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.

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 и читайте статьи из популярных журналов

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

Льды — это сама жизнь Льды — это сама жизнь

Льды ученые считают важнейшей составляющей планеты, без которой не было бы жизни

Наука и жизнь, июль'19
Один кадр Один кадр

Самые яркие кадры из разных стран

Вокруг света, сентябрь'19
Сокровища Урарту Сокровища Урарту

Древнее царство Урарту, когда-то могущественное, но забытое на 25 веков

Вокруг света, сентябрь'19
6 психических расстройств, о которых нужно знать 6 психических расстройств, о которых нужно знать

В последние годы мы все чаще слышим о психических расстройствах

Домашний Очаг, сентябрь'19
Лучшие цитаты фитнес-фриков о тренировках Лучшие цитаты фитнес-фриков о тренировках

Собрали для вас цитаты тех, кому не чужд фитнес

Psychologies, август'19
10 карьерных правил от великих полководцев 10 карьерных правил от великих полководцев

Карьерные советы от полководцев, которые сумели дожить хотя бы до 50 лет

Maxim, август'19
Нулевой километр Нулевой километр

Знакомьтесь: Ирина Горбачева, новый сезон

Glamour, сентябрь'19
Минфин недооценивает зависимость Минфин недооценивает зависимость

Сумма поступлений в казну от нефтегазовых компаний в 2018 году

РБК, август'19
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, август'19
Виктору Вексельбергу разонравились тепличные условия Виктору Вексельбергу разонравились тепличные условия

Группа «Ренова» продает бизнес по выращиванию овощей

РБК, август'19
Как не допустить насилия Как не допустить насилия

Рекомендации конфликтолога: как научиться обсуждать проблемы, не причиняя боли

Psychologies, сентябрь'19
Валерий Баринов: «Сейчас время дилетантов и неучей» Валерий Баринов: «Сейчас время дилетантов и неучей»

Актер откровенно рассказал, как он остается в прекрасной форме

StarHit, август'19
Обалдуи-родители Обалдуи-родители

Бывают такие приёмные папы, которые становятся единственно родными

Story, сентябрь'19
Как выбрать идеальные плавки Как выбрать идеальные плавки

Мы не позволим испортить красоту вашего рельефа непростительно ужасными плавками

GQ, август'19
Хороший день Хороший день

Ирина Дубцова – о том, в чем она не отказывает сыну

Домашний Очаг, сентябрь'19
Карлота & Марина Карлота & Марина

Сестры Булгари демонстрируют «товар лицом»

Elle, сентябрь'19
Зарубки на носу Зарубки на носу

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

Наука и жизнь, август'19
Генетическая память Генетическая память

Раскопать корни своего родословного дерева теперь легко и просто

Собака.ru, август'19
Уссу качнули права Уссу качнули права

Почему чиновники не умеют говорить с народом

Русский репортер, август'19
Артём Овчаренко и Анна Тихомирова. Звезды сошлись Артём Овчаренко и Анна Тихомирова. Звезды сошлись

Звезды Большого театра и одна из самых красивых пар русского балета

Караван историй, сентябрь'19
Свой в большом городе Свой в большом городе

Ведущий и актер Иван Чуйков родился в маленькой подмосковной деревне Якимово

OK!, август'19
«В профессию лучше заскочить до 30-ти»: шеф-повар — о карьере и яичнице с чоризо «В профессию лучше заскочить до 30-ти»: шеф-повар — о карьере и яичнице с чоризо

"До сих пор помню первое занятие — оно все поставило на свои места"

Men’s Health, август'19
В группе поддержки В группе поддержки

Надо ли вставать на сторону мужа, когда он не прав

Лиза, 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
Toyota RAV4 в России больше не будет?! Вот так новости! Toyota RAV4 в России больше не будет?! Вот так новости!

Да здравствует новый RAV4 — отныне это будет внедорожник!

Men’s Health, август'19
Кругосветное путешествие Алексея Камерзанова. Мозамбик Кругосветное путешествие Алексея Камерзанова. Мозамбик

Остров Мозамбик — живое воплощение господства Португалии в регионе

4x4 Club, сентябрь'19
Путеводитель растерянных Путеводитель растерянных

Подкасты — ответ на все мужские страхи и тревоги

Men’s Health, сентябрь'19
И стены помогают И стены помогают

Московская квартира дизайнера Екатерины Нечаевой

AD, сентябрь'19
7 классных книг о Фриде Кало, Джорджии О'Кифф и других женщинах-художницах 7 классных книг о Фриде Кало, Джорджии О'Кифф и других женщинах-художницах

Биографии, которыми вы зачитаетесь, от кратких до 800-страничных

Vogue, август'19
Тягостная Мосгордума Тягостная Мосгордума

Откуда снова взялись массовые протесты

Русский репортер, август'19