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

100 самых сексуальных женщин страны: 52-1 100 самых сексуальных женщин страны: 52-1

Итоговый рейтинг «100 самых сексуальных женщин страны – 2019»

Maxim
Любовь с акцентом Любовь с акцентом

Брак с иностранцем далеко не всегда является гарантией счастливого будущего

StarHit
100 самых сексуальных женщин страны 100 самых сексуальных женщин страны

100 самых сексуальных женщин страны

Maxim
Все цветы мне надоели Все цветы мне надоели

Декоратор Жан-Луи Денио дома легко обходится без ярких красок

AD
Анна Седокова Анна Седокова

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

Playboy
Большая разница: может ли коучинг заменить психотерапию? Большая разница: может ли коучинг заменить психотерапию?

Коучи напоминают волшебников из сказок

Psychologies
Цветы и пчёлы Цветы и пчёлы

Красивейший пример сотрудничества — взаимоотношения пчёл и цветковых растений

Наука и жизнь
Между пустыней и морем Между пустыней и морем

Привет, Тунис!

Добрые советы
Зарубки на носу Зарубки на носу

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

Наука и жизнь
«Милые и отзывчивые». Почему большинство виртуальных помощников — женского пола «Милые и отзывчивые». Почему большинство виртуальных помощников — женского пола

Самые известные голосовые помощники в мире имеют женские голоса и имена

Forbes
Открытая книга Открытая книга

Побывав в Доминиканской республике, осознаешь всю силу магического реализма

Вокруг света
Вера в женское предпринимательство — это шаг к будущему банкротству Вера в женское предпринимательство — это шаг к будущему банкротству

Почему «женское предпринимательство» — миф?

СНОБ
Молчит наука: 9 мифов о Джеймсе Куке Молчит наука: 9 мифов о Джеймсе Куке

Первооткрыватель Австралии и Новой Зеландии, оружие и обед туземцев

Вокруг света
До последней капли До последней капли

Чулпан Хаматова — о новом сериале и новом взгляде на благотворительность

Vogue
Центр Москвы оставят без такси. Новый запрет уже тестируют Центр Москвы оставят без такси. Новый запрет уже тестируют

«Яндекс.Такси» тестирует блокировку вызовов по адресам, где запрещена остановка

РБК
Обзор игры Wolfenstein: Youngblood — кровавая бойня в Париже Обзор игры Wolfenstein: Youngblood — кровавая бойня в Париже

Wolfenstein: Youngblood — удалось ли разрабам выпустить годноту?

CHIP
Анастасия Мурзина-Бенуа: «У нас в квартире висела „Мадонна“ Леонардо да Винчи» Анастасия Мурзина-Бенуа: «У нас в квартире висела „Мадонна“ Леонардо да Винчи»

Праправнучка архитектора Леонтия Бенуа живет в его квартире и открыла там музей

Собака.ru
«Брачная история» со Скарлетт Йоханссон и Адамом Драйвером — фильм о разводе, где за соревнованием скрывается любовь и общая боль «Брачная история» со Скарлетт Йоханссон и Адамом Драйвером — фильм о разводе, где за соревнованием скрывается любовь и общая боль

Рецензия Егора Москвитина

Esquire
Попали в сети: звезды, которые нашли любовь в интернете Попали в сети: звезды, которые нашли любовь в интернете

Иногда знаменитости даже создают семьи с теми, кого повстречали в интернете

Cosmopolitan
«Надо уметь договариваться с кем угодно». Карьерные советы главы Intel в России «Надо уметь договариваться с кем угодно». Карьерные советы главы Intel в России

Наталья Галян возглавляет российское подразделение Intel три года

Forbes
«Это же ваши сыновья»: как власти останавливали марш по Бульварному кольцу «Это же ваши сыновья»: как власти останавливали марш по Бульварному кольцу

О том, как развивались события на субботней акции в Москве

Forbes
Кормление грудью в общественных местах: нормально или нет Кормление грудью в общественных местах: нормально или нет

Как относятся к кормлению грудью в общественных местах в разных странах

Vogue
Вышла из кадра Вышла из кадра

Ненавижу моду, рекламу и моделей!

Лиза
7 дней счастья: челлендж, который научит радоваться жизни 7 дней счастья: челлендж, который научит радоваться жизни

Проверенные научные методы, которые помогут побороть хандру

РБК
Уловки госконтракта: почему банковская гарантия не гарантирует от СИЗО Уловки госконтракта: почему банковская гарантия не гарантирует от СИЗО

Когда банковская гарантия или залог исключают мошенничество?

Forbes
В курсе тела В курсе тела

Мода действительно взяла курс на разнообразие, или все не так однозначно?

Домашний Очаг
Круги на воде Круги на воде

Как решить проблему обезвоженности кожи?

Добрые советы
Помощь по гарантии Помощь по гарантии

Этой весной был изменен порядок проведения диспансеризации

Добрые советы
Арт-подход Арт-подход

Как не только погрузиться в искусство, но и успеть отдохнуть в Венеции

Grazia
«Если бы я был русским, взял бы Escalade». Интервью с вице-президентом GM «Если бы я был русским, взял бы Escalade». Интервью с вице-президентом GM

Интервью топ-менеджера компании General Motors Джулиана Блиссета

РБК
Открыть в приложении