Biyokütle tahsisi - Biomass allocation

Biyokütle tahsisi bir bitkinin farklı organlarında bulunan bitki biyokütlesinin nispi oranını gösteren bitki biyolojisindeki bir kavramdır. Tüm bitki toplulukları için de kullanılabilir.

Gerekçe

Bitkilerin farklı organları farklı işlevlere sahiptir. Yapraklar genellikle ışığı keser ve karbonu sabitler, kökler suyu ve besinleri alır ve gövde ve yaprak sapları yaprakları uygun bir konumda sergiler ve bitki içinde çeşitli bileşikleri taşır. Çevresel koşullara bağlı olarak bitkiler, nispeten daha büyük kök sistemlerine veya daha fazla yapraklı bitkileri yapmak için yatırım planlarını değiştirebilirler. Bu bakiyenin 'fonksiyonel denge ’Düşük su veya besin tedariki yaşayan bitkiler köklere daha fazla yatırım yapar ve düşük ışık veya CO altında büyüyen bitkiler2 yapraklara veya gövdelere daha fazla yatırım yapan koşullar.[1][2][3][4] Alternatif olarak, aynı zamanda 'dengeli büyüme hipotezi',[5] ya da 'optimal bölümleme teorisi'.[6] Çevresel olarak tetiklenen değişikliklerin yanı sıra, türler arasındaki biyokütle dağılımında doğal farklılıklar ve bitkilerin yaşına veya boyutuna bağlı değişiklikler de vardır.[7]

Ilgili kavramlar

Biyokütle tahsisi, tesiste gerçekleşen bir dizi işlemin nihai sonucudur. Şekerlerin fotosentez sürecinde yapraklar tarafından sabitlendikten sonra farklı organlara nasıl tahsis edildiği ile başlar (şeker tahsisi). Kavramsal olarak bunu tasavvur etmek basittir, ancak şeker akışını ölçmek zordur ve karmaşık bir makine gerektirir.[8] Kararlı durum koşulları altında büyüyen bitkiler için, şeker dağılımını bir C-bütçe. Bu, fotosentez sırasında tüm bitki tarafından C-alımının ve solunum sırasında sürgünlerin ve köklerin C-kayıplarının belirlenmesini gerektirir. Şekerler ve diğer C bazlı bileşikler, daha fazla C-kayıpları meydana gelebilir. sızmış ya da kaybolur uçucular yapraklarda. Bu ölçümler ile birleştirildiğinde büyüme ölçümleri ve yaprakların, gövdelerin ve köklerin biyokütlesinde bulunan C-konsantrasyonları, şeker tahsisinin türetildiği C-bütçeleri oluşturulabilir.[9]

Bu C-bütçeleri öğreticidir, ancak kapsamlı ölçümler gerektirir. Bir sonraki analiz düzeyi, büyüme tahsisi: Bir bitkinin toplam biyokütlesindeki artış nedir ve yaprakların, gövdelerin ve köklerin büyümesine bağlı artış ne ölçüde? Genç bitkilerde, büyüme tahsisi genellikle gerçek biyokütle tahsisine oldukça benzerdir. Ancak özellikle ağaçlarda, yapraklarda ve ince köklerde yıllık yüksek bir ciro ve saplarda, dallarda ve kalın köklerde düşük bir ciro olabilir. Bu durumlarda, büyümenin tahsisi ve nihai biyokütle tahsisi yıllar içinde oldukça güçlü bir şekilde farklılaşabilir.

Bu üç farklı tahsis seviyesine farklı isimler vermek için girişimlerde bulunulmuştur (a.o. bölümleme, dağıtım, fraksiyonlama), ancak şimdiye kadar tutarsız bir şekilde uygulanmıştır.
Yapraklarda ve köklerde bulunan biyokütle fraksiyonları da ilgili değişkenlerdir. Bitki büyüme analizi.

Hesaplama ve birimler

Bitkisel bir bitkinin biyokütle dağılımını karakterize etmenin yaygın bir yolu, bitkiyi ilgilenilen organlardan (ör. Yapraklar, gövdeler, kökler) ayırmak ve bu organların biyokütlesini - genellikle kuru kütle temelinde - bağımsız olarak belirlemektir. Yaprak Kütle Fraksiyonu (LMF) daha sonra kuru yaprak kütlesi / toplam kuru bitki kütlesi, Kök Kütle Fraksiyonu (SMF) kök kuru kütlesi / toplam bitki kuru kütlesi ve Kök Kütle Fraksiyonu (RMF) kök kuru kütle / toplam bitki kuru kütlesi olarak. Genellikle birimler g g−1 (g organ / g toplam bitki biyokütlesi).

Üretken bitkiler için üremeyle ilgili ek bölme vardır (çiçekler ve çiçek sapları, tohumlar veya meyveler). Bu bölmede bulunan göreceli biyokütle miktarı genellikle 'Üreme Çabası'. Genellikle agronomide kullanılan ilgili bir değişken 'Hasat endeksi'. Kökler nadiren hasat edildiğinden, hasat endeksi, toplam yer üstü biyokütleye göre pazarlanabilir ürünün (genellikle tohumlar) miktarıdır.

Kullanılan alternatif terminoloji Yaprak, Gövde ve Kök Kütle Oranları veya sürgün: kök veya kök: sürgün oranlarıdır. Son ikisi yapraklar ve gövdeler arasında ayrım yapmadıkları için daha az bilgi aktarırlar.

Normal aralıklar

Genç otsu bitkiler genellikle 0.3 - 0.7 g g aralığında LMF değerlerine sahiptir.−1 (Ortalama 0,5), SMF değerleri 0,04 - 0,4 (ortalama 0,2) ve RMF değerleri 0,1 ile 0,5 (ortalama 0,3) arasındadır. Genç ağaç fidanları aynı aralıkta değerlere sahiptir. Daha eski ve daha büyük bitkiler için LMF azalır ve SMF artar. Büyük ağaçlar için (> 1000 kg) LMF 0.05'in altında, SMF 0.8 civarında ve RMF 0.2 g g civarında−1.[7] Bu aşamada, gövde biyokütlesinin çoğu, sapların destek işlevine katkıda bulunma önemli işlevine hala hizmet edebilen, ancak fizyolojik olarak artık aktif olmayan, yüksek oranda odunlaşmış malzemeden oluşur.

Çevresel etkiler

Çevrenin etkisi genel olarak 'fonksiyonel denge' konseptinden beklendiği gibidir: bitkiler düşük ışıkla karşılaştırıldığında yüksek ışık seviyelerinde büyütüldüğünde LMF'yi azaltır ve RMF'yi arttırır. Düşük besin seviyelerinde, yüksek besin tedarikine kıyasla köklere daha fazla ve yapraklara daha az yatırım yaparlar. Bununla birlikte, değişiklikler genellikle farklı su kaynaklarında daha küçüktür ve CO'nun etkileri2 dağıtımda konsantrasyon, UV-B radyasyonu, ozon ve tuzluluk genellikle ihmal edilebilir düzeydedir. Daha yüksek sıcaklıkta büyüyen bitkiler çoğunlukla RMF'yi düşürür ve LMF'yi artırır.[10]

Kütle fraksiyonlarının analizinde dikkat edilmesi gereken bir nokta, farklı muameleye tabi tutulmuş bitkiler karşılaştırılırken veya türlerin karşılaştırılmasında büyüklükteki farklılıkları düzeltip düzeltmemektir.[11] Bunun arkasındaki mantık, kitlesel hiziplerin genellikle bitki boyutuna (ve gelişim aşamasına) göre değişmesidir ve farklı tedaviler de büyüme farklılıklarına neden olmuş olabilir. Böylece bitkilerin aktif olarak tahsis şemasını değiştirdiğinde, benzer büyüklükteki bitkiler karşılaştırılmalıdır. Boyut düzeltmeleri gerekiyorsa, bir allometrik analiz yapılabilir.[12] Basit bir alternatif, toplam bitki kütlesine göre kütle fraksiyonlarını çizmektir.[13]

Türler arasındaki farklar

Farklı ailelerin türlerinin farklı tahsis modelleri olabilir. Örneğin, Solanaceae'ye ait türler yüksek LMF değerlerine sahipken Fagaceae, boyut düzeltmelerinden sonra bile düşük LMF değerlerine sahiptir. Otlar genellikle otsu dikotlara göre daha düşük LMF değerlerine sahiptir ve biyokütlelerinin çok daha yüksek bir oranı köklerde bulunur.[7] Yaprak döken türlere (LMF ~ 0.01) göre yapraklara ayrılan büyük yaprak dökmeyen ağaçların biyokütlesinin daha büyük bir bölümü (LMF ~ 0.04) vardır.[14][15][7]

Ayrıca bakınız

Referanslar

  1. ^ Brouwer, R (1963). "Yer üstü ve yer altı bitki parçaları arasındaki dengenin bazı yönleri". Jaarboek van Het Instituut voor Biologisch en Scheikundig Onderzoek. 1963: 31–39.
  2. ^ Thornley, J.H.M. (1972). "Kök için dengeli bir kantitatif model: Bitkisel Bitkilerde Sürgün Oranları". Botanik Yıllıkları. 36 (2): 431–441. doi:10.1093 / oxfordjournals.aob.a084602.
  3. ^ Bloom, A.J .; Chapin, F.S .; Mooney, H.A. (1985). "Bitkilerde kaynak sınırlaması - Ekonomik bir benzetme". Ekoloji ve Sistematiğin Yıllık Değerlendirmesi. 16: 363–392. doi:10.1146 / annurev.es.16.110185.002051.
  4. ^ Iwasa, Y; Roughgarden, J (1984). "Bitkilerin sürgün / kök dengesi: Birçok bitkisel organa sahip bir sistemin optimum gelişimi". Teorik Popülasyon Biyolojisi. 25: 78–105. doi:10.1016/0040-5809(84)90007-8.
  5. ^ Shipley, B .; Meziane, D. (2002). "Dengeli büyüme hipotezi ve yaprak ve kök biyokütle tahsisinin allometrisi". Fonksiyonel Ekoloji. 16 (3): 326–331. doi:10.1046 / j.1365-2435.2002.00626.x.
  6. ^ Gedroc, J.J .; McConnaughay, K.D.M .; Coleman, J.S. (1996). "Kök / sürgün bölümlemede plastisite: optimal mi, ontogenetik mi, yoksa her ikisi mi?". Fonksiyonel Ekoloji. 10 (1): 44–50. doi:10.2307/2390260. JSTOR  2390260.
  7. ^ a b c d Poorter, H .; Jagodzinski, AM; Ruiz-Peinado, R; Kuyah, S; Luo, Y; Oleksyn, J; Usoltsev, VA; Buckley, TN; Reich, PB; Çuval, L (2015). "Biyokütle dağılımı boyuta göre nasıl değişir ve türler arasında nasıl farklılık gösterir? Beş kıtadan 1200 bitki türü için bir analiz". Yeni Fitolog. 208 (3): 736–749. doi:10.1111 / nph.13571. PMC  5034769. PMID  26197869.
  8. ^ Minchin, P.E.H .; Thorpe, MR (2003). "Kısa ömürlü izotop 11C'nin fotosentat taşınmasının mekanik çalışmalarında kullanılması". Fonksiyonel Bitki Biyolojisi. 30 (8): 831–841. doi:10.1071 / FP03008. PMID  32689068.
  9. ^ Poorter, H .; Remkes, C .; Lambers, H. (1990). "Göreli Büyüme Hızında Farklılaşan 24 Yabani Türün Karbon ve Azot Ekonomisi". Bitki Fizyolojisi. 94 (2): 621–627. doi:10.1104 / s.94.2.621. ISSN  0032-0889. PMC  1077277. PMID  16667757.
  10. ^ Poorter, H .; Niklas, K.J .; Reich, P.B .; Oleksyn, J .; Poot, P .; Mommer, L. (2012). "Yapraklara, gövdelere ve köklere biyokütle tahsisi: türler arası varyasyon ve çevresel kontrolün meta-analizleri". Yeni Fitolog. 193 (1): 30–50. doi:10.1111 / j.1469-8137.2011.03952.x. PMID  22085245.
  11. ^ Pearsall, W.H. (1927). "Büyüme çalışmaları: VI. Büyüyen bitki organlarının göreceli boyutları hakkında". Ann. Bot. 3: 549–556. doi:10.1093 / oxfordjournals.aob.a090091.
  12. ^ Niklas, K.J. (1994). Bitki Allometrisi Biçim ve Sürecin Ölçeklendirilmesi. Chicago: Chicago Press Üniversitesi.
  13. ^ Poorter, H .; Çuval, L. (2012). "Bitkilerdeki biyokütle tahsis modellerinin Analizinde Tuzaklar ve Olasılıklar". Bitki Biliminde Sınırlar. 3: 259. doi:10.3389 / fpls.2012.00259. PMC  3514511. PMID  23227027.
  14. ^ Körner, C. (1994). "Bitkilerde biyokütle fraksiyonasyonu: bitki fonksiyonlarına dayalı tanımların yeniden değerlendirilmesi". Roy, J'de; Garnier, E. (editörler). Karbon-nitrojen ilişkileri üzerine tüm tesis perspektifi. Lahey: SPB Akademik Yayıncılık. sayfa 173–185.
  15. ^ Enquist, B.J .; Niklas, K.J. (2002). "Tohum bitkilerinde biyokütle bölümleme modelleri için küresel tahsis kuralları". Bilim. 295 (5559): 1517–1520. doi:10.1126 / science.1066360. PMID  11859193. S2CID  15764440.