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

Гейхеры & Cо Гейхеры & Cо

Надо ли заводить гейхеры и насколько они будут обременительны в уходе

Наука и жизнь
Мозговой штурм Мозговой штурм

Становятся ли автомобили все более уязвимыми для хакеров

Популярная механика
Под защитой Под защитой

Растения-репелленты от комаров

Здоровье
“Компания без офисных битв – неживая система” “Компания без офисных битв – неживая система”

Офис не место для баталий? Как бы не так!

Psychologies
Три пощёчины Три пощёчины

Фёдор Редлих о судьбе австрийцев в Советской России

Дилетант
Кто такие анфлюенсеры Кто такие анфлюенсеры

Издание The Cut вводит новое понятие — «анфлюенсеры»

Esquire
Зеленая лихорадка Зеленая лихорадка

Миллиардером инвестбанкира Бориса Йордана сделали не рынки капиталов, а каннабис

Forbes
«У нас маржа, как прямая линия Путина»: как Чичваркин повторяет в Лондоне идеи «Евросети» и зарабатывает на вине «У нас маржа, как прямая линия Путина»: как Чичваркин повторяет в Лондоне идеи «Евросети» и зарабатывает на вине

Forbes представляет новый видеопроект «Forbes Capital с Андреем Мовчаном»

Forbes
Девушка без комплексов. Как Эми Шумер стала единственной женщиной-комиком в списке Forbes Девушка без комплексов. Как Эми Шумер стала единственной женщиной-комиком в списке Forbes

Эми Шумер не боится шутить про секс и зарабатывает $21 млн в год

Forbes
Пара устроила романтичную фотосессию, где муж бреет жену налысо (но все не просто так) Пара устроила романтичную фотосессию, где муж бреет жену налысо (но все не просто так)

Храбро, красиво и очень трогательно

Playboy
Что о вас говорит… ваш смартфон? Что о вас говорит… ваш смартфон?

Дай мне посмотреть, как ты используешь свой телефон, и я скажу кто ты

Psychologies
История с продолжением История с продолжением

Сара Бертон поговорила с Vogue о прошлом и будущем

Vogue
Попали в сети: звезды, которые нашли любовь в интернете Попали в сети: звезды, которые нашли любовь в интернете

Иногда знаменитости даже создают семьи с теми, кого повстречали в интернете

Cosmopolitan
Минфин придумал новые способы вернуть капитал из-за рубежа Минфин придумал новые способы вернуть капитал из-за рубежа

Минфин ищет новые способы вернуть в Россию деньги

Forbes
Игры с китайцами. Как продавать в КНР киберспортивные проекты Игры с китайцами. Как продавать в КНР киберспортивные проекты

150 млн поклонников видеоигр из Китая, привлекают в страну крупные проекты

Forbes
Мама для бизнеса. Почему женщины редко возглавляют крупные компании Мама для бизнеса. Почему женщины редко возглавляют крупные компании

Женщины-руководители часто говорят о своем проекте как о своем ребенке

Forbes
Что не так с образом Брюса Ли в Что не так с образом Брюса Ли в

Почему сцена драки Брюса Ли с героем Брэда Питта разозлила поклонников Ли

Esquire
Николя Деженн: Николя Деженн:

Арт-директор Givenchy по макияжу Николя Деженн

Караван историй
Дети редакции Дети редакции

Российский биолог, кажется, нашел повод изменить ДНК человеческого эмбриона

Популярная механика
Расскажите мне про Австралию Расскажите мне про Австралию

29 августа на большие экраны выходит триллер «Я иду искать» с Самарой Уивинг

Grazia
Слуховые аппараты круче биткоинов. Как выглядит счастливая старость на самом деле Слуховые аппараты круче биткоинов. Как выглядит счастливая старость на самом деле

Пока весь мир пытается обрести бессмертие, старость все еще приходит к людям

Forbes
«Спорт работает как гербалайф»: как раввин Александр Борода готовится пробежать Ironman «Спорт работает как гербалайф»: как раввин Александр Борода готовится пробежать Ironman

Раввин рассказал, как он подсел на спортивные эндорфины

Forbes
Мультики для Грефа: зачем «Союзмультфильму» совместное предприятие со Сбербанком Мультики для Грефа: зачем «Союзмультфильму» совместное предприятие со Сбербанком

Как удалось увлечь Грефа мультфильмами и что происходит с российской анимацией

Forbes
В группе поддержки В группе поддержки

Надо ли вставать на сторону мужа, когда он не прав

Лиза
У Эстонии возникли вопросы к проекту самого длинного железнодорожного тоннеля в мире У Эстонии возникли вопросы к проекту самого длинного железнодорожного тоннеля в мире

Таллин и Хельсинки предложили соединить подводным железнодорожным тоннелем

Forbes
Как мода на авокадо, киноа и спаржу меняет нашу жизнь Как мода на авокадо, киноа и спаржу меняет нашу жизнь

Российские торговые сети столкнулись с нехваткой авокадо

РБК
«Последний герой»: WSJ узнала, как Калви выманили в Москву перед арестом «Последний герой»: WSJ узнала, как Калви выманили в Москву перед арестом

Основатель Baring Vostok за несколько дней до своего ареста прилетел в Москву

Forbes
Как дожить до 100 лет: 9 привычек долгожителей Как дожить до 100 лет: 9 привычек долгожителей

Образ жизни определяет не только ее качество, но и продолжительность

Популярная механика
Есть ли шанс, что мы живем в «Матрице» Есть ли шанс, что мы живем в «Матрице»

Многие физики всерьез обсуждают теорию о том, что наш мир — лишь матрица

Esquire
Люкс на колесах: за какие автомобили россияне готовы платить от $100 000 Люкс на колесах: за какие автомобили россияне готовы платить от $100 000

Лидеры продаж в премиальном сегменте российского авторынка

Forbes
Открыть в приложении