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

Сестры и братья вайнеры Сестры и братья вайнеры

Блогеры зарабатывают миллионы на рекламе в Instagram

Forbes
Госкапитализм вместо олигархов. Что произошло с экономикой за двадцатилетку Путина Госкапитализм вместо олигархов. Что произошло с экономикой за двадцатилетку Путина

Двадцатилетка Путина оказалась противоречивой для экономики страны

Forbes
Восемь умных ног Восемь умных ног

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

Наука и жизнь
Квартира на колесах Квартира на колесах

Все плюсы и минусы Volkswagen Multivan

Популярная механика
Анна Седокова Анна Седокова

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

Playboy
Камеры начали проверять ОСАГО. Что необходимо об этом знать Камеры начали проверять ОСАГО. Что необходимо об этом знать

Какие камеры научились проверять наличие полисов ОСАГО

РБК
Цветы и пчёлы Цветы и пчёлы

Красивейший пример сотрудничества — взаимоотношения пчёл и цветковых растений

Наука и жизнь
Тони Моррисон — писательница, которой удалось стереть черту, разделявшую литературу на «белую» и «черную» Тони Моррисон — писательница, которой удалось стереть черту, разделявшую литературу на «белую» и «черную»

Отрывок из романа «Возлюбленная» — о рабыне, которая бежит с плантации

Esquire
Зарубки на носу Зарубки на носу

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

Наука и жизнь
Неделя потребления: юбилей покорения Луны и драйв «Пикника Афиши» Неделя потребления: юбилей покорения Луны и драйв «Пикника Афиши»

Что принесло нам начало августа

Forbes
Диктатура счастья Диктатура счастья

Дания из года в год занимает верхние строчки рейтинга самых счастливых в мире

Вокруг света
7 ошибок домашнего электрика, которые совершают снова и снова 7 ошибок домашнего электрика, которые совершают снова и снова

Чего стоит избегать при монтаже проводки в квартире или доме?

CHIP
Обратная сторона праздника Обратная сторона праздника

Почему многие признаются, что праздники для них – это самое грустное время

Psychologies
Mail.ru Group купит каршеринг-агрегатор YouDrive Mail.ru Group купит каршеринг-агрегатор YouDrive

Mail.ru Group купит контрольный пакет акций каршеринг-агрегатора YouDrive

Forbes
Михаил Горбачёв: «Лёша, б...!» Михаил Горбачёв: «Лёша, б...!»

Президент Горбачёв не смотрел сериал «Чернобыль», но очень им интересовался

Дилетант
Дорогая беспечность: ошибки Дональда Трампа могут стоить его детям $1,3 млрд после его смерти Дорогая беспечность: ошибки Дональда Трампа могут стоить его детям $1,3 млрд после его смерти

Дональд Трамп придерживается худшей налоговой стратегии в стране

Forbes
Какой антенный кабель нужен для цифрового телевидения? Варианты на выбор Какой антенный кабель нужен для цифрового телевидения? Варианты на выбор

Какой кабель выбрать для цифрового телевидения?

CHIP
Как изменить жизнь, изменив систему ценностей? Как изменить жизнь, изменив систему ценностей?

Насколько важно «ценностно совпадать» с партнером, коллегами, друзьями?

Psychologies
Когда люди смогут жить на Марсе Когда люди смогут жить на Марсе

Марс — и то, что человек может с ним сделать

Esquire
Маршрут построен Маршрут построен

Словения развивается куда успешней, чем другие территории бывшей Югославии

OK!
Пожилой миллиардер и правитель Малайзии: за кого выходят замуж королевы красоты Пожилой миллиардер и правитель Малайзии: за кого выходят замуж королевы красоты

Кого выбирают себе в мужья дамы, чью привлекательность признали официально

Cosmopolitan
А ты фанат футбола? А ты фанат футбола?

Действующие лица — дизайнер Филипп Пляйн, рэпер Баста Раймс и футболисты

OK!
Семь главных жизненных ценностей Семь главных жизненных ценностей

Что для нас действительно важно и о чем мы забываем в суете?

Psychologies
Сканер поможет: как отсканировать фото и сохранить его в компьютере Сканер поможет: как отсканировать фото и сохранить его в компьютере

Снимки и документы на бумаге долго не хранятся

CHIP
Квентин Тарантино: «Мне пора уходить» Квентин Тарантино: «Мне пора уходить»

Квентин Тарантино о том, почему он уходит из кино и чем будет теперь заниматься

Cosmopolitan
Когда воспитывает (только) мать Когда воспитывает (только) мать

Психоаналитик отвечает на вопросы, которые больше всего тревожат одиноких мам

Psychologies
Бессердечный хозяин хотел усыпить ретривера из-за ожирения, но его спасли Бессердечный хозяин хотел усыпить ретривера из-за ожирения, но его спасли

Все закончилось более чем хорошо, но путь был сложным

Playboy
Депрессия у подростка: диагностика по пряди волос Депрессия у подростка: диагностика по пряди волос

Можно ли определить уровень риска возникновения депрессии у подростка по волосам

Psychologies
«Музыка нас связала»: певицы, которые выходили замуж за продюсеров «Музыка нас связала»: певицы, которые выходили замуж за продюсеров

12 звездных пар, где творческие союзы превратились в брачные

Cosmopolitan
Как жил и одевался сын Америки и просто хороший человек Джон Ф. Кеннеди-младший Как жил и одевался сын Америки и просто хороший человек Джон Ф. Кеннеди-младший

Esquire вспоминает, как жил и одевался любимец всей Америки

Esquire
Открыть в приложении