Введение
Растение, которое завершает свой жизненный цикл в течение одного вегетационного периода и затем отмирает. Однолетнее растение – это растение, которое проходит весь жизненный цикл, от прорастания семени до образования новых семян, в течение одного вегетационного периода и затем отмирает. Во всем мире однолетними являются лишь 6% всех видов растений и 15% травянистых растений (исключая деревья и кустарники). Однолетний жизненный цикл независимо возник более чем в 120 различных семействах растений на протяжении всей филогенетической истории цветковых растений.
An annual plant is a plant that completes its life cycle, from germination to the production of seeds, within one growing season, and then dies. Globally, only 6% of all plant species and 15% of herbaceous plants (excluding trees and shrubs) are annuals. The annual life cycle has independently emerged in over 120 different plant families throughout the entire angiosperm phylogeny.
Эволюционные и экологические факторы годового жизненного цикла
Традиционно преобладало мнение, что однолетние растения эволюционировали от многолетних предков. Однако недавние исследования опровергают это представление, показывая случаи, когда многолетние растения эволюционировали от однолетних предков. Любопытно, что модели предполагают, что скорость перехода от однолетнего к многолетнему жизненному циклу вдвое выше, чем обратного перехода. Теория истории жизни утверждает, что однолетние растения оказываются более жизнеспособными, когда смертность взрослых особей выше, чем смертность сеянцев (или семян), то есть однолетники будут доминировать в средах с нарушениями или высокой временной изменчивостью, снижая выживаемость взрослых. Эта гипотеза находит подтверждение в наблюдениях увеличения распространенности однолетних растений в регионах с жарким сухим летом, характеризующихся повышенной смертностью взрослых особей и высокой сохранностью семян. Более того, эволюция однолетнего жизненного цикла в условиях жаркого сухого лета в различных семействах растений делает его одним из лучших примеров конвергентной эволюции. Нарушения, связанные с такой деятельностью, как выпас скота и сельское хозяйство, особенно после европейской колонизации, способствовали инвазии однолетних видов из Европы и Азии в Новый Свет. В различных экосистемах доминирование однолетних растений часто является временной фазой вторичной сукцессии, особенно после нарушений. Например, после того как поля заброшены, они могут быть первоначально заселены однолетниками, но в конечном итоге их вытесняют долгоживущие виды. Однако в некоторых средиземноморских экосистемах наблюдается уникальный сценарий: когда однолетние растения устанавливают доминирование, многолетние растения не обязательно их замещают. Эта особенность объясняется наличием альтернативных стабильных состояний в системе – как доминирование однолетников, так и состояние с преобладанием многолетников оказываются стабильными, а конечное состояние системы зависит от исходных условий.
Особенности однолетних культур и их влияние на сельское хозяйство
Однолетние растения обычно демонстрируют более высокую скорость роста, направляют больше ресурсов на семена и меньше – на корни, чем многолетние. В отличие от многолетних растений, характеризующихся долгоживущими растениями и недолговечными семенами, однолетние растения компенсируют свою меньшую продолжительность жизни поддержанием большей сохранности запасов семян в почве. Эти различия в стратегиях жизненного цикла оказывают глубокое влияние на функционирование и услуги экосистем. Например, однолетние растения, выделяя меньше ресурсов под землей, играют меньшую роль в предотвращении эрозии, накоплении органического углерода и достижении более низкой эффективности использования питательных веществ и воды по сравнению с многолетними растениями. Отличия между однолетними и многолетними растениями особенно заметны в сельскохозяйственном контексте. Несмотря на то, что они составляют незначительную часть мировой биомассы, однолетние виды являются основным источником пищи для человечества, вероятно, благодаря большему направлению ресурсов на производство семян, что повышает продуктивность сельского хозяйства. В антропоцене, эпоху, характеризующуюся влиянием человека на окружающую среду, наблюдается существенное увеличение глобальной площади, занимаемой однолетними растениями. Этот сдвиг в основном обусловлен преобразованием естественных систем, часто доминируемых многолетними растениями, в однолетние посевы. В настоящее время однолетние растения покрывают около 70% пахотных земель и обеспечивают примерно 80% мирового потребления продуктов питания.
Молекулярная генетика
В 2008 году было обнаружено, что инактивация всего двух генов у одного вида однолетнего растения приводит к его превращению в многолетнее растение. Исследователи деактивировали гены SOC1 и FUL (контролирующие время цветения) у Arabidopsis thaliana. Этот механизм вызвал появление признаков, характерных для многолетних растений, таких как образование древесины.