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.

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

Поводырь Поводырь

Любителям фантастики

Наука и жизнь, август'19
6 нелепых ошибок, которые способны привести к разводу (при чем тут пепси?) 6 нелепых ошибок, которые способны привести к разводу (при чем тут пепси?)

Мелочи, которые способны убить даже крепкие отношения

Playboy, август'19
Цветы и пчёлы Цветы и пчёлы

Красивейший пример сотрудничества — взаимоотношения пчёл и цветковых растений

Наука и жизнь, август'19
Штрафы ГИБДД хотят массово отменять. Что случилось? Штрафы ГИБДД хотят массово отменять. Что случилось?

У водителей может появиться возможность отменять все штрафы ГИБДД

РБК, август'19
Зарубки на носу Зарубки на носу

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

Наука и жизнь, август'19
Равшана Куркова: “Я знаю, что обязательно стану мамой” Равшана Куркова: “Я знаю, что обязательно стану мамой”

Несочетаемое гармонично соединилось в Равшане, это завораживает и гипнотизирует

Psychologies, сентябрь'19
Восемь умных ног Восемь умных ног

Это морское существо называют «самым курьёзным созданием» на нашей планете

Наука и жизнь, июль'19
Саундбары: рейтинг лучших в 2019-2020 году Саундбары: рейтинг лучших в 2019-2020 году

Какой саундбар выбрать в 2019 году, чтобы усилить звук телевизора

CHIP, август'19
Рами Малек Рами Малек

Этот демонически обаятельный американец совсем не торопится стать знаменитым

Elle, ноябрь'18
Белая стрекоза любви Белая стрекоза любви

Надежда Оболенцева теперь жена режиссера Резо Гигинеишвили

Tatler, сентябрь'19
Колдовство онлайн Колдовство онлайн

В цифровой век меняется все, кроме человека

Огонёк, февраль'20
Аргентинский песо рухнул на 30%. Можно ли на этом заработать? Аргентинский песо рухнул на 30%. Можно ли на этом заработать?

Аргентинский песо рухнул на фоне результатов президентских праймериз

Forbes, август'19
Шерсть класса люкс. История бренда Loro Piana, вещи которого несколько раз замечали на Владимире Путине Шерсть класса люкс. История бренда Loro Piana, вещи которого несколько раз замечали на Владимире Путине

Путь от семейной мануфактуры до бизнеса стоимостью в миллиарды евро

Forbes, август'19
Каким получился фильм «Однажды в... Голливуде» Квентина Тарантино Каким получился фильм «Однажды в... Голливуде» Квентина Тарантино

В российский прокат вышел фильм Квентина Тарантино «Однажды в... Голливуде»

РБК, август'19
Рукописи не горят Рукописи не горят

Интервью в честь выхода интерактивной книги «Леонид Агутин. Безграничная музыка»

OK!, август'19
Клуб бывших жен Клуб бывших жен

Том Круз и 5 самых свежих мифов о нем

StarHit, август'19
Почему нам трудно извиняться? Почему нам трудно извиняться?

Извиняясь, мы чувствуем себя неловко, но вместе с тем испытываем облегчение

Psychologies, август'19
Kuznetsky Squad: Kuznetsky Squad:

Группа Kuznetsky Squad рассказала про первый успех, первый концерт и музыку

Cosmopolitan, август'19
Сервелат на миллиард: как совладельцы «Черкизово» стали одной из богатейших семей России Сервелат на миллиард: как совладельцы «Черкизово» стали одной из богатейших семей России

Как Игорю Бабаеву удалось создать крупнейшего производителя мяса в России

Forbes, август'19
«Убийца» Boeing и Airbus: первый китайский среднемагистральный лайнер «Убийца» Boeing и Airbus: первый китайский среднемагистральный лайнер

Выпуск широкофюзеляжника CR929 от COMAC

Популярная механика, август'19
Эй, Арнольд! Эй, Арнольд!

Каково жить с киборгом? Мы спросили сына терминатора Патрика Шварценеггера

GQ, сентябрь'19
На цифровой арене На цифровой арене

Как компьютерные видеоигры за 30 лет стали новым видом спорта

Glamour, сентябрь'19
Радиоактивное облако накрыло Европу: виноват завод «Маяк»? Радиоактивное облако накрыло Европу: виноват завод «Маяк»?

Эксперты указывают на возможность катастрофы на российском заводе «Маяк»

Популярная механика, август'19
Найдена причина заикания. В этом ученым помогли мыши Найдена причина заикания. В этом ученым помогли мыши

Новые исследования должны помочь при лечении людей с дефектами речи

National Geographic, август'19
Замороженные 2,6 трлн рублей. Почему не стоит ограничивать потребительское кредитование Замороженные 2,6 трлн рублей. Почему не стоит ограничивать потребительское кредитование

В последнее время идет дискуссия об ограничении потребительских кредитов

Forbes, август'19
L'One против Тимати, «блокадница» Бузова и другие громкие скандалы звезд за лето L'One против Тимати, «блокадница» Бузова и другие громкие скандалы звезд за лето

Громкие скандалы звезд за лето 2019

Cosmopolitan, август'19
Патриарх малой авиации: Ан-2 «Кукурузник» Патриарх малой авиации: Ан-2 «Кукурузник»

Россия создает замену легкому многоцелевому биплану Ан-2

Популярная механика, август'19
Новый закон и старые грехи: почему предприниматели продолжат опасаться за зарубежные активы Новый закон и старые грехи: почему предприниматели продолжат опасаться за зарубежные активы

Закон о корректировке валютного регулирования и контроля — хорошая новость

Forbes, август'19
Тест DSLR-камеры Canon EOS 250D: все лучшее, плюс UHD Тест DSLR-камеры Canon EOS 250D: все лучшее, плюс UHD

Canon EOS 250D является первой моделью производителя в данном классе

CHIP, август'19
«А что если у пространства десять измерений?» «А что если у пространства десять измерений?»

Беседа с главным научным сотрудником Института теоретической физики

Огонёк, август'19