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

Неподкупный и безжалостный Неподкупный и безжалостный

Основоположником идейного террора можно считать Робеспьера

Дилетант
Какие часы носит Идрис Эльба? Какие часы носит Идрис Эльба?

От золотых Casio до золотых Rolex

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

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

Дилетант
Новый Тарантино: кого же все-таки убили в 1969 году? Новый Тарантино: кого же все-таки убили в 1969 году?

Квентин Тарантино опять переиграл историю и показал, что такое фирменное кино

Forbes
Зарубки на носу Зарубки на носу

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

Наука и жизнь
Как выбрать идеальные плавки Как выбрать идеальные плавки

Мы не позволим испортить красоту вашего рельефа непростительно ужасными плавками

GQ
Цветы и пчёлы Цветы и пчёлы

Красивейший пример сотрудничества — взаимоотношения пчёл и цветковых растений

Наука и жизнь
Стратегия Вина Дизеля: почему мы продолжаем смотреть «Форсажи» Стратегия Вина Дизеля: почему мы продолжаем смотреть «Форсажи»

Вспоминаем историю «Форсажей» и разбирается, почему боевики интересно смотреть

Esquire
Анна Седокова Анна Седокова

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

Playboy
Гжегож Крыховяк: «Костюм может рассказать о твоем характере все» Гжегож Крыховяк: «Костюм может рассказать о твоем характере все»

Классической одежде, Неймаре и лучшем вратаре в мире

GQ
Тянемся к лучшему Тянемся к лучшему

Как и зачем садиться на шпагат и вставать на мостик, чтобы потом не было больно

Tatler
Здоровые привычки Здоровые привычки

Оздоровить свои пищевые привычки никогда не поздно

Yoga Journal
Антифашисты в немецких мундирах Антифашисты в немецких мундирах

Заговор против Гитлера окончился двойной неудачей

Дилетант
Ты что, самый умный? Ты что, самый умный?

Искусственный интеллект не имеет к человеческим мозгам никакого отношения

Cosmopolitan
Действительно ли мы худеем, когда много потеем (спойлер: не во всех случаях) Действительно ли мы худеем, когда много потеем (спойлер: не во всех случаях)

Сейчас ты узнаешь, как обильное потоотделение связано с потерей веса

Playboy
Ноутбуки б/у: как правильно покупать и что проверить? Ноутбуки б/у: как правильно покупать и что проверить?

Решили сэкономить и купить ноутбук с рук? Рассказываем, как и что проверить

CHIP
Кроссоверы Jaguar. В погоне за новациями не теряйте уважения к традициям Кроссоверы Jaguar. В погоне за новациями не теряйте уважения к традициям

F-PACE — настоящий Jaguar, с характером и харизмой

4x4 Club
Марина Зудина: Марина Зудина:

С Олегом Павловичем я ощущала себя абсолютно защищенной

Караван историй
6 шагов к развитию эмоционального интеллекта 6 шагов к развитию эмоционального интеллекта

Как научиться понимать других – и как сделать так, чтобы они лучше понимали нас

Psychologies
Быть экстравертом — здорово. Но не всегда Быть экстравертом — здорово. Но не всегда

О том, в каких ситуациях экстравертам приходится несладко

Psychologies
6 неполадок в квартире, которые гораздо опаснее, чем кажутся (похоже, весь дом под угрозой) 6 неполадок в квартире, которые гораздо опаснее, чем кажутся (похоже, весь дом под угрозой)

Мелкие проблемы, которые со временем перерастают в большую головную боль

Playboy
Понять друг друга Понять друг друга

Идет время, все вокруг меняется, меняемся мы сами. Как сохранить понимание?

Домашний Очаг
Что делать, если вы ненавидите своего босса Что делать, если вы ненавидите своего босса

Советы, которые помогут разобраться в причинах и справиться с конфликтом

Psychologies
Новый Suzuki Jimny. Больше чем просто больше Новый Suzuki Jimny. Больше чем просто больше

Suzuki JB23, который мы и европейцы называем Jimny, уже очень стар

4x4 Club
«Профессия повара — самая недооцененная в России». Владимир Мухин о том, почему российские рестораны стали попадать в мировые рейтинги «Профессия повара — самая недооцененная в России». Владимир Мухин о том, почему российские рестораны стали попадать в мировые рейтинги

Владимир Мухин, шеф-повар: о зарплате его поваров и обете молчания

Forbes
Паркуемся Паркуемся

В последние годы московские парки удивительно преобразились!

Лиза
Уже не #ВтораяПослеПутина: сколько зарабатывают в Instagram Ольга Бузова, Настя Ивлеева и другие звезды Уже не #ВтораяПослеПутина: сколько зарабатывают в Instagram Ольга Бузова, Настя Ивлеева и другие звезды

Кто помогает звездам набирать и монетизировать популярность в социальной сети?

Forbes
Интервью с клавишником Rammstein Кристианом Лоренцом Интервью с клавишником Rammstein Кристианом Лоренцом

После московского концерта Rammstein Esquire встретился с клавишником группы

Esquire
4 правила стиля, которые нарушает Шон Мендес 4 правила стиля, которые нарушает Шон Мендес

Шон Мендес нарушает правила стиля, и ему это сходит с рук

GQ
Тест видеокарты Zotac Gaming GeForce RTX 2060 Super Mini Тест видеокарты Zotac Gaming GeForce RTX 2060 Super Mini

Делимся результатами тестирования народной модели RTX 2060 Super

CHIP
Открыть в приложении