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

Чернобыльское досье КГБ Чернобыльское досье КГБ

Украинская власть за последние годы рассекретила огромный массив документов КГБ

Дилетант
Неделя потребления: юбилей покорения Луны и драйв «Пикника Афиши» Неделя потребления: юбилей покорения Луны и драйв «Пикника Афиши»

Что принесло нам начало августа

Forbes
Цветы и пчёлы Цветы и пчёлы

Красивейший пример сотрудничества — взаимоотношения пчёл и цветковых растений

Наука и жизнь
Депрессия у подростка: диагностика по пряди волос Депрессия у подростка: диагностика по пряди волос

Можно ли определить уровень риска возникновения депрессии у подростка по волосам

Psychologies
6 ключей, чтобы продлить любовь 6 ключей, чтобы продлить любовь

Шесть моделей поведения, которые делают любовные отношения счастливыми

Psychologies
Девайсы из СССР: 9 прообразов современной техники Девайсы из СССР: 9 прообразов современной техники

Кухонные комбайны, киновизоры и вафельницы — какими были советские гаджеты

РБК
Анна Седокова Анна Седокова

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

Playboy
Тестируем камеру Fujifilm GFX 100: высочайшая резкость и 100 мегапикселей Тестируем камеру Fujifilm GFX 100: высочайшая резкость и 100 мегапикселей

Новая камера Fujifilm GFX100: плюсы и минусы

CHIP
Зарубки на носу Зарубки на носу

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

Наука и жизнь
Робочоп Робочоп

Россию можно назвать мировой столицей частных охранных предприятий

Популярная механика
Исчезающая пища Исчезающая пища

К середине XXI века бананы и кофе снова могут оказаться деликатесами

Вокруг света
Дети редакции Дети редакции

Российский биолог, кажется, нашел повод изменить ДНК человеческого эмбриона

Популярная механика
Эти странные силы инерции Эти странные силы инерции

Силы инерции — очень необычны

Наука и жизнь
Александр Усов: Эпоха «новой мобильности». Как совместное использование автомобилей изменит Россию Александр Усов: Эпоха «новой мобильности». Как совместное использование автомобилей изменит Россию

Какие перемены произойдут с развитием сервисов совместного использования авто

СНОБ
Мне срочно: в чем преимущество экспресс-имплантации зубов Мне срочно: в чем преимущество экспресс-имплантации зубов

Рассказываем о тонкостях самой современной процедуры в области стоматологии

Esquire
Расстояние — не преграда для отношений? Расстояние — не преграда для отношений?

Сегодня можно жить на разных континентах и строить отношения

Psychologies
Турецкая сказка: почему стоит посетить Стамбул и провести там идеальный отпуск Турецкая сказка: почему стоит посетить Стамбул и провести там идеальный отпуск

Если ты не была в Стамбуле, то, считай, не видела настоящей Турции

Cosmopolitan
Банк для подростков: нужно ли ходить на голове, чтобы понравиться подрастающему поколению Банк для подростков: нужно ли ходить на голове, чтобы понравиться подрастающему поколению

Как запросы сегодняшних тинейджеров изменят ретейл, сферу услуг и банкинг?

Forbes
Как одевался Питер Фонда на экране и в жизни Как одевался Питер Фонда на экране и в жизни

Актера Питера Фонды не стало 16 августа

Esquire
24 лучших фильма катастроф 24 лучших фильма катастроф

Лучшие фильмы-катастрофы всех времен!

Maxim
Великие сказочники Великие сказочники

Зачем мужчины сочиняют о себе легенды, и почему некоторые женщины на них ведутся

Лиза
Индустрия лайков и скриншотов. Тина Канделаки о вызовах, которые нам бросает цифровая культура Индустрия лайков и скриншотов. Тина Канделаки о вызовах, которые нам бросает цифровая культура

Как технологии создают вокруг нашей жизни и работы абсолютную прозрачность

Forbes
Давай начистоту Давай начистоту

Откуда берутся прыщи, если подростковый возраст давно позади?

Лиза
Грибные штрафы. Как избежать наказания, выезжая на природу Грибные штрафы. Как избежать наказания, выезжая на природу

Что нарушают дачники и любители погулять по лесу, паркуясь на обочинах

РБК
«Мне не по душе снос гостиницы «Россия»: голландский архитектор о том, как похорошела Москва за последние 10 лет «Мне не по душе снос гостиницы «Россия»: голландский архитектор о том, как похорошела Москва за последние 10 лет

Что не так с российскими аэропортами и парком «Зарядье?

Forbes
«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
Нарциссизм или проявление болезни? Нарциссизм или проявление болезни?

Возможно, мы принимаем за нарциссические черты признаки серьезного заболевания

Psychologies
Вопросы есть? Вопросы есть?

Редкая звезда инстаграма не развлекается сейчас анкетами в сторис

Tatler
6 заблуждений о социопатах 6 заблуждений о социопатах

Что мы знаем о социопатах?

Psychologies
Скажу за всю Одессу Скажу за всю Одессу

Евгений Цыганов — о любви во время холеры и настоящих мужчинах

Vogue
Открыть в приложении