普林斯顿大学 辣椒种植在马德里国家自然科学博物馆(CSIC)的温室里，研究它们单独种植和种植时的地下行为有何不同
和邻居一起
学分:普林斯顿大学西罗·卡瓦尔 你可能已经观察到植物争夺阳光——它们向上和向外伸展以阻挡彼此接触阳光的方式——但在看不见的地方，另一种竞争正在地下发生
就像当你的同事在场时，你可能会改变你在休息室寻找免费零食的方式一样，当植物与其他植物一起种植时，它们也会改变对地下资源的利用
在今天发表在《科学》杂志上的一篇论文中，由普林斯顿大学研究生西罗·卡瓦尔领导的一个国际研究小组揭示了植物的地下生命
他们的研究结合了模型和温室实验，以发现植物在单独种植和与邻居一起种植时对根结构的投资是否不同
弗雷德里克博士斯蒂芬·帕卡拉说:“这项研究非常有趣，因为它结合了几种不同的精神糖果来调和文献中看似矛盾的结果:一个聪明的实验，一种观察完整土壤根系的新方法和简单的数学理论。”
佩特里生态学和进化生物学教授(EEB)和该论文的资深作者
“虽然对植物的地上部分已经进行了广泛的研究，包括它们能储存多少碳，但我们对地下部分——即根——是如何储存碳的知之甚少，”博士卡瓦尔说
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帕卡拉实验室的学生
“由于全球约三分之一的植被生物量(即碳)位于地下，我们的模型为预测全球地球系统模型中的根系增殖提供了一个有价值的工具
" 植物有两种不同类型的根:从土壤中吸收水分和养分的细根和将这些物质输送回植物中心的粗根
植物对根的“投资”既包括所产生的根的总量，也包括这些根在整个土壤中的分布方式
一株植物可以将所有的根直接集中在它的嫩枝下面，或者它可以将它的根水平伸展到邻近的土壤中觅食——这有可能与邻近植物的根竞争
植物的根是如何储存碳的？普林斯顿大学的研究人员发现，一种植物为其根系提供的能量取决于与其他植物的接近程度:当植物靠得很近时，它们会在根系上大量投资，以争夺有限的地下资源；如果相距甚远，他们的投资就会减少
由于全球约三分之一的植被生物量(和碳)位于地下，该模型为预测全球地球系统模型中的根系增殖提供了一个有价值的工具
辣椒种植在马德里国家自然科学博物馆(CSIC)的一个温室里，研究它们单独种植或与邻居一起种植时地下行为的差异
相邻的胡椒植物的根被染成不同的颜色(通过注射)，以区分哪个根属于哪个植物
学分:普林斯顿大学西罗·卡瓦尔 该团队的模型预测了植物共享土壤时根系投资的两种潜在结果
在第一个结果中，相邻的植物通过分离它们的根系来“合作”，以减少重叠，这导致整体上产生的根比它们单独时要少
在第二种结果中，当植物感觉到由于邻居的存在而减少了一边的资源时，它就缩短了那一边的根系，但是在它的茎的正下方的根上投资更多
自然选择预测了第二种情况，因为每种植物都在增加自己的适应性，而不管这些行为如何影响其他个体
如果植物靠得很近，这种对根体积的增加投资，尽管这些根被隔离，可能会导致公地悲剧，资源(在这种情况下，土壤水分和养分)被耗尽
为了测试模型的预测，研究人员在温室里单独或成对种植辣椒
实验结束时，他们将植物的根染成不同的颜色，这样他们就可以很容易地看出哪根属于哪种植物
然后，他们计算了每种植物根系的总生物量和根与芽的比例，以了解当与邻居一起种植时，植物储存在地下和地上结构中的能量和碳量是否发生了变化，并计算了每种植物产生的种子数量，以此作为相对适合度的衡量标准
研究小组发现，结果取决于一对植物之间的距离
如果种植得非常紧密，植物将更有可能大量投资于它们的根系，试图在有限的地下资源方面相互竞争；如果它们被种植在更远的地方，它们在根系上的投资可能会比单独的植物少
具体来说，他们发现，当种植在其他植物附近时，胡椒植物增加了对当地根部的投资，并减少了它们水平伸展根部的距离，以减少与邻居的重叠
没有证据表明存在“公地悲剧”的情况，因为与地上结构(包括每株植物产生的硒元素数量)相比，单独和共同居住的植物的总根生物量或相对根投资没有差异
植物从大气中清除二氧化碳，并将其储存在它们的结构中——三分之一的植物碳储存在根部
了解不同情景下碳沉积的变化有助于我们更准确地预测碳吸收，进而有助于设计减缓气候变化的策略
这项研究也有助于优化粮食生产，因为为了最大限度地提高作物产量，了解如何优化利用地下(和地上)资源是有帮助的
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