Крошечные стражи подземных галактик

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

Цветы и пчёлы Цветы и пчёлы

Красивейший пример сотрудничества — взаимоотношения пчёл и цветковых растений

Наука и жизнь, август'19
Наталья Водянова заявила, что даже яичница является проблемой для ее мужа Наталья Водянова заявила, что даже яичница является проблемой для ее мужа

Свободное время Наталья Водянова посвящает мужу и пятерым детям

Cosmopolitan, август'19
Дроны в погоне за картой Дроны в погоне за картой

Человечество до сих пор не составило полную карту своей собственной планеты

Популярная механика, август'19
Процветание и благодарность Процветание и благодарность

Интервью с Амандип Сингхом, учителем кундалини и гималайской йоги

Yoga Journal, сентябрь'19
Восемь умных ног Восемь умных ног

Это морское существо называют «самым курьёзным созданием» на нашей планете

Наука и жизнь, июль'19
Глава направления аксессуаров Bvlgari — о дизайне сумок и украшений Глава направления аксессуаров Bvlgari — о дизайне сумок и украшений

Мирейя Лопес Монтойя рассказала, сколько сумок нужно женщине для счастья

РБК, август'19
Зарубки на носу Зарубки на носу

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

Наука и жизнь, август'19
Модные компании подписали пакт на саммите «Большой семерки». Что это и почему вам нужно о нем знать? Модные компании подписали пакт на саммите «Большой семерки». Что это и почему вам нужно о нем знать?

Что за «модный пакт» подписали глобальные компании

Esquire, август'19
Ошибка экономической политики Ошибка экономической политики

Прогноз на 2020 год от заведующего лабораторией структурных исследований РАНХиГС

Эксперт, декабрь'19
Жуткие находки в гробнице настоящего вампира: череп и кости Жуткие находки в гробнице настоящего вампира: череп и кости

Мрачное творчество Говарда Лавкрафта основано на богатом фольклоре Новой Англии

Популярная механика, август'19
Русский травник Русский травник

Предприниматель, сколотивший состояние на промышленной конопле в Голландии

Forbes, октябрь'18
Квартира на колесах Квартира на колесах

Все плюсы и минусы Volkswagen Multivan

Популярная механика, сентябрь'19
«Рыбный король» Виталий Орлов сообщил о прекращении дела о мошенничестве в «Норебо» «Рыбный король» Виталий Орлов сообщил о прекращении дела о мошенничестве в «Норебо»

Виталий Орлов сообщил, что уголовное дело о мошенничестве в «Норебо» закрыто

Forbes, август'19
Спокойствие, только спокойствие: тест новой Mazda3 Спокойствие, только спокойствие: тест новой Mazda3

Тест-драйв новой Mazda3 на горных серпантинах Сербии

Популярная механика, август'19
Amazon, помоги Амазонии: пользователи Twitter призвали Безоса посодействовать борьбе с лесными пожарами Amazon, помоги Амазонии: пользователи Twitter призвали Безоса посодействовать борьбе с лесными пожарами

Пользователи Twitter просят основателя Amazon помочь в борьбе с лесными пожарами

Forbes, август'19
Правила идеальной лжи: как говорить неправду и выглядеть убедительным Правила идеальной лжи: как говорить неправду и выглядеть убедительным

Обманывать так, чтобы другие поверили, — это тоже своего рода искусство

Psychologies, август'19
Молодые и модные: как богатые миллениалы помогают Бернару Арно соревноваться с Биллом Гейтсом Молодые и модные: как богатые миллениалы помогают Бернару Арно соревноваться с Биллом Гейтсом

В какую сторону движется модная индустрия, и при чем тут миллениалы

Forbes, август'19
Правила жизни Мэрилин Монро Правила жизни Мэрилин Монро

Американская актриса, певица и модель. Умерла в возрасте 36 лет в Лос-Анджелесе

Esquire, август'19
Вечный зов Вечный зов

Иван Дорн о паранормальном периоде, борьбе за экологию и новом альбоме

Vogue, сентябрь'19
Балтийский берег манит ВЭБ Балтийский берег манит ВЭБ

Набсовет ВЭБа планирует строительство промышленного кластера в Усть-Луге

РБК, август'19
Почему мы видим жизнь по-разному Почему мы видим жизнь по-разному

Зачем разбираться в собственных «фильтрах» и можно ли изменить нашу реальность

Psychologies, август'19
Маршрут построен Маршрут построен

Словения развивается куда успешней, чем другие территории бывшей Югославии

OK!, август'19
Стабильность Стабильность

Практика катона-йоги учит стабильности и заземлению

Yoga Journal, сентябрь'19
Вопросы есть? Вопросы есть?

Редкая звезда инстаграма не развлекается сейчас анкетами в сторис

Tatler, сентябрь'19
Darknet: насколько темный интернет анонимен и безопасен? Darknet: насколько темный интернет анонимен и безопасен?

Пользователи ошибочно полагают, что анонимайзеры полностью скрывают их действия

CHIP, август'19
Жизнь без «Яндекс.Новостей»: кто пострадает в случае закрытия агрегатора Жизнь без «Яндекс.Новостей»: кто пострадает в случае закрытия агрегатора

Депутаты Госдумы критикуют работу «Яндекс.Новостей»

Forbes, август'19
Как обжаловать штрафы. Инструкция для тех, кто не согласен Как обжаловать штрафы. Инструкция для тех, кто не согласен

Куда обращаться для обжалования неправомерных штрафов на дорогах и парковках

РБК, август'19
Как все успевать и почему время сегодня — это привилегия Как все успевать и почему время сегодня — это привилегия

Почему мы себе не принадлежим

РБК, август'19
Пикник «Афиши» 2019: подробный гид от «п» до «и» Пикник «Афиши» 2019: подробный гид от «п» до «и»

3 августа с 12.00 до 23.00 в «Коломенском» пройдет Пикник «Афиши»

Maxim, август'19
Непослушные родители: почему в России так легко изъять детей из семьи Непослушные родители: почему в России так легко изъять детей из семьи

Как в целом обстоят дела с лишением родительских прав в России

Forbes, август'19