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

Люди на пределе Люди на пределе

Возможности нашего собственного, среднестатистического тела

Вокруг света
Кормление грудью в общественных местах: нормально или нет Кормление грудью в общественных местах: нормально или нет

Как относятся к кормлению грудью в общественных местах в разных странах

Vogue
Поздняя ягода Поздняя ягода

Ягоды у этой лианы вкусные и полезные, особенно богаты они витамином С

Наука и жизнь
Приехать в Россию и найти себя: опыт иностранцев Приехать в Россию и найти себя: опыт иностранцев

Истории иностранцев, которые нашли себя в России

Psychologies
Анна Седокова Анна Седокова

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

Playboy
Антон Макарский: «Когда-нибудь придется объяснять детям, почему на экране целуюсь с другой тетей» Антон Макарский: «Когда-нибудь придется объяснять детям, почему на экране целуюсь с другой тетей»

Антон Макарский о том, что может тронуть его до слез и как мирится с женой

StarHit
Цветы и пчёлы Цветы и пчёлы

Красивейший пример сотрудничества — взаимоотношения пчёл и цветковых растений

Наука и жизнь
Где искать работу? Все действенные онлайн и офлайн источники вакансий Где искать работу? Все действенные онлайн и офлайн источники вакансий

Поиск работы — это долгий и кропотливый процесс

Playboy
Зарубки на носу Зарубки на носу

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

Наука и жизнь
Правила идеальной лжи: как говорить неправду и выглядеть убедительным Правила идеальной лжи: как говорить неправду и выглядеть убедительным

Обманывать так, чтобы другие поверили, — это тоже своего рода искусство

Psychologies
Грегори Леннон: «Асана — инструмент для исследования конкретных вопросов» Грегори Леннон: «Асана — инструмент для исследования конкретных вопросов»

Грегори Леннон, преподаватель Виньяса-йоги, стаж 20 лет

Yoga Journal
Потребительская корзина: женщинам предлагают меньше есть и меньше тратить Потребительская корзина: женщинам предлагают меньше есть и меньше тратить

Специалисты предлагают разделить потребительскую корзину по половому признаку

Cosmopolitan
Папа перуанцев Папа перуанцев

Картофельный салат кауса для перуанца — все равно что оливье для россиянина

Вокруг света
«Не хватает установок». Что будет с ценами на бензин осенью «Не хватает установок». Что будет с ценами на бензин осенью

Почему нефтяные компании отказались от коллективного сдерживания цен

РБК
Любимые киногероини Vogue показывают, как носить соломенные шляпы Любимые киногероини Vogue показывают, как носить соломенные шляпы

Обращаемся за вдохновением к музам кинематографа

Vogue
Остановись, мгновенье! Остановись, мгновенье!

Фототуры – тренд, набирающий популярность

Playboy
С возрастом мы становимся интровертами? С возрастом мы становимся интровертами?

Почему вам все чаще хочется провести вечер тихо и спокойно

Psychologies
Какие часы носит Идрис Эльба? Какие часы носит Идрис Эльба?

От золотых Casio до золотых Rolex

GQ
Таких BMW X5 мир ещё не видел. И не факт, что хотел Таких BMW X5 мир ещё не видел. И не факт, что хотел

Сложилась традиция с каждым новым «Икс пятым» знакомиться в конце лета

4x4 Club
Как Киану Ривз снова стал одной из главных звезд Голливуда Как Киану Ривз снова стал одной из главных звезд Голливуда

Как Киану Ривз, чуть не провалившись в пучину забвения, с триумфом вернулся

Esquire
Венеция 2019: Катрин Денев борется за «Правду» Венеция 2019: Катрин Денев борется за «Правду»

Лучшая роль Катрин Денев за долгие годы

GQ
Приземленный эскапизм: почему самым популярным российским приложением стала игра про сады и скамейки Приземленный эскапизм: почему самым популярным российским приложением стала игра про сады и скамейки

Почему русских так тянет к «онлайн-земле»

Forbes
В курсе тела В курсе тела

Мода действительно взяла курс на разнообразие, или все не так однозначно?

Домашний Очаг
«У нас принято композитора нагибать как можно ниже»: почему талант в России не гарантирует заработков «У нас принято композитора нагибать как можно ниже»: почему талант в России не гарантирует заработков

Отрывок из книги Алексея Мунипова «Фермата. Разговоры с композиторами»

Forbes
Отдых и физические нагрузки влияют на нашу карьеру сильнее, чем мы думаем Отдых и физические нагрузки влияют на нашу карьеру сильнее, чем мы думаем

Без отдыха и спорта мы можем рухнуть с карьерного Олимпа

Psychologies
Как все успевать и почему время сегодня — это привилегия Как все успевать и почему время сегодня — это привилегия

Почему мы себе не принадлежим

РБК
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
Мастер Булгакова как венчурный инвестор: прав ли был герой романа, поставив все на один проект Мастер Булгакова как венчурный инвестор: прав ли был герой романа, поставив все на один проект

Насколько эффективной была стратегия главного героя романа «Мастер и Маргарита»

Forbes
Мечта из голубых кирпичиков Мечта из голубых кирпичиков

Модель суперкара Bugatti Chiron, почти целиком построенная из кубиков Lego

Популярная механика
Как изменились клубы за 10 лет: что вместо гламура, «бухла» и съема на ночь? Как изменились клубы за 10 лет: что вместо гламура, «бухла» и съема на ночь?

Какая трансформация произошла с клубной жизнью за 10 лет

Playboy
Открыть в приложении