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

Анна Седокова Анна Седокова

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

Playboy
Нектар для РПЦ: как неудавшийся пчеловод запустил всероссийский агрегатор меда Нектар для РПЦ: как неудавшийся пчеловод запустил всероссийский агрегатор меда

Чтобы обучиться искусству добычи меда, Евгений Терешев объездил пол-России

Forbes
Станислав Лем о Чернобыле Станислав Лем о Чернобыле

О статье знаменитого писателя Станислава Лема «Урок катастрофы»

Дилетант
Миль во всём мире Миль во всём мире

История одной вертолётной семьи

Дилетант
Слезинка ребенка Слезинка ребенка

Большая ошибка диктатора — покушаться на самое дорогое: на детей

Вокруг света
Московских водителей без ОСАГО начали вычислять с помощью камер Московских водителей без ОСАГО начали вычислять с помощью камер

В Москве после неоднократных переносов запустили систему проверки наличия ОСАГО

Forbes
Цветы и пчёлы Цветы и пчёлы

Красивейший пример сотрудничества — взаимоотношения пчёл и цветковых растений

Наука и жизнь
Выбираем фильтры для воды под мойку: рейтинг 2019 года Выбираем фильтры для воды под мойку: рейтинг 2019 года

Как выбрать подходящий фильтр для воды для своих нужд

CHIP
Зарубки на носу Зарубки на носу

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

Наука и жизнь
“Кафе “Донс Плам” — экспериментальный фильм с Леонардо ДиКаприо и Тоби Магуайром. И актеры его стыдятся “Кафе “Донс Плам” — экспериментальный фильм с Леонардо ДиКаприо и Тоби Магуайром. И актеры его стыдятся

История фильма, которого стыдятся Леонардо ДиКаприо и Тоби Магуайр

Esquire
Найти свое место в новой реальности Найти свое место в новой реальности

Кого из соискателей при прочих равных выбирают сегодня работодатели?

Psychologies
Высокобюджетное искусство. Самые богатые театры Минкульта Высокобюджетное искусство. Самые богатые театры Минкульта

Какие театры из тех, что в федеральном подчинении, получают больше субсидий?

Forbes
Киса и Ося здесь были Киса и Ося здесь были

Места славы Остапа Бендера и Ипполита Матвеевича из романа «12 стульев»

Вокруг света
Обзор релиза Pagan Online: новые плюшки или сырой продукт? Обзор релиза Pagan Online: новые плюшки или сырой продукт?

Общее впечатление, плюсы, минусы и нововведения Pagan Online

CHIP
«Все пошло не так»: как заработать на надвигающемся кризисе «Все пошло не так»: как заработать на надвигающемся кризисе

Что не нужно делать в преддверии и во время кризиса, чтобы не потерять деньги

Forbes
Джесcика Честейн. Хамелеон Джесcика Честейн. Хамелеон

Актриса все время ищет роли, предполагающие полное перевоплощение

Караван историй
Тест видеокарты Zotac Gaming GeForce RTX 2080 SUPER AMP Extreme Тест видеокарты Zotac Gaming GeForce RTX 2080 SUPER AMP Extreme

Смотрим на результаты тестов видеокарты и делаем выводы

CHIP
Правила жизни Фриды Кало Правила жизни Фриды Кало

Мексиканская художница. Умерла 13 июля 1954 года, в возрасте 47 лет

Esquire
Генетическая память Генетическая память

Раскопать корни своего родословного дерева теперь легко и просто

Собака.ru

Как именно «Вудсток» стал культурной реликвией

Esquire
В группе поддержки В группе поддержки

Надо ли вставать на сторону мужа, когда он не прав

Лиза
Кризисные ошибки Кризисные ошибки

Управляющие активами делятся своим негативным опытом

Forbes
Эмоциональные триггеры. Что вас злит или вгоняет в тоску? Эмоциональные триггеры. Что вас злит или вгоняет в тоску?

Замечали ли вы, что определенные ситуации вызывают у вас бурную реакцию

Psychologies
Обзор игры Wolfenstein: Youngblood — кровавая бойня в Париже Обзор игры Wolfenstein: Youngblood — кровавая бойня в Париже

Wolfenstein: Youngblood — удалось ли разрабам выпустить годноту?

CHIP
Сколько зарабатывают блогеры Сколько зарабатывают блогеры

Как устроен инфлюенсер-маркетинг в моде и зачем он нужен большим брендам

Esquire
Хакер украл данные клиентов биржи кроссовок StockX, в которую инвестировал фонд Юрия Мильнера Хакер украл данные клиентов биржи кроссовок StockX, в которую инвестировал фонд Юрия Мильнера

Неизвестный похитил данные почти 7 млн клиентов онлайн-биржи кроссовок StockX

Forbes
Занесите в протокол Занесите в протокол

Инстаграм-коучи по питанию взялись лечить нас биодобавками

Tatler
И нервы как канат И нервы как канат

Пять серьезных вызовов, с которыми сталкивается наша психика в XXI веке

Glamour
Валерия: «Сын тайно женился» Валерия: «Сын тайно женился»

Певица Валерия о новом статусе и открытии реабилитационного центра

StarHit
У твоей девушки есть лучший друг? 4 способа не ревновать ее к нему У твоей девушки есть лучший друг? 4 способа не ревновать ее к нему

Тебе все время кажется, что их связывает нечто большее, чем просто дружба

Playboy
Открыть в приложении