Температура является одной из наиболее важных переменных, которые влияют на рост растений . Согласно пятой оценке МГЭИК, к концу этого столетия средняя глобальная температура воздуха возрастет на 0,3–4,8 C . Быстрое потепление, прогнозируемое для планеты, и ограниченная способность растений отслеживать изменения климата означают, что выживаемость видов в условиях изменения климата критически зависит от их способности к термической адаптации . Этот аспект адаптации до сих пор широко изучался путем изучения реакции роста растений на изменения температуры . Изменения надземных признаков побегов, таких как высота побегов, морфология листьев и фенология, были предметом озабоченности, и наблюдается их изменение с повышением температуры . Однако, несмотря на то, что архитектура корневой системы (RSA), направленная на размещение корней в почве, которая оптимизирует поглощение воды и питательных веществ, как считается, способна минимизировать негативное влияние изменений температуры, по сравнению со всходами в немногих исследованиях была исследована чувствительность реакции RSA на изменения температуры из-за сложности непосредственного наблюдения за подземным ростом .
RSA описывает пространственную конфигурацию корневой системы в почве и имеет решающее значение для адаптации растений к различным средам . В сильно неоднородных почвенных средах RSA считается более важным, чем морфология, для питательных веществ и поглощения воды . Было показано, что RSA может способствовать адаптации растений к условиям дефицита воды и питания , противостоять болезням и заражению насекомыми-вредителями и обеспечивать внутри- и межвидовое конкурентное давление. Изменение RSA в результате глобальных изменений будет влиять не только на производительность растений, влияя на усвоение питательных веществ , но и на конкуренцию в полевых условиях путем изменения подземных взаимодействий .
Реакции RSA на повышение температуры могут быть видоспецифичными, поскольку разные виды часто имеют разные оптимальные температуры для роста корней . Предыдущие исследования показали, что влияние повышения температуры на рост корней проростков растений может быть стимулирующим , ингибирующим или первым промоторным, а затем ингибирующим после оптимальная температура достигается . Даже для видов, разделяющих одну и ту же среду обитания, их RSA могут иметь видоспецифичные реакции на повышение температуры . Изменения в реакции RSA на повышенную температуру среди видов могут также изменить конкуренцию между растительными сообществами .
Вопрос, имеющий важное значение для адаптации растений к растущей температуре, заключается в том, как растения корректируют схему распределения подземной и надземной биомассы и особенности получения ресурсов для лучшей адаптации к изменению климата . Анализ различий между признаками побегов и корней в ответ на изменения температуры поможет определить, какой процесс - фиксация углерода или получение питательных веществ - ограничивает рост растений при повышенной температуре .
Различные реакции корней на повышенную температуру могут также приводить к различным взаимодействиям корней с внутри- и межвидовыми растениями. Согласно гипотезе о градиенте напряжения, неблагоприятные условия жизни, вызванные изменением температуры, могут трансформировать негативные взаимодействия видов в позитивные взаимодействия видов . Температура может не только повлиять на силу корневых взаимодействий, но и изменить направление. Положительные взаимодействия растений описывают полезное поведение между растениями, которые широко распространены в природе . В экстремальных условиях, где преобладают положительные взаимодействия растений, присутствие соседей может улучшить почвенную среду и обеспечить эффект питомника , таким образом, повышают эффективность основных видов. В условиях изменения климата многие исследования показали, что взаимодействие, главным образом конкуренция, может быть основным фактором, влияющим на состав видов и динамику растительности . Тем не менее, эти результаты в основном выводятся из надземного роста растений, оставляя подземные процессы неисследованными. В некоторых обстоятельствах реакция на поверхности может синергетически взаимодействовать с изменениями под землей .
Предыдущие исследования того, как температура влияет на корни растений, в основном фокусируются на традиционных показателях роста корней, таких как биомасса корней и длина саженцев , и морфология мелких корней для зрелых деревьев путем деструктивного отбора проб без на месте в наблюдения и измерения. Ключевые признаки RSA, такие как глубина и ширина корня, изучаются редко, хотя они важны в конкуренции за ресурсы. В этом исследовании, чтобы точно измерить признаки RSA, мы выращивали растения в недавно изобретенной трехмерной прозрачной системе твердого роста, из которой можно динамически наблюдать RSA проростков растений in situ .
В данной работе рассматриваются три вопроса: (1) Чувствительность признаков RSA - для вывода адаптации рассады растений к потеплению климата: Какие признаки RSA чувствительно реагируют на изменение температуры и как они изменяются с температурой? (2) Сравнение признаков роста корней / побегов в ответ на повышение температуры - для понимания того, как саженцы растений координируют реакцию корней / побегов на изменение климата: реагируют ли корни саженцев растений сильнее, чем побеги, на изменение температуры? (3) Межвидовые корневые взаимодействия: как повышение температуры меняет интенсивность и направление корневых взаимодействий? Чтобы ответить на эти вопросы, мы изучили признаки RSA у сеянцев трех видов растений с разными формами жизни, чтобы понять реакцию признаков корня на изменение температуры.
