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

Минный пол Минный пол

20 вещей, которых мы боимся в женщинах

Maxim
Вдохновляемся Принцессами Disney: 10 идеальных купальников Вдохновляемся Принцессами Disney: 10 идеальных купальников

Если долгожданный отпуск впереди, эта подборка купальников тебе точно пригодится

Cosmopolitan
Смерть бессильного вождя Смерть бессильного вождя

Это был лидер страны, у которого из средств общения осталась только мимика

Дилетант
Что нам мешает достигать поставленных целей Что нам мешает достигать поставленных целей

«Цель вижу, в себя верю, препятствий не замечаю»

Psychologies
Анна Седокова Анна Седокова

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

Playboy
Большая маленькая разница. Почему информация о зарплатах должна стать прозрачной Большая маленькая разница. Почему информация о зарплатах должна стать прозрачной

Остается один выход — приходить к прозрачности в оплате труда

Forbes
Цветы и пчёлы Цветы и пчёлы

Красивейший пример сотрудничества — взаимоотношения пчёл и цветковых растений

Наука и жизнь
Комо everybody Комо everybody

Свадьба на озере Комо снова в тренде

Tatler
Зарубки на носу Зарубки на носу

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

Наука и жизнь
Вечный зов Вечный зов

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

Vogue
Операция «Мавзолей» Операция «Мавзолей»

Как из вождя мирового пролетариата, атеиста и сторонника кремации сделали мумию?

Дилетант
Где купить украшения для мужчины: 12 модных брендов Где купить украшения для мужчины: 12 модных брендов

12 марок, создающих мужские украшения — от минималистичных до массивных

Esquire
У Христа за пазухой У Христа за пазухой

Как живет самая большая община амишей в Америке

Вокруг света
Открыть кубышку: как России правильно потратить накопленные нефтедоллары Открыть кубышку: как России правильно потратить накопленные нефтедоллары

В последние полтора года российской экономике везло с нефтяными ценами

Forbes
«А ведь я тебе так верил(а)!»: правила для тех, кому изменили «А ведь я тебе так верил(а)!»: правила для тех, кому изменили

Сталкиваясь с изменой, мы можем испытывать целую гамму чувств

Psychologies
Русские не идут Русские не идут

Программа переселения соотечественников действует уже 13 лет. Есть ли эффект?

Огонёк
10 самых нелепых летательных аппаратов Второй мировой 10 самых нелепых летательных аппаратов Второй мировой

Многие самолёты во время Второй мировой войны получились странными и нелепыми

Популярная механика
Семья экс-короля Малайзии после развода с россиянкой подобрала ему новую невесту Семья экс-короля Малайзии после развода с россиянкой подобрала ему новую невесту

Причины загадочного расставания малазийского султана с российской моделью

Cosmopolitan
8 признаков того, что вашего друга захватила фитнес-мания 8 признаков того, что вашего друга захватила фитнес-мания

Как определить, что просто спортивный парень превращается в фитнес-фрика

Psychologies
Новый закон и старые грехи: почему предприниматели продолжат опасаться за зарубежные активы Новый закон и старые грехи: почему предприниматели продолжат опасаться за зарубежные активы

Закон о корректировке валютного регулирования и контроля — хорошая новость

Forbes
Так оно и вышло Так оно и вышло

Прием ведет Джеймс Макэвой, специалист по расщеплению личности

Glamour
Завтра начинается сегодня Завтра начинается сегодня

Поговорили с женщинами из IT-сферы о трендах, технологиях и будущем

Cosmopolitan
6 известных актеров, снимавшихся пьяными (от Марго Робби до Гари Олдмана) 6 известных актеров, снимавшихся пьяными (от Марго Робби до Гари Олдмана)

Выпил на работе, и это зафиксировала камера

Playboy
Репортаж с места события Репортаж с места события

Алёна Пенева встретилась с военным корреспондентом и писателем Михаилом Зыгарем

Cosmopolitan
Новая цена нефти. Как повлияют на стоимость барреля Иран, ОПЕК, США и глобальная рецессия Новая цена нефти. Как повлияют на стоимость барреля Иран, ОПЕК, США и глобальная рецессия

Каких цен на нефть теперь стоит ждать?

Forbes
Мадам, уже падают листья Мадам, уже падают листья

У Джулии Рестуан-Ройтфельд красивый кризис среднего возраста

Tatler
Не верь, не бойся, не соли. Почему соль — белая смерть, и как с этим жить Не верь, не бойся, не соли. Почему соль — белая смерть, и как с этим жить

Прежде чем тянуться за солонкой, прочитай этот текст

Maxim
Полуфабрикат Полуфабрикат

Архитекторы Моретти и Матрикарди построили себе дом из готовых бетонных панелей

AD
Виктория Фомина: Почему рабочие профессии вновь становятся престижными Виктория Фомина: Почему рабочие профессии вновь становятся престижными

Какой воротничок следует примерить желающим зарабатывать больше?

СНОБ
Николя Деженн: Николя Деженн:

Арт-директор Givenchy по макияжу Николя Деженн

Караван историй
Открыть в приложении