig ist es jedoch, unterirdische Merkmale wie Wurzelmorphologie und Nährstoffaufnahme zu verstehen. In einem kürzlich erschienenen Artikel von Mengesha Asefa und Kollegen untersuchten Botaniker dies wie oberirdische und unterirdische Pflanzenmerkmale miteinander interagieren. Ihre Arbeit, veröffentlicht in Annals of Botany, untersucht auch, wie diese Merkmale auf Bodenfeuchtigkeitsgradienten und intraspezifische Konkurrenz, Konkurrenz mit Pflanzen der gleichen Art, reagieren.
Die Studie befasst sich mit dem „Spektrum der Pflanzenökonomie“. Dies ist eine Theorie, die besagt, dass Pflanzen eine Wahl haben. Sie können schnell expandieren, um Ressourcen zu sammeln, oder ihre Reserven bewahren, indem sie langsam wachsen, aber auch auf harte Zeiten vorbereitet sind. Schreiben in einem Kommentar, Monique Weemstra und Oscar Valverde-Barrantes sagen:
Die Theorie des „Pflanzenökonomie-Spektrums“ sagt voraus, dass Merkmalsausprägungen über Arten hinweg einen grundlegenden Kompromiss zwischen effizienter Ressourcenaufnahme und Erhaltung widerspiegeln (Reich, 2014), was zu zwei unterschiedlichen ökologischen Strategien führt. Es wird ferner davon ausgegangen, dass der Erfolg dieser Strategien von der Ressourcenumgebung abhängt und dass sich diese Kompromisse über und unter der Erde auf ähnliche Weise darstellen. Zum Beispiel hätten von Natur aus schnell wachsende Arten in ressourcenreichen Umgebungen effiziente, schnelle Blätter (z. B. große spezifische Blattfläche und Wurzeln (z. B. hohe spezifische Wurzellänge) für eine schnelle Ressourcenakquise, während stresstolerante Arten langsame, lange lebende Blätter und Wurzeln, um Ressourcen zu schonen und die Überlebensraten an ressourcenarmen Standorten zu erhöhen (Reich, 2014). Es häufen sich jedoch Beweise dafür, dass diese Beziehungen komplizierter sind als angenommen; z. B. spezifische Blattfläche und spezifische Wurzellänge korrelieren oft nicht zwischen den Arten (Weigelt et al., 2021).
Weemstra & Valverde-Barrantes 2022
Asefa und Kollegen untersuchten, wie Pflanzen darauf reagierten, indem sie fünf verschiedene tropische Baumarten in einem Gewächshaus anbauten und sie 16 Wochen lang überwachten. Um einen Bodenfeuchtigkeitsgradienten zu schaffen, versorgten sie die Sämlinge mit unterschiedlichen Bodenfeuchtigkeitsgehalten. Der niedrige Wert lag bei 10 % (Trockenheit), der mittlere bei 25 % und der hohe Wert bei 35 % (gut bewässert). Sie schlossen auch intraspezifische Konkurrenz ein, um zu sehen, wie die Pflanzen auf ihre Nachbarn reagierten. Nachdem die 16 Wochen abgelaufen waren, maßen sie eine Vielzahl von Merkmalen sowohl über als auch unter der Erde, um die Ergebnisse zu analysieren.
Die Botaniker stellten fest, dass die oberirdischen Merkmale der Art mit dem Spektrum der Blattökonomie übereinstimmten, während die unterirdischen Merkmale je nach Bodenfeuchtigkeit kontrastierende Muster zeigten. Unter gut bewässerten Bedingungen beobachteten sie eine hohe spezifische Blattfläche und Gesamtblattfläche, während sie unter Dürrebedingungen einen hohen Gehalt an Blatttrockenmasse, Blattdicke und Stängeltrockenmasse fanden. Es wurde auch festgestellt, dass intraspezifische Konkurrenz sowohl ober- als auch unterirdische Merkmale beeinflusst, aber mit der Bodenfeuchtigkeit interagiert, um nur unterirdische Merkmale zu beeinflussen. Diese Ergebnisse zeigen, dass die Bodenfeuchtigkeit einen signifikanten Einfluss sowohl auf ober- als auch auf unterirdische Merkmale haben kann und verwendet werden kann, um die funktionellen Reaktionen von Pflanzen auf ihre Umgebung besser zu verstehen.
Die Forschung hat gezeigt, dass die Beziehung zwischen oberirdischen und unterirdischen Pflanzenmerkmalen komplexer ist als bisher angenommen. Insbesondere stellten sie fest, dass Pflanzenmerkmale, die mit unterirdischen Merkmalen wie dem Wurzelwachstum assoziiert sind, nicht aus oberirdischen Merkmalen wie der Blattgröße abgeleitet werden können. Diese Trennung weist darauf hin, dass mehrere Ressourcennutzungsachsen benötigt werden, um zu verstehen, wie Pflanzen mit ihrer Umwelt interagieren. Die Studie ergab auch, dass die Korrelation zwischen Blatt- und Wurzelmerkmalen sehr variabel ist, was darauf hindeutet, dass die Beziehungen zwischen Pflanzenmerkmalen sehr multidimensional sind. Die Autoren schlussfolgern:
Das Fehlen konsistenter Korrelationen zwischen ober- und unterirdischen Merkmalen über Bodenfeuchtegradienten hinweg kann den Nutzen des Spektrums der Pflanzenökonomie über Pflanzengemeinschaften hinweg einschränken. Unsere Ergebnisse stimmen mit der funktionellen Gleichgewichtshypothese überein, dass Pflanzen dem Organ, das auf begrenzte Wachstumsressourcen trifft, relativ mehr Biomasse zuweisen. Insgesamt zeigen unsere Ergebnisse, dass Pflanzen eine Reihe von ökologischen Strategien als Reaktion auf unterschiedliche Umweltveränderungen anwenden können, was mit den Ergebnissen von übereinstimmt Kastoren et al. (2022) Diese Arten haben unterschiedliche Möglichkeiten, Merkmale zu koordinieren, um Ressourcen zu nutzen, bei denen sie im Durchschnitt über ihre Lebensspanne eine ähnliche Menge an Kohlenstoff pro Körpermasse gewinnen. Die Einordnung von mehr ober- und unterirdischen physiologischen und anatomischen Merkmalen in den Kontext mehrerer biotischer und abiotischer Faktoren wird dazu beitragen, die funktionellen Strategien von Pflanzen unter globalen Umweltveränderungen besser zu verstehen.
asefa et al. 2022
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Asefa, M., Worthy, SJ, Cao, M., Song, X., Lozano, YM und Yang, J. (2022) „Ober- und unterirdische Pflanzenmerkmale sind als Reaktion auf Dürre und Konkurrenzbehandlungen nicht konsistent" Annals of Botany, 130(7), S. 939–950. Verfügbar um: https://doi.org/10.1093/aob/mcac108.
