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

11 способов становиться немного умнее каждый день 11 способов становиться немного умнее каждый день

Интеллект, как и тело, требует правильного питания и регулярных тренировок

Psychologies
Мечта из голубых кирпичиков Мечта из голубых кирпичиков

Модель суперкара Bugatti Chiron, почти целиком построенная из кубиков Lego

Популярная механика
Анна Плетнева Анна Плетнева

Певица уверяет, что она заколдованная и выигрывает всегда у всех мужчин!

Playboy
Тест AMD Ryzen 9 3900X: чудо-процессор, который подойдет для работы и игр Тест AMD Ryzen 9 3900X: чудо-процессор, который подойдет для работы и игр

Ryzen 9 3900X во время тестовых испытаний зарекомендовал себя как чудо-CPU

CHIP
Зарубки на носу Зарубки на носу

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

Наука и жизнь
Музыка Pioneer и бодрый ультраконсерватизм: тест Suzuki SX4 Tabi Музыка Pioneer и бодрый ультраконсерватизм: тест Suzuki SX4 Tabi

У Suzuki слава надёжных и экономичных, но очень консервативных автомобилей

Популярная механика
Анна Седокова Анна Седокова

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

Playboy
Тестируем мобильную связь МГТС: самый странный мобильный оператор Тестируем мобильную связь МГТС: самый странный мобильный оператор

Тестируем мобильную связь МГТС, обеспечивающую городскую телефонную связь

CHIP
Цветы и пчёлы Цветы и пчёлы

Красивейший пример сотрудничества — взаимоотношения пчёл и цветковых растений

Наука и жизнь
Венеция 2019: Катрин Денев борется за «Правду» Венеция 2019: Катрин Денев борется за «Правду»

Лучшая роль Катрин Денев за долгие годы

GQ
Ростопчин: патриот Герострат Ростопчин: патриот Герострат

Граф Фёдор Ростопчин покинул Россию и встретил старость в Париже

Дилетант
Вышла из кадра Вышла из кадра

Ненавижу моду, рекламу и моделей!

Лиза
Сети знаний Сети знаний

Онлайн-образование — быстро развивающийся бизнес

Forbes
Диджитал-макияж: как Наталья Водянова подарила вторую жизнь стартапу из Петербурга Диджитал-макияж: как Наталья Водянова подарила вторую жизнь стартапу из Петербурга

Сервис для «оживления» селфи Ommy не пользовался высоким спросом у аудитории

Forbes
«После потери зрения было три пути: спиться, закрыться дома или идти дальше. Я выбрал третий» «После потери зрения было три пути: спиться, закрыться дома или идти дальше. Я выбрал третий»

История Константина Балянина, который после потери зрения стал психологом

Psychologies
Намного чаще, чем в Европе: авиакомпании рассказали о столкновениях самолетов с птицами в России Намного чаще, чем в Европе: авиакомпании рассказали о столкновениях самолетов с птицами в России

Самолеты в России сталкиваются с птицами намного чаще, чем в Европе

Forbes
В группе поддержки В группе поддержки

Надо ли вставать на сторону мужа, когда он не прав

Лиза
Самые высокооплачиваемые теннисисты мира — 2019. Рейтинг Forbes Самые высокооплачиваемые теннисисты мира — 2019. Рейтинг Forbes

Ежегодный рейтинг самых высокооплачиваемых теннисистов мира

Forbes
Бургеры из носорогов: как вегетарианство очень скоро изменит потребление еды в мире Бургеры из носорогов: как вегетарианство очень скоро изменит потребление еды в мире

Скоро потребление мяса будет ограничено так же, как и производство сигарет

Forbes
«Поедет, когда позовут»: источник сообщил о готовности Фридмана дать показания в испанском суде «Поедет, когда позовут»: источник сообщил о готовности Фридмана дать показания в испанском суде

Миллиардер Михаил Фридман пока не получил повестки с вызовом в испанский суд

Forbes
Это интимно Это интимно

Откровенный разговор с опытным гинекологом

Лиза
7 неочевидных вещей, которые возбуждают девушек в парнях (нет, это не бицепсы) 7 неочевидных вещей, которые возбуждают девушек в парнях (нет, это не бицепсы)

Иногда мы можем возбудить девушку, даже сами того не поняв

Playboy
Лучшие машины ЗиЛа: золотые времена промышленного гиганта СССР Лучшие машины ЗиЛа: золотые времена промышленного гиганта СССР

103 года назад родилось одно из самых известных предприятий СССР – завод ЗиЛ

Популярная механика
Страны-победители в войне санкций: кто выиграл от продуктового эмбарго Страны-победители в войне санкций: кто выиграл от продуктового эмбарго

Кто заменил поставщиков после российских санкций в отношении стран ЕС и США

Forbes
Мама без страха и упрека Мама без страха и упрека

Зож-блогер Наташа Давыдова готовится к осеннему зож-броску

OK!
Испортить юбилей: почему фестиваль «Вудсток-50» сорвался Испортить юбилей: почему фестиваль «Вудсток-50» сорвался

«Вудсток-50», который должен был пройти с 16 по 18 августа, сорвался

РБК
Вы должны брать пример с Дастина Хоффмана Вы должны брать пример с Дастина Хоффмана

Почему всем нам стоит равняться на скромника Хоффмана

GQ
Медитация: путь к настоящему себе Медитация: путь к настоящему себе

Какие открытия могут принести практики осознанности и как им научиться

Psychologies
Пикник «Афиши» 2019: подробный гид от «п» до «и» Пикник «Афиши» 2019: подробный гид от «п» до «и»

3 августа с 12.00 до 23.00 в «Коломенском» пройдет Пикник «Афиши»

Maxim
7 главных новинок МАКС-2019 и другие развлечения авиасалона 7 главных новинок МАКС-2019 и другие развлечения авиасалона

Самые главные экспонаты Международного авиационно-космического салона

Популярная механика
Открыть в приложении