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
Как есть на 20% меньше и не голодать Как есть на 20% меньше и не голодать

Несколько советов от врача-диетолога, которые действительно работают

Домашний Очаг
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
Круги на воде Круги на воде

Как решить проблему обезвоженности кожи?

Добрые советы
Анна Седокова Анна Седокова

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

Playboy
Выпить с умом: как «Роснано» и «Газпром нефть» организуют лекции ученых в барах Выпить с умом: как «Роснано» и «Газпром нефть» организуют лекции ученых в барах

В барах и кафе Москвы 1 сентября пройдет фестиваль «Удивительные вещи»

Forbes
Зарубки на носу Зарубки на носу

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

Наука и жизнь
За электронное ОСАГО выписывают штрафы. Что случилось? За электронное ОСАГО выписывают штрафы. Что случилось?

Инспекторы ГИБДД штрафуют водителей с электронными полисами ОСАГО

РБК
Цветы и пчёлы Цветы и пчёлы

Красивейший пример сотрудничества — взаимоотношения пчёл и цветковых растений

Наука и жизнь
Читаем с листа Читаем с листа

Успешное резюме нужно составлять по определенным правилам

Добрые советы
Сила воли: что мешает нам добиваться цели Сила воли: что мешает нам добиваться цели

Проблема отсутствия силы воли – в образе жизни, который ее ослабляет

Psychologies
Комо everybody Комо everybody

Свадьба на озере Комо снова в тренде

Tatler
Руководство по веселью для джентльмена Руководство по веселью для джентльмена

Тип вечеринок под грифом Playboy-level нуждается в тщательной подготовке

Playboy
Асфальтовые джунгли. Как мегаполисы пытаются впустить в себя дикую природу Асфальтовые джунгли. Как мегаполисы пытаются впустить в себя дикую природу

Для чего на крыше Берлинского кафедрального собора живут тысячи пчел

Forbes
Путин ехал без шлема. Юрист объяснил, почему так можно Путин ехал без шлема. Юрист объяснил, почему так можно

Почему президенту РФ не выпишут штраф за поездку на мотоцикле без шлема

РБК
«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
Код Пелевина: новая книга писателя о химерах ГРУ, забавах олигархов и третьей мировой войне Код Пелевина: новая книга писателя о химерах ГРУ, забавах олигархов и третьей мировой войне

22 августа выходит новая книга Виктора Пелевина «Искусство легких касаний»

Forbes
Китайское предупреждение: как глобальные рынки реагируют на риск торговых войн Китайское предупреждение: как глобальные рынки реагируют на риск торговых войн

Торговая война Китая и США вступила в новую фазу. Какие выводы сделают инвесторы

Forbes
Острые ощущения Острые ощущения

В наши дни барефутеры слышат лишь укоры и оскорбления

StarHit
Мы бодры, веселы Мы бодры, веселы

Три успешные женщины рассказывают о том, как сражались с бессилием и апатией

Vogue
Не заряжается аккумулятор ноутбука: что делать? Не заряжается аккумулятор ноутбука: что делать?

Проверьте несколько пунктов прежде, чем нести устройство в сервисный центр

CHIP
«Убийца» Boeing и Airbus: первый китайский среднемагистральный лайнер «Убийца» Boeing и Airbus: первый китайский среднемагистральный лайнер

Выпуск широкофюзеляжника CR929 от COMAC

Популярная механика
4 потрясных рецепта коктейлей с пивом (освежают и радуют) 4 потрясных рецепта коктейлей с пивом (освежают и радуют)

Шикарные способы сделать пиво еще вкуснее

Playboy
Буря в «Озере»: перешел ли Сергей Чемезов на сторону народа? Буря в «Озере»: перешел ли Сергей Чемезов на сторону народа?

Сергей Чемезов неожиданно прокомментировал московские акции протеста

Forbes
«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
Бесят опечатки и грамматические ошибки? Вероятно, вы интроверт! Бесят опечатки и грамматические ошибки? Вероятно, вы интроверт!

Если вы судите о человеке по ошибкам в его текстовых сообщениях, вы интроверт

Psychologies
Умирающий единорог: как сервис блогов Tumblr стал дороже $1 млрд, а потом подешевел в сотни раз Умирающий единорог: как сервис блогов Tumblr стал дороже $1 млрд, а потом подешевел в сотни раз

Кейс Tumblr — это история стартапа на миллиард долларов

Forbes
Как стать открытым и общительным человеком: 7 эффективных методов Как стать открытым и общительным человеком: 7 эффективных методов

Пора уже выйти из дома и перестать стесняться общества

Playboy
Как удержать мужчину Как удержать мужчину

7 советов, которые не оставят ему выбора существовать без вас

StarHit
Расстояние — не преграда для отношений? Расстояние — не преграда для отношений?

Сегодня можно жить на разных континентах и строить отношения

Psychologies
Открыть в приложении