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
Майли Сайрус попыталась спасти брак с Лиамом Хемсвортом с помощью психотерапевта Майли Сайрус попыталась спасти брак с Лиамом Хемсвортом с помощью психотерапевта

26-летняя певица и актриса уговаривала мужа пройти курс брачной психотерапии

Cosmopolitan
Смерть бессильного вождя Смерть бессильного вождя

Это был лидер страны, у которого из средств общения осталась только мимика

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

Проверенные научные методы, которые помогут побороть хандру

РБК
Цветы и пчёлы Цветы и пчёлы

Красивейший пример сотрудничества — взаимоотношения пчёл и цветковых растений

Наука и жизнь
Пиксельные миры: лучшие лицензионные сервера Майнкрафт Пиксельные миры: лучшие лицензионные сервера Майнкрафт

В нашем списке - только лицензионные, белые и пушистые серверы для Майнкрафт

CHIP
Анна Седокова Анна Седокова

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

Playboy
От хлорофиллов к эндорфинам: почему все помешались на растениях От хлорофиллов к эндорфинам: почему все помешались на растениях

Почему миллениалы увлекаются растениеводством и как разбить сады Семирамиды

РБК
Зарубки на носу Зарубки на носу

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

Наука и жизнь
Юные, популярные: сколько дети-блогеры зарабатывают на YouTube Юные, популярные: сколько дети-блогеры зарабатывают на YouTube

По количеству подписчиков в YouTube они обошли мировых знаменитостей и политиков

РБК
Кризис управления Кризис управления

Государство не может потратить триллионы рублей, но продолжает отъем денег

Forbes
5 уроков отношений из сериала «Друзья» (советуем взять на заметку) 5 уроков отношений из сериала «Друзья» (советуем взять на заметку)

Легендарное шоу не только развлекало, но и давало полезные подсказки

Playboy
«Странные ландыши» «Странные ландыши»

Приятно свернуть на прогулке в знойный летний день в тенистый лес

Наука и жизнь
10 карьерных правил от великих полководцев 10 карьерных правил от великих полководцев

Карьерные советы от полководцев, которые сумели дожить хотя бы до 50 лет

Maxim
Любовь с акцентом Любовь с акцентом

Брак с иностранцем далеко не всегда является гарантией счастливого будущего

StarHit
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
Жизнь после ICO-хайпа: что ждет рынок коллективных инвестиций Жизнь после ICO-хайпа: что ждет рынок коллективных инвестиций

Снижение криптовалютного рынка вызвало падение интереса инвесторов к ICO

Forbes
«Ценовая война губительна для рынка»: глава YouDrive о сделке с Mail.ru Group и конкуренции с «Яндексом» «Ценовая война губительна для рынка»: глава YouDrive о сделке с Mail.ru Group и конкуренции с «Яндексом»

Совладелец и гендиректор каршерингового сервиса Борис Голиков

Forbes
Нашутил на $30 млн: как уход с Netflix помог стендап-комику Джиму Гаффигану зарабатывать больше Нашутил на $30 млн: как уход с Netflix помог стендап-комику Джиму Гаффигану зарабатывать больше

Джим Гаффиган умеет рассмешить

Forbes
Загадочная скульптура во дворе ЦРУ, текст на которой не могут расшифровать уже почти 30 лет Загадочная скульптура во дворе ЦРУ, текст на которой не могут расшифровать уже почти 30 лет

Загадка, над которой бьется уже второе поколение криптологов

Maxim
Пакуем чемоданы: тренд сезона — Южная Корея. Путеводитель по интересным местам Пакуем чемоданы: тренд сезона — Южная Корея. Путеводитель по интересным местам

Пакуем чемодан и едем смотреть на Страну утренней свежести

Cosmopolitan
Организуем домашнюю сеть за полчаса: ничего сложного Организуем домашнюю сеть за полчаса: ничего сложного

Объединить несколько компьютеров между собой можно проще, чем вы думаете

CHIP
«Протест адресован не московским властям»: будет ли разрастаться политический кризис в столице «Протест адресован не московским властям»: будет ли разрастаться политический кризис в столице

О причинах столичного протеста и перспективах его разрастания в кризис

Forbes
Александр Усов: Эпоха «новой мобильности». Как совместное использование автомобилей изменит Россию Александр Усов: Эпоха «новой мобильности». Как совместное использование автомобилей изменит Россию

Какие перемены произойдут с развитием сервисов совместного использования авто

СНОБ
Какую музыку слушает Esquire: плей-лист недели от Дмитрия Болдина, креативного продюсера Какую музыку слушает Esquire: плей-лист недели от Дмитрия Болдина, креативного продюсера

Креативный продюсер Дмитрий Болдин составил топ своих любимых клипов

Esquire
Тест AMD Ryzen 9 3900X: чудо-процессор, который подойдет для работы и игр Тест AMD Ryzen 9 3900X: чудо-процессор, который подойдет для работы и игр

Ryzen 9 3900X во время тестовых испытаний зарекомендовал себя как чудо-CPU

CHIP
Начало света Начало света

Проект студии MK-Interio по-новому раскрывает популярный тезис о Петербурге

SALON-Interior
«Siri, ты любила когда-нибудь?»: о чем чат-боты говорят друг с другом «Siri, ты любила когда-нибудь?»: о чем чат-боты говорят друг с другом

Как выглядит первая в мире социология чат-ботов?

Forbes
Не быть Харви Вайнштейном: почему фильм о крахе скандального продюсера не говорит о самом главном Не быть Харви Вайнштейном: почему фильм о крахе скандального продюсера не говорит о самом главном

Почему создатели фильма «Быть Харви Вайнштейном» «не докрутили» историю

Forbes
«Он как Саудовская Аравия, только человек»: новый сезон «Наследников», семейной саги о бедных детях миллиардеров «Он как Саудовская Аравия, только человек»: новый сезон «Наследников», семейной саги о бедных детях миллиардеров

«Наследники» — прекрасный драматический сериал с обидно низкими рейтингами

Forbes
Открыть в приложении