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
Над диджеями и рэпперами нависли темные тучи: Kraftwerk выиграли суд об использовании сэмплов Над диджеями и рэпперами нависли темные тучи: Kraftwerk выиграли суд об использовании сэмплов

20 лет длилась тяжба по поводу одного двухсекундного сэмпла

Maxim
11 способов становиться немного умнее каждый день 11 способов становиться немного умнее каждый день

Интеллект, как и тело, требует правильного питания и регулярных тренировок

Psychologies
Откуда пришла традиция надевать на свадьбу белое платье Откуда пришла традиция надевать на свадьбу белое платье

Выясняем, изжило ли себя это правило сегодня

Vogue
Зарубки на носу Зарубки на носу

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

Наука и жизнь
Тест и обзор цифровой камеры Panasonic Lumix DC-FZ1000 II Тест и обзор цифровой камеры Panasonic Lumix DC-FZ1000 II

Для заказа уже доступна камера Panasonic Lumix FZ1000 II

CHIP
Цветы и пчёлы Цветы и пчёлы

Красивейший пример сотрудничества — взаимоотношения пчёл и цветковых растений

Наука и жизнь
Как я провел лето с роботом и смог ли он облегчить мою жизнь Как я провел лето с роботом и смог ли он облегчить мою жизнь

Роботы не устроят Третью мировую, но точно смогут упростить жизнь

Популярная механика
Анна Седокова Анна Седокова

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

Playboy
Трамп-Айленд: зачем президент США хочет купить Гренландию Трамп-Айленд: зачем президент США хочет купить Гренландию

Интерес Дональда Трампа к Гренландии вызвал недоумение у владельца острова

Forbes
Машины рулят людьми Машины рулят людьми

В принятии важных решений все чаще участвуют алгоритмы машинного обучения

GQ
Ли Кайфу: «Люди оказались на земле не для рутинной работы» Ли Кайфу: «Люди оказались на земле не для рутинной работы»

Как искусственный интеллект повлияет на нашу жизнь в ближайшем будущем

РБК
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
Как живут японцы и чему у них можно научиться (а чему не стоит) Как живут японцы и чему у них можно научиться (а чему не стоит)

Жизнь в Японии меняется быстрее, чем наши стереотипы о ней

РБК
Ирина Старшенбаум: «Пора перестать заставлять детей читать Достоевского» Ирина Старшенбаум: «Пора перестать заставлять детей читать Достоевского»

22 августа на онлайн-платформе ТНТ-Premier выходит сериал «Учителя»

Grazia
Бинбанк мог лишиться лицензии в 2015 году Бинбанк мог лишиться лицензии в 2015 году

Cуд Лондона рассматривает спор между люксембургским фондом и кипрской компанией

Forbes
7 ошибок домашнего электрика, которые совершают снова и снова 7 ошибок домашнего электрика, которые совершают снова и снова

Чего стоит избегать при монтаже проводки в квартире или доме?

CHIP
Круги на воде Круги на воде

Как решить проблему обезвоженности кожи?

Добрые советы
10 лучших британских футболистов 10 лучших британских футболистов

Вспоминаем лучших игроков Туманного Альбиона за всю историю

GQ
«Русских людей палкой не остановить». Баста — о митингах, своей рэп-империи, Тимати и Скриптоните «Русских людей палкой не остановить». Баста — о митингах, своей рэп-империи, Тимати и Скриптоните

Баста рассказал, почему не ходит на митинги и как построить успешный лейбл

Forbes
Лучшие цитаты фитнес-фриков о тренировках Лучшие цитаты фитнес-фриков о тренировках

Собрали для вас цитаты тех, кому не чужд фитнес

Psychologies
Профидентичность: кем ты стал, когда вырос? Профидентичность: кем ты стал, когда вырос?

Нам бывает не так уж просто идентифицировать себя с определенной профессией

Psychologies
10 ошибочных гипотез об устройстве мира 10 ошибочных гипотез об устройстве мира

Тайны Вселенной безграничны, но мы продолжаем стремиться к их разгадке

Популярная механика
6 правил, как жить в удовольствие, от мастера купажа Франсуа Тибо 6 правил, как жить в удовольствие, от мастера купажа Франсуа Тибо

Франсуа Тибо работает в Grey Goose более 20 лет

Esquire
Испортить юбилей: почему фестиваль «Вудсток-50» сорвался Испортить юбилей: почему фестиваль «Вудсток-50» сорвался

«Вудсток-50», который должен был пройти с 16 по 18 августа, сорвался

РБК
7 идей, которые сделают любой отпуск незабываемым (будет, о чем потом рассказать) 7 идей, которые сделают любой отпуск незабываемым (будет, о чем потом рассказать)

Эти приключения ты будешь вспоминать до самой старости

Playboy
Нектар для РПЦ: как неудавшийся пчеловод запустил всероссийский агрегатор меда Нектар для РПЦ: как неудавшийся пчеловод запустил всероссийский агрегатор меда

Чтобы обучиться искусству добычи меда, Евгений Терешев объездил пол-России

Forbes
Скажу за всю Одессу Скажу за всю Одессу

Евгений Цыганов — о любви во время холеры и настоящих мужчинах

Vogue
Электрический или бензиновый: сравниваем надежность техники и инструментов Электрический или бензиновый: сравниваем надежность техники и инструментов

Какой инструмент более капризен в работе: бензиновый или электрический

CHIP
Антон Макарский: «Когда-нибудь придется объяснять детям, почему на экране целуюсь с другой тетей» Антон Макарский: «Когда-нибудь придется объяснять детям, почему на экране целуюсь с другой тетей»

Антон Макарский о том, что может тронуть его до слез и как мирится с женой

StarHit
Открыть в приложении