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

Сюрреализм — это я! 9 фактов о Сальвадоре Дали Сюрреализм — это я! 9 фактов о Сальвадоре Дали

Самые невероятные истории из жизни знаменитого сюрреалиста

Вокруг света
С возрастом мы становимся интровертами? С возрастом мы становимся интровертами?

Почему вам все чаще хочется провести вечер тихо и спокойно

Psychologies
Критическое масло Критическое масло

Что это за масло, с чем его едят и не ест ли оно нас тем временем само?

Maxim
9 типичных советов про отношения, от которых больше вреда, чем пользы 9 типичных советов про отношения, от которых больше вреда, чем пользы

Некоторые из «добрых советов» на самом деле вернее назвать «вредными»

Playboy
Анна Седокова Анна Седокова

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

Playboy
Пиксельные миры: лучшие лицензионные сервера Майнкрафт Пиксельные миры: лучшие лицензионные сервера Майнкрафт

В нашем списке - только лицензионные, белые и пушистые серверы для Майнкрафт

CHIP
Цветы и пчёлы Цветы и пчёлы

Красивейший пример сотрудничества — взаимоотношения пчёл и цветковых растений

Наука и жизнь
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
Зарубки на носу Зарубки на носу

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

Наука и жизнь
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
Молодо-зелено Молодо-зелено

Знакомьтесь, звезда «Дылды» Виктория Мирошниченко

Vogue
Дорога перемен. Как 20-летняя гонщица запустила программу наставничества для женщин Дорога перемен. Как 20-летняя гонщица запустила программу наставничества для женщин

Аврора Страус верит, что наставничество поможет изменить многие мужские сферы

Forbes
5 неправильных поводов вернуться к бывшим 5 неправильных поводов вернуться к бывшим

Почему мы снова оказываемся в отношениях, если уже решили, что они не подходят?

Psychologies
Вице-президент adidas Russia — о футболе, переезде в Москву и экотрендах Вице-президент adidas Russia — о футболе, переезде в Москву и экотрендах

Рейчел Ховард в компании adidas вот уже 17 лет

РБК
Что твой ребенок расскажет психотерапевту через 20 лет? Что твой ребенок расскажет психотерапевту через 20 лет?

На что будет жаловаться следующее поколение, несмотря на все усилия матерей

Cosmopolitan
Зачетный город Зачетный город

Говорят, что каждый восьмой житель Болоньи учится в университете

Вокруг света
15 мыслей Владимира Сорокина 15 мыслей Владимира Сорокина

Владимир Сорокин по просьбе GQ вспомнил детство, юность и заглянул в будущее

GQ
Eddie from the Block Eddie from the Block

Актера Эдди Марсана часто называют гением ролей второго плана

OK!
Вонь отсюда! Вонь отсюда!

Несколько способов навсегда избавиться от неприятного запаха в холодильнике

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

Нам бывает не так уж просто идентифицировать себя с определенной профессией

Psychologies
«Надо уметь договариваться с кем угодно». Карьерные советы главы Intel в России «Надо уметь договариваться с кем угодно». Карьерные советы главы Intel в России

Наталья Галян возглавляет российское подразделение Intel три года

Forbes
Волевая модель Волевая модель

После расставания с Брэдли Купером Ирина Шейк явно не унывает

Grazia
Квентин Тарантино: «Мне пора уходить» Квентин Тарантино: «Мне пора уходить»

Квентин Тарантино о том, почему он уходит из кино и чем будет теперь заниматься

Cosmopolitan

Февральской ночью 1893 года Тулуз-Лотрек, как обычно, отправился в «Мулен Руж»

Караван историй
Live Fest Summer 2019: гид по фестивалю на Live Fest Summer 2019: гид по фестивалю на

Ежегодный фестиваль Live Fest Summer’19

Cosmopolitan
Почему нам трудно извиняться? Почему нам трудно извиняться?

Извиняясь, мы чувствуем себя неловко, но вместе с тем испытываем облегчение

Psychologies
Асфальтовые джунгли. Как мегаполисы пытаются впустить в себя дикую природу Асфальтовые джунгли. Как мегаполисы пытаются впустить в себя дикую природу

Для чего на крыше Берлинского кафедрального собора живут тысячи пчел

Forbes
Что общего у Леонардо ДиКаприо и Брэда Питта Что общего у Леонардо ДиКаприо и Брэда Питта

Каким путем шел к фильму «Однажды в Голливуде» Брэд Питт, а каким — ДиКаприо

Esquire
Кругосветное путешествие Алексея Камерзанова. Мозамбик Кругосветное путешествие Алексея Камерзанова. Мозамбик

Остров Мозамбик — живое воплощение господства Португалии в регионе

4x4 Club
Обзор комплекта датчиков безопасности Xiaomi Mi Smart Обзор комплекта датчиков безопасности Xiaomi Mi Smart

Изучаем нехитрую охранную систему Xiaomi

CHIP
Открыть в приложении