2026-07-21 中国科学院（CAS）
中国科学院武漢植物園（WBG）と新疆師範大学の研究チームは、世界各地の2,747件の根・地上部比（RSR）のデータを解析し、乾燥化と窒素供給の増加に対するC3植物とC4植物の適応戦略の違いを明らかにした。研究によると、両者は乾燥化が進むほど根への資源配分を増やし、根・地上部比を高めるという共通した適応を示した。これは、水分獲得を高めるための普遍的な乾燥適応戦略である。一方、乾燥条件下で土壌窒素が増加した場合には両者の応答が分かれた。C3植物では窒素増加により根への投資が維持・強化され、根・地上部比が上昇するのに対し、C4植物では窒素が純一次生産量を高めることで地上部への成長が促進され、結果として根・地上部比は低下した。つまり、C3植物は「根への投資」、C4植物は「葉や茎への投資」という異なる資源配分戦略を採ることが示された。今後、乾燥化と窒素沈着が進む気候条件では、草地生態系の炭素配分や炭素貯留能力の違いが拡大する可能性があり、植生モデルではC3・C4植物を区別した生態学的表現が重要であると結論づけている。
＜関連情報＞
- https://english.cas.cn/newsroom/research-news/202607/t20260721_1178753.shtml
- https://nph.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/nph.71386
C3 /C4草のバイオマス配分のグローバルパターン：乾燥度が窒素誘導性の異なる戦略をどのように媒介するか Global patterns of C3/C4 grass biomass allocation: how aridity mediates nitrogen-induced divergent strategies
Man Hu, Yujuan Zheng, Hang Shi, Rui He, Jie Gao, Quanfa Zhang, Haishan Dang
New Phytologist Published: 29 June 2026
DOI:https://doi.org/10.1111/nph.71386
Summary
- Plant biomass allocation is dynamically shaped by drought and nitrogen (N) availability, yet how aridity modulates N effects and whether this interplay is conserved across major photosynthetic pathways (C3 vs C4) remain mechanistically unresolved.
- Using a global dataset of 2747 root-to-shoot ratio (RSR) observations from 631 herbaceous species, we applied a multi-model framework (Random Forest, linear mixed-effects models, and Bayesian structural equation modeling) to investigate: how aridity modulates the effect of soil N on the root-to-shoot ratio (RSR); and whether this modulatory effect differs between C3 and C4 plants.
- Increasing aridity promoted a convergent rise in RSR in both C3 and C4 grasses. However, soil N directly increased RSR in C3 plants, but it enhanced net primary productivity in C4 plants, which indirectly reduced RSR. This decoupling between drought-response mechanisms and N-acquisition strategies reveals that while the two functional types followed a shared hydraulic rule, they adhere to distinct N economies.
- Our results reveal that increased soil N availability will trigger divergent carbon storage responses in C3 and C4 grasslands, potentially exacerbating this functional divergence as atmospheric N deposition continues to rise.
