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

Домашнему мастеру Домашнему мастеру

Маленькие хитрости

Наука и жизнь, июль'19
«Пастбища» Северной Атлантики «Пастбища» Северной Атлантики

Вокруг плавающей водоросли – саргасса – с ложилась целая морская экосистема

National Geographic, июль'19
Анна Седокова Анна Седокова

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

Playboy, сентябрь'19
Японский рецепт производительности Японский рецепт производительности

Отношения России и Японии на подъеме

РБК, сентябрь'19
Тягостная Мосгордума Тягостная Мосгордума

Откуда снова взялись массовые протесты

Русский репортер, август'19
13 антивозрастных продуктов 13 антивозрастных продуктов

Чтобы выглядеть намного моложе своего возраста, ешьте определенные продукты

Psychologies, август'19
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, август'19
Скромное обаяние Скромное обаяние

Новое поколение золотой молодежи инвестирует в свое образование

Собака.ru, август'19
Волевая модель Волевая модель

После расставания с Брэдли Купером Ирина Шейк явно не унывает

Grazia, август'19
Отпусти меня на работу! Отпусти меня на работу!

Что делать, если ты не хочешь быть домохозяйкой, но муж настаивает?

Лиза, август'19
#прохобби: бизнес и конный спорт Марины Польской #прохобби: бизнес и конный спорт Марины Польской

Как научиться держаться в седле и построить эффективное дело, работая 30 дней

РБК, август'19
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, август'19
«Чем точнее закон, тем меньше произвола» «Чем точнее закон, тем меньше произвола»

Михаил Федотов, председатель СПЧ, о градусе протестных настроений

Огонёк, август'19
И это всё о нём И это всё о нём

Arte Brotto — марка, которая более полувека работает с деревом

SALON-Interior, сентябрь'19
Квартира на колесах Квартира на колесах

Все плюсы и минусы Volkswagen Multivan

Популярная механика, сентябрь'19
По одежке встречают По одежке встречают

Александру Рогову не хватало места для одежды, и он купил новую квартиру

AD, сентябрь'19
На вкус и цвет На вкус и цвет

В чем секрет популярности курортов Краснодарского края

Лиза, август'19
«Восточного» коварство «Восточного» коварство

Как американский бизнесмен Майкл Калви оказался за решеткой

Forbes, сентябрь'19
Комо everybody Комо everybody

Свадьба на озере Комо снова в тренде

Tatler, сентябрь'19
Праздная экономия Праздная экономия

Во сколько обойдутся Москве мероприятия в рамках Дня города

РБК, август'19
Екатерина Рыбакова — о принципах воспитания в семье миллиардера Екатерина Рыбакова — о принципах воспитания в семье миллиардера

Супруги решили направить на благо общества и основали «Рыбаков Фонд»

РБК, август'19
Правила жизни детей: чему тебе стоит поучиться у второклассника Правила жизни детей: чему тебе стоит поучиться у второклассника

Чему научили здоровенного мужика его новые друзья по игровой площадке

Men’s Health, август'19
MAXIM рецензирует бразильскую антиутопию «Божественная любовь» MAXIM рецензирует бразильскую антиутопию «Божественная любовь»

В прокат выходит изобретательно снятая постхристианская фантастика

Maxim, август'19
Знать назубок Знать назубок

Как правильно ухаживать за молочными зубами?

Добрые советы, сентябрь'19
Анастасия Мурзина-Бенуа: «У нас в квартире висела „Мадонна“ Леонардо да Винчи» Анастасия Мурзина-Бенуа: «У нас в квартире висела „Мадонна“ Леонардо да Винчи»

Праправнучка архитектора Леонтия Бенуа живет в его квартире и открыла там музей

Собака.ru, август'19
Священный верблюд инков Священный верблюд инков

Ламы и их родственники снабжают жителей Перу едой, одеждой и транспортом

Вокруг света, сентябрь'19
Гузель Яхина — о Чулпан Хаматовой, сталинистах и любимых сериалах Гузель Яхина — о Чулпан Хаматовой, сталинистах и любимых сериалах

Интервью с автором романа «Зулейха открывает глаза» Гузель Яхиной

РБК, август'19
Почем Гренландия? Почем Гренландия?

Как торговое предложение Дональда Трампа раздосадовало датчан

Огонёк, август'19
Дайвер в пасти кита: видео Дайвер в пасти кита: видео

Дайвер хотел сфотографировать акул, но угодил в челюсти кита!

National Geographic, август'19
7 образов Стива Маккуина, которые стоит повторить 7 образов Стива Маккуина, которые стоит повторить

Если сомневаетесь, что надеть, просто выбирайте один из них

GQ, август'19