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

Ни пуха ни пера Ни пуха ни пера

Зачем в современном аэропорту Домодедово используются хищные птицы

Вокруг света
Музыка Pioneer и бодрый ультраконсерватизм: тест Suzuki SX4 Tabi Музыка Pioneer и бодрый ультраконсерватизм: тест Suzuki SX4 Tabi

У Suzuki слава надёжных и экономичных, но очень консервативных автомобилей

Популярная механика
Анна Седокова Анна Седокова

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

Playboy
Тест смартфона Nokia 4.2: хорошая выносливость и много стекла Тест смартфона Nokia 4.2: хорошая выносливость и много стекла

Что еще предложит этот телефон начального уровня от Nokia?

CHIP
Остатки кладки: 10 живописных развалин Остатки кладки: 10 живописных развалин

Есть в руинах что-то завораживающее

Вокруг света
Как подготовить машину к осени. 5 главных советов Как подготовить машину к осени. 5 главных советов

Что нужно сделать, чтобы автомобиль идеально пережил осень?

РБК
Цветы и пчёлы Цветы и пчёлы

Красивейший пример сотрудничества — взаимоотношения пчёл и цветковых растений

Наука и жизнь
7 туристических активностей, которые помогут лучше понять незнакомый город 7 туристических активностей, которые помогут лучше понять незнакомый город

Когда не знаешь, чем заняться в путешествии, прислушайся к нашим советам

Playboy
Зарубки на носу Зарубки на носу

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

Наука и жизнь
Откуда пришла традиция надевать на свадьбу белое платье Откуда пришла традиция надевать на свадьбу белое платье

Выясняем, изжило ли себя это правило сегодня

Vogue
Маленький принц: 9 мифов об Антуане де Сент-Экзюпери Маленький принц: 9 мифов об Антуане де Сент-Экзюпери

«Вокруг света» разобрался, правда ли, что Сент-Экзюпери…

Вокруг света
Сопротивление от-кутюр Сопротивление от-кутюр

Вторая мировая война стала серьёзным испытанием и для модной индустрии

Дилетант
Они все страдают Они все страдают

Почему все так полюбили непонятные древние картинки со смешными подписями

Вокруг света
Каким должно быть налогообложение криптовалюты Каким должно быть налогообложение криптовалюты

Как решить вопрос налогообложения криптовалюты?

Forbes
Особое положение Особое положение

ЗОЖ-эксперт рассказала поделилась бьюти-лайфхаками во время беременности

Cosmopolitan
Большая разница Большая разница

«Мы такие разные, но мы вместе!» – могут сказать о себе наши сегодняшние герои

Лиза
Новая нефть: как стать миллиардером на обработке данных Новая нефть: как стать миллиардером на обработке данных

Если данные — это новая нефть, то Alteryx — нефтепровод

Forbes
Девятый Путь. Приключения команды «ГАЗ Рейд Спорт» на «Шёлковом пути» Девятый Путь. Приключения команды «ГАЗ Рейд Спорт» на «Шёлковом пути»

Об этой гонке хочется вспоминать снова и снова

4x4 Club
Климатические мигранты: новое великое переселение народов Климатические мигранты: новое великое переселение народов

Глобальное потепление за 100 лет может запустить самые массовые миграции

Популярная механика
Секс, работа, еда: 22 совета, которые помогут продлить вашу жизнь Секс, работа, еда: 22 совета, которые помогут продлить вашу жизнь

Можно поддерживать себя в достойной физической и умственной форме долгие годы

Популярная механика
Лучшее на «Ночи кино 2019»: в бассейне, в метро и на высотке Лучшее на «Ночи кино 2019»: в бассейне, в метро и на высотке

Что посмотреть во время «Ночи кино», которая пройдет в Москве 24 августа

Forbes
Бургеры из носорогов: как вегетарианство очень скоро изменит потребление еды в мире Бургеры из носорогов: как вегетарианство очень скоро изменит потребление еды в мире

Скоро потребление мяса будет ограничено так же, как и производство сигарет

Forbes
Истории о том, как влюбляются в пеший туризм Истории о том, как влюбляются в пеший туризм

О своих приключениях рассказывают архитектор, виолончелист и инженер-программист

РБК
Быть экстравертом — здорово. Но не всегда Быть экстравертом — здорово. Но не всегда

О том, в каких ситуациях экстравертам приходится несладко

Psychologies
Руководство по веселью для джентльмена Руководство по веселью для джентльмена

Тип вечеринок под грифом Playboy-level нуждается в тщательной подготовке

Playboy
Растерянная Россия Растерянная Россия

Первые результаты исследования идеальной России

Русский репортер
У автомобилистов сгорят штрафы. Что случилось? У автомобилистов сгорят штрафы. Что случилось?

Водители получили шанс обжаловать полученные штрафы

РБК
Нестабильное положение Нестабильное положение

Жан-Кристоф Ома не спешит раз и навсегда закончить ремонт

AD
Жесткая дисциплина и ноль демократии: мужской коллектив не место для дискуссий? Жесткая дисциплина и ноль демократии: мужской коллектив не место для дискуссий?

Может ли быть эффективной чисто мужская команда?

Psychologies
MAXIM рецензирует блестящий, как лысины его героев, боевик: «Форсаж: Хоббс и Шоу» MAXIM рецензирует блестящий, как лысины его героев, боевик: «Форсаж: Хоббс и Шоу»

Создается ощущение, будто Джонсон и Стэйтем познакомились на уроке химии

Maxim
Открыть в приложении