Корневые системы растений занимают в почве огромные пространства

Наука и жизньПрирода

Крошечные стражи подземных галактик

Статья — победитель конкурса научно-популярных статей, проходившего в рамках XIII Всероссийской олимпиады «Нанотехнологии — прорыв в будущее!», организованной МГУ им. М. В. Ломоносова и ФИОП (группа РОСНАНО).

Марина Павлова, Всероссийский научно-исследовательский институт биологической защиты растений. Фото автора.

0:00 /
935.236
Фото: lightsource/ru.depositphotos.com

Корневые системы растений занимают в почве огромные пространства. Суммарная длина корней пшеницы без учёта корневых волосков, по разным данным, может достигать от 60—70 до 600 км! Если же учитывать корневые волоски (выросты клеток покровной ткани корня в зоне поглощения), которых на одном растении может быть до 14—15 млрд, то суммарная длина корней может достигнуть 10 000 км! Суммарная поверхность корней ржи, подсчитанная в одном из исследований, опять же без корневых волосков, составила 237 м2. Это примерно площадь теннисного корта.

Слой почвы толщиной около 2—5 мм, непосредственно прилегающий к поверхности корней и называемый ризосферой (от греч. rhiza — корень и sphaira — шар, сфера), обильно заселён микроорганизмами. Размеры бактерий составляют в среднем 0,5—3 мкм (10‒6 м), поэтому для них корневая система с указанной площадью поверхности составляет если не галактику, то целый континент размером, скажем, с Австралию. Естественно, что поверхность других органов растения — стеблей, листьев (филлосфера), цветов, плодов, семян (спермосфера) — также населяют микроорганизмы, но такого их обилия и разнообразия, как в прикорневой зоне, нет.

Ризосфера значительно отличается по своим свойствам от «свободной» почвы. Здесь на 1—2% выше влажность, несколько другая реакция среды (обычно если почва кислая или щелочная, то ризосфера ближе к нейтральной), выше содержание органических веществ, растворимость некоторых минеральных веществ, например соединений железа и марганца. Ризосфера — лакомая экологическая ниша (вернее, совокупность множества мини-экологических ниш) для почвенных обитателей — от микроскопических бактерий и грибов (и даже водорослей!) до червей всех типов и членистоногих.

Что же их так привлекает в этом узком участке почвы? В первую очередь корневые выделения. Физиология растений такова, что до 20—25% усвоенного ими в процессе фотосинтеза углерода теряется с корневыми выделениями. Причём это не только пассивные потери, а по большей части активная секреция корнем различных веществ. То есть корень не только орган поглощения воды и минералов, но и орган синтеза и переработки веществ. Например, органические кислоты, выделяемые корнем, повышают растворимость соединений фосфора, кальция и железа в почве, делая их более доступными для усвоения растением. Многие низкомолекулярные соединения корневых выделений могут подавлять рост других растений-конкурентов или фитопатогенов. Эти вещества называют фитонцидами.

Есть вещества, которые выделяются при естественном отмирании корней, «слущивании» корневых чехликов и т. д.

Несмотря на кажущуюся расточительность растений, такие траты вполне оправдывают себя. Для микроорганизмов ризосфера благодаря корневым выделениям — источник легкоусвояемых органических веществ. Это, прежде всего, сахара — глюкоза, фруктоза, мальтоза и др., и органические кислоты — например яблочная, лимонная, янтарная, а также аминокислоты, витамины и др. Всё это очень быстро поглощается и перерабатывается для своих нужд теми представителями почвенной микробиоты, которые оказались самыми «расторопными» и сумели заселить прикорневые зоны быстрее других.

Но какой толк от этого растению? Если в почве небольшое содержание спор и клеток болезнетворных грибов и бактерий (невысокий инфекционный фон), то при благоприятных погодных условиях ризосфера растения заселяется преимущественно дружественными микроорганизмами. Теми, которые не агрессивны к нему, не претендуют на его клетки и ткани, а, наоборот, в обмен на «стол и дом» оказываются полезными ему в меру своих не столь малых, как может показаться, сил. Такие микроорганизмы, которые стимулируют рост растений, называются PGPR-бактериями (Plant Growth Promoting Rhizo bacteria). Наиболее часто встречаются PGPR-штаммы среди родов Psеudomonas, Bacillus, Azospirillum, Azotobacter, Clostridium, Enterobacter, Klebsiella и др.

Разросшаяся культура фитопатогенного гриба Fusarium graminearum на искусственной питательной среде.

Агенты PGPR, как и любые другие суперагенты, обладают суперспособностями. Они быстро и эффективно заселяют (колонизируют) ризосферу, интенсивно размножаются и увеличивают свою численность в ней; устойчивы к неблагоприятным факторам внешней среды — колебаниям температуры, рН почвы, влажности и т. д. Эти микроорганизмы усваивают не только легко доступные корневые выделения, но и разнообразные питательные субстраты; при этом они улучшают минеральное питание растения-хозяина, защищают его от патогенных микроорганизмов.

PGPR не только быстро заселяют ризосферу, но и успешно удерживают завоёванные позиции от посягательств других колонизаторов. Например, фитопатогенных грибов, которые при контакте с корнем разрушают его покровы, проникают во внутренние ткани (паренхиму), поражают проводящую систему (сосуды и ситовидные трубки) и способны распространяться выше по стеблю вплоть до генеративных органов (цветов и плодов). Фитопатогенные грибы повинны, например, в таких заболеваниях корней растений, как корневые гнили, «чёрная ножка», «снежная плесень», полегание сеянцев, увядание и т. д. Корни, поражённые фитопатогенными грибами, темнеют, становятся склизкими, легко разрушаются, приобретают неприятный запах. Всё это объясняется действием ферментов и токсинов грибов, разрушающих клеточные стенки и мембраны растительных клеток. Высвобождающееся содержимое клеток становится субстратом для развития и жизнедеятельности патогенов. Поэтому их называют зловещим словом — некротрофы, то есть питающиеся мёртвым.

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

100 самых сексуальных женщин страны: 52-1 100 самых сексуальных женщин страны: 52-1

Итоговый рейтинг «100 самых сексуальных женщин страны – 2019»

Maxim
Долгое эхо друг друга Долгое эхо друг друга

«Любовный треугольник» превратился в совсем непонятную геометрическую фигуру

StarHit
«Когда б я был царь», или всё началось с зайца «Когда б я был царь», или всё началось с зайца

Продолжаем разговор о литературном жанре альтернативной истории

Наука и жизнь
От пяти тысяч до пяти лет. За непропуск «мигалки» накажут по-новому От пяти тысяч до пяти лет. За непропуск «мигалки» накажут по-новому

При самом трагичном исходе нарушитель рискует сесть в тюрьму на несколько лет

РБК
Цветы и пчёлы Цветы и пчёлы

Красивейший пример сотрудничества — взаимоотношения пчёл и цветковых растений

Наука и жизнь
Риккардо Тортато — об эволюции дресс-кода, стиле luxury-casual и новинках ЦУМа Риккардо Тортато — об эволюции дресс-кода, стиле luxury-casual и новинках ЦУМа

Существуют ли модные тренды в наши дни?

РБК
Анна Седокова Анна Седокова

Наверное, она уже привыкла к эпитетам «горячая», «аппетитная», «сочная»

Playboy
Где искать работу? Все действенные онлайн и офлайн источники вакансий Где искать работу? Все действенные онлайн и офлайн источники вакансий

Поиск работы — это долгий и кропотливый процесс

Playboy
Зарубки на носу Зарубки на носу

Говорят, что глаза — «зеркало души», а что можно сказать о носе?

Наука и жизнь
Это интимно Это интимно

Откровенный разговор с опытным гинекологом

Лиза
Зои Кравиц Зои Кравиц

Дочь Ленни Кравица очаровывает своей волшебной красотой в фантастическом эпосе

Playboy
Становимся независимыми от электричества: выбираем генератор для дома Становимся независимыми от электричества: выбираем генератор для дома

Какие типы генераторов существуют, и как подобрать подходящую модель?

CHIP
Используй ложку и телефон: 20 способов доставить себе удовольствие Используй ложку и телефон: 20 способов доставить себе удовольствие

Двадцать разных способов мастурбации на любой вкус и цвет

Cosmopolitan
«Русский человек думает, что его все должны развлекать». Круглый стол Forbes Life с руководителями главных российских фестивалей «Русский человек думает, что его все должны развлекать». Круглый стол Forbes Life с руководителями главных российских фестивалей

Forbes Life собрал круглый стол с главными лицами развлекательной жизни столицы

Forbes
Вкусный гид по Франции Вкусный гид по Франции

Французским поварам под силу даже лягушачьи лапки превратить в деликатес

Лиза
Врачи не выгорают, они страдают от моральной травмы Врачи не выгорают, они страдают от моральной травмы

Почему на ситуацию с врачами стоит обратить внимание

СНОБ
8 признаков того, что вашего друга захватила фитнес-мания 8 признаков того, что вашего друга захватила фитнес-мания

Как определить, что просто спортивный парень превращается в фитнес-фрика

Psychologies
Медитация: путь к настоящему себе Медитация: путь к настоящему себе

Какие открытия могут принести практики осознанности и как им научиться

Psychologies
Дочь Елены Борщевой: «Появится волшебная палочка – куплю новую квартиру!» Дочь Елены Борщевой: «Появится волшебная палочка – куплю новую квартиру!»

Дочь Елены Борщевой о настоящих мужчинах

StarHit
Гибкость мышления: как посадить мысли на шпагат Гибкость мышления: как посадить мысли на шпагат

Что, если прислушаться к телесным сигналам и быть настойчивыми, но гибкими?

Psychologies
«Не надо нас дискредитировать»: что организаторы российских фестивалей думают о «Шашлык Live» и Meat & Beat «Не надо нас дискредитировать»: что организаторы российских фестивалей думают о «Шашлык Live» и Meat & Beat

Что думают эксперты и организаторы фестивалей о «Шашлык Live» и Meat & Beat?

Forbes
Как есть на 20% меньше и не голодать Как есть на 20% меньше и не голодать

Несколько советов от врача-диетолога, которые действительно работают

Домашний Очаг
Милые бранятся Милые бранятся

Друзья Майли Сайрус просят не винить ее в расставании с Лиамом Хемсвортом

StarHit
Пожарная тревога Пожарная тревога

Почти 3 миллиона гектаров леса охвачены огнем в Сибири и на Дальнем Востоке

StarHit
Как жить с электронным ПТС. Инструкция Как жить с электронным ПТС. Инструкция

Кто выдает электронные паспорта и как с ними совершать регистрационные действия

РБК
Так ли выгоден многотарифный счетчик в Москве и области: считаем деньги Так ли выгоден многотарифный счетчик в Москве и области: считаем деньги

Может, есть смысл остаться на обычном однотарифном счетчике?

CHIP
Банк для подростков: нужно ли ходить на голове, чтобы понравиться подрастающему поколению Банк для подростков: нужно ли ходить на голове, чтобы понравиться подрастающему поколению

Как запросы сегодняшних тинейджеров изменят ретейл, сферу услуг и банкинг?

Forbes
Долой серость Долой серость

Дарья Майер оформила квартиру в Санкт‑Петербурге, избегая серого цвета

AD
Контуринг 2.0: учимся рисовать скулы при помощи бронзера Контуринг 2.0: учимся рисовать скулы при помощи бронзера

Что такое tantouring

Cosmopolitan
Литератор Александр Гаврилов — о любимых книгах детства, Янагихаре и Набокове Литератор Александр Гаврилов — о любимых книгах детства, Янагихаре и Набокове

Почему читательская восприимчивость с возрастом сходит на нет

Esquire
Открыть в приложении