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

Памяти 11 сентября: очерк «Падающий человек» о самом известном снимке теракта в башнях-близнецах в Нью-Йорке Памяти 11 сентября: очерк «Падающий человек» о самом известном снимке теракта в башнях-близнецах в Нью-Йорке

О самом известном снимке теракта в башнях-близнецах в Нью-Йорке

Esquire
Осенний марафон: 8 важных изменений в жизни водителей Осенний марафон: 8 важных изменений в жизни водителей

Важные законопроекты, которые депутаты собираются рассмотреть осенью этого года

РБК
Лена Горностаева Лена Горностаева

Какую часть мужского тела Лена Горностаева считает самой сексуальной?

Playboy
Мечта из голубых кирпичиков Мечта из голубых кирпичиков

Модель суперкара Bugatti Chiron, почти целиком построенная из кубиков Lego

Популярная механика
Зарубки на носу Зарубки на носу

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

Наука и жизнь
Когда сигара — не просто сигара: зачем нужна умная одежда, которая выглядит как обыкновенная Когда сигара — не просто сигара: зачем нужна умная одежда, которая выглядит как обыкновенная

Будущее уже наступило, а мы этого даже не заметили

Esquire
Анна Седокова Анна Седокова

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

Playboy
Траектория электрички: чего не хватало России, чтобы догнать Германию за 20 путинских лет Траектория электрички: чего не хватало России, чтобы догнать Германию за 20 путинских лет

Наиболее правдоподобный сценарий роста для России — это латиноамериканский

Forbes
Цветы и пчёлы Цветы и пчёлы

Красивейший пример сотрудничества — взаимоотношения пчёл и цветковых растений

Наука и жизнь
5 потрясающих пляжей, где вас обязательно съедят... или убьют 5 потрясающих пляжей, где вас обязательно съедят... или убьют

Многие места на планете на деле являются смертельными ловушками

Популярная механика
Смерть на перевале Смерть на перевале

Можно ли раскрыть преступление, совершенное 4000 лет назад

Вокруг света
Эпоха раздора: почему молодые русские режиссеры снимают кино про лихие 90-е? Эпоха раздора: почему молодые русские режиссеры снимают кино про лихие 90-е?

В прокат выходит “Бык” Бориса Акопова

Esquire
Алиса в стране откатов Алиса в стране откатов

Как именно работает эзотерическая экономика откатов и офшоров?

Esquire
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
«Мы намертво стоим, чтобы нам не увеличили план по доходам». Как зарабатывает театр имени Вахтангова «Мы намертво стоим, чтобы нам не увеличили план по доходам». Как зарабатывает театр имени Вахтангова

Как театры получают субсидии и кто определяет цены на билеты

Forbes
Пять модных архивов в инстаграме, на которые стоит подписаться Пять модных архивов в инстаграме, на которые стоит подписаться

Историки моды, в чьих аккаунтах собраны хиты и редкие публикации из глянца

Vogue
Samsung представил два новых смартфона Samsung представил два новых смартфона

Samsung представил два новых флагмана — Galaxy Note 10 и Galaxy Note 10+

Forbes
Не только реклама и призовые: как первая ракетка мира Наоми Осака строит бизнес в 21 год Не только реклама и призовые: как первая ракетка мира Наоми Осака строит бизнес в 21 год

Как зарабатывает теннисистка Наоми Осака?

Forbes
Мама без страха и упрека Мама без страха и упрека

Зож-блогер Наташа Давыдова готовится к осеннему зож-броску

OK!
Корейская волна: как музыканты из Южной Кореи зарабатывают $57 млн в год на песнях о депрессии и подростковых комплексах Корейская волна: как музыканты из Южной Кореи зарабатывают $57 млн в год на песнях о депрессии и подростковых комплексах

Налоги южнокорейской группы BTS приносят весомый вклад в экономику страны

Forbes
Откуда пришла традиция надевать на свадьбу белое платье Откуда пришла традиция надевать на свадьбу белое платье

Выясняем, изжило ли себя это правило сегодня

Vogue
Зеленая лихорадка Зеленая лихорадка

Миллиардером инвестбанкира Бориса Йордана сделали не рынки капиталов, а каннабис

Forbes
«Я никогда ничем не хотел владеть». Правила потребления основателя Qlean Александра Коровина «Я никогда ничем не хотел владеть». Правила потребления основателя Qlean Александра Коровина

Как современные предприниматели строят отношения с деньгами в ХХI веке

Forbes
Ростопчин: патриот Герострат Ростопчин: патриот Герострат

Граф Фёдор Ростопчин покинул Россию и встретил старость в Париже

Дилетант
Власть холакратов: нужны ли начальники в современной компании Власть холакратов: нужны ли начальники в современной компании

Зачем нужна холакратия, не приведет ли она к хаосу и работает ли она в России

РБК
Москиты, пустота и буддизм: чего ждать от Бурятии Москиты, пустота и буддизм: чего ждать от Бурятии

С какими впечатлениями Артур Гранд вернулся из Бурятии

РБК
Полуфабрикат Полуфабрикат

Архитекторы Моретти и Матрикарди построили себе дом из готовых бетонных панелей

AD
Как основатель Groupon хочет победить рак с помощью больших данных Как основатель Groupon хочет победить рак с помощью больших данных

Эрик Лефкофски основал пять компаний, каждая из которых стоит не менее $250 млн

Forbes
Как выбрать идеальные плавки Как выбрать идеальные плавки

Мы не позволим испортить красоту вашего рельефа непростительно ужасными плавками

GQ
«Если бы я был русским, взял бы Escalade». Интервью с вице-президентом GM «Если бы я был русским, взял бы Escalade». Интервью с вице-президентом GM

Интервью топ-менеджера компании General Motors Джулиана Блиссета

РБК
Открыть в приложении