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

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
Тринадцать — значит удача Тринадцать — значит удача

Как в Угличе открывали красоту повседневности

Русский репортер
Мы выбираем друг друга не случайно Мы выбираем друг друга не случайно

Выбор партнера предопределен всем предшествующим ходом нашей жизни

Psychologies
Обзор умной колонки LG XBOOM AI ThinQ WK7Y: Алиса, музыку! Обзор умной колонки LG XBOOM AI ThinQ WK7Y: Алиса, музыку!

Что умеет модель и как она звучит — рассказываем в обзоре

CHIP
Анна Седокова Анна Седокова

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

Playboy
Правила жизни Сида Вишеса Правила жизни Сида Вишеса

Музыкант, басист Sex Pistols, умер 2 февраля 1979 года, в возрасте 21 года

Esquire
Цветы и пчёлы Цветы и пчёлы

Красивейший пример сотрудничества — взаимоотношения пчёл и цветковых растений

Наука и жизнь
«Бедная богатая девочка»: история Глории Вандербильт, одной из самых известных американок XX века «Бедная богатая девочка»: история Глории Вандербильт, одной из самых известных американок XX века

Яркий персонаж, художница, актриса и создательница популярного джинсового бренда

Forbes
Зарубки на носу Зарубки на носу

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

Наука и жизнь
Особое положение Особое положение

ЗОЖ-эксперт рассказала поделилась бьюти-лайфхаками во время беременности

Cosmopolitan
Яркий символ лугов Яркий символ лугов

Характерный мазок дивного лугового полотна — высокий раскидистый донник!

Наука и жизнь
Навальный нашел у семьи первого вице-мэра имущество на 6,5 млрд рублей Навальный нашел у семьи первого вице-мэра имущество на 6,5 млрд рублей

Семье первого вице-мэра Москвы принадлежит имущество на 6,5 млрд рублей

Forbes
Оранжевое настроение Оранжевое настроение

Муся Тотибадзе выпускает дебютный альбом и обещает: «Закачаетесь!»

Vogue
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
Пылающая Сибирь: почему горят леса и каков масштаб катастрофы Пылающая Сибирь: почему горят леса и каков масштаб катастрофы

Экологическая катастрофа уже привлекла внимание всего мира

Популярная механика
Опять эта выскочка! Опять эта выскочка!

Какой уход требуется проблемной коже в разном возрасте?

Лиза
«Я тебя ненавижу»: голос, который всегда со мной «Я тебя ненавижу»: голос, который всегда со мной

Ненависть к себе затягивает все хорошее, что жизнь способна нам предложить

Psychologies
Eddie from the Block Eddie from the Block

Актера Эдди Марсана часто называют гением ролей второго плана

OK!
Как привлечь внимание девушки: 10 проверенных способов Как привлечь внимание девушки: 10 проверенных способов

Как привлечь внимание девушки к себе и остаться при этом в выигрыше

Playboy
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
Кого слушать на российских фестивалях в августе Кого слушать на российских фестивалях в августе

Впереди Fields, Alfa Future People и Red Bull Music Festival

Vogue
Что можно узнать о деле Чарльза Мэнсона из книги Что можно узнать о деле Чарльза Мэнсона из книги

700 страниц книги о деле Чарльза Мэнсона заменят вам любой криминальный сериал

Esquire
7 классных книг о Фриде Кало, Джорджии О'Кифф и других женщинах-художницах 7 классных книг о Фриде Кало, Джорджии О'Кифф и других женщинах-художницах

Биографии, которыми вы зачитаетесь, от кратких до 800-страничных

Vogue
Сотрите это немедленно! Сотрите это немедленно!

Что делать с чрезмерно эмоциональным постом?

Лиза
Бесстрашная, яркая, ироничная: памяти Аллы Вербер Бесстрашная, яркая, ироничная: памяти Аллы Вербер

Алла Вербер, вице-президент Mercury, фэшн-директор ЦУМа, скончалась 6 августа

РБК
Итоги двадцатилетки Путина: как государство завоевало свою собственную экономику Итоги двадцатилетки Путина: как государство завоевало свою собственную экономику

20 лет назад Путин принял экономику, которая находилась в состоянии падения

Forbes
«Святилище»: как устроена сверхсекретная дизайн-лаборатория Google «Святилище»: как устроена сверхсекретная дизайн-лаборатория Google

Google впервые пустила журналиста в свою секретную лабораторию

Forbes
«Мы намертво стоим, чтобы нам не увеличили план по доходам». Как зарабатывает театр имени Вахтангова «Мы намертво стоим, чтобы нам не увеличили план по доходам». Как зарабатывает театр имени Вахтангова

Как театры получают субсидии и кто определяет цены на билеты

Forbes
20 когнитивных искажений и как они влияют на нашу жизнь 20 когнитивных искажений и как они влияют на нашу жизнь

Вы ловили себя на мысли, что все в этом мире неслучайно?

Psychologies
Прораб, студент, волонтер: кого арестовали по делу о массовых беспорядках 27 июля Прораб, студент, волонтер: кого арестовали по делу о массовых беспорядках 27 июля

Суд отправил в СИЗО уже шестерых участников акции протеста

Forbes
Открыть в приложении