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

Микробы от похмелья Микробы от похмелья

Бактерии, которые способны утилизировать алкогольный токсин в кишечнике

Популярная механика
Девушка без комплексов. Как Эми Шумер стала единственной женщиной-комиком в списке Forbes Девушка без комплексов. Как Эми Шумер стала единственной женщиной-комиком в списке Forbes

Эми Шумер не боится шутить про секс и зарабатывает $21 млн в год

Forbes
Восемь умных ног Восемь умных ног

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

Наука и жизнь
ФНС ответила на вопрос банков о порядке блокировки личных счетов бизнесменов ФНС ответила на вопрос банков о порядке блокировки личных счетов бизнесменов

Банки стали активно блокировать личные счета предпринимателей за долги

Forbes
Зарубки на носу Зарубки на носу

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

Наука и жизнь
Анастасия Чернобровина: «Стать мамой в сорок не страшно» Анастасия Чернобровина: «Стать мамой в сорок не страшно»

Ведущая программы «Утро России» о воспитании ребенка и травле в Интернете

StarHit
Анна Седокова Анна Седокова

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

Playboy
Мне срочно: в чем преимущество экспресс-имплантации зубов Мне срочно: в чем преимущество экспресс-имплантации зубов

Рассказываем о тонкостях самой современной процедуры в области стоматологии

Esquire
Цветы и пчёлы Цветы и пчёлы

Красивейший пример сотрудничества — взаимоотношения пчёл и цветковых растений

Наука и жизнь
Все умрут, а я останусь: как пережить кризис среднего возраста и не устареть Все умрут, а я останусь: как пережить кризис среднего возраста и не устареть

Алексей Улановский о способах переизобрести себя, если ваша профессия не нужна

Forbes
Тот самый остров Тот самый остров

Чтобы на Арубе закончился кризис, жители острова надумали стать счастливыми

Вокруг света
Наталья Водянова заявила, что даже яичница является проблемой для ее мужа Наталья Водянова заявила, что даже яичница является проблемой для ее мужа

Свободное время Наталья Водянова посвящает мужу и пятерым детям

Cosmopolitan
В ожидании евангелистов В ожидании евангелистов

История четырех иконок евангелистов

Дилетант
Шесть этапов принятия себя Шесть этапов принятия себя

Причины и следствия отторжения себя, а также четкая пошаговая стратегия работы

Psychologies
Стив Джобс 70-х: как Джон Делореан создал автомобиль из фильма «Назад в будущее» и потерял всё Стив Джобс 70-х: как Джон Делореан создал автомобиль из фильма «Назад в будущее» и потерял всё

Биография Джона Делореана — это история визионера, мечта которого не сбылась

Forbes
Покидая Голливуд: что не так с документальным фильмом про главного монстра Лос-Анджелеса Харви Вайнштейна Покидая Голливуд: что не так с документальным фильмом про главного монстра Лос-Анджелеса Харви Вайнштейна

Рассказываем, чем интересен фильм «Быть Харви Вайнштейном»

Esquire
Сильные женщины никогда не делают это Сильные женщины никогда не делают это

Попробуйте изменить жизнь к лучшему через тренировку «ментальных мышц»

Psychologies
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
Кого и почему раздражают кормящие матери Кого и почему раздражают кормящие матери

Когда мы видим женщину, кормящую грудью, мы сталкиваемся с гаммой чувств

Psychologies
Тред: пользователь твиттера рассказал об экологической катастрофе в городе Карабаш Тред: пользователь твиттера рассказал об экологической катастрофе в городе Карабаш

В в Карабаше выжжена земля, гибнет урожай и раньше срока наступает осень

Esquire
Суровый стиль Суровый стиль

Люку Эвансу пришлось попрощаться с карьерой вампира

GQ
Формула «воздух» Формула «воздух»

В 2020 году должны пройти первые гонки летающих автомобилей

Популярная механика
«Свободу Асапу», чат Гаги и другие флешмобы, которые фанаты устраивали звездам «Свободу Асапу», чат Гаги и другие флешмобы, которые фанаты устраивали звездам

Фанаты требуют у шведской полиции освобождения A$ap Rocky

Cosmopolitan
Интрига и ее крах: так ли страшны спойлеры Интрига и ее крах: так ли страшны спойлеры

Этический кодекс, который поможет избежать конфликтов из-за спойлеров

РБК
Кто такие Трескодёры? Рыболовная экспедиция в Териберку Кто такие Трескодёры? Рыболовная экспедиция в Териберку

Посёлок в Мурманской области превратился в одно из самых посещаемых мест Севера

4x4 Club
Когда много не надо: бюджетные процессоры до 8000 рублей Когда много не надо: бюджетные процессоры до 8000 рублей

Мониторим рынок недорогих процессоров Intel и AMD на предмет годных решений

CHIP
Остров-загадка: 10 вещей, ради которых стоит посетить Тайвань Остров-загадка: 10 вещей, ради которых стоит посетить Тайвань

Все развлечения Тайвани — от ночного шоппинга до рассвета на озере Солнца и Луны

Forbes
Отдых и физические нагрузки влияют на нашу карьеру сильнее, чем мы думаем Отдых и физические нагрузки влияют на нашу карьеру сильнее, чем мы думаем

Без отдыха и спорта мы можем рухнуть с карьерного Олимпа

Psychologies
Российские стереотипы об эмоциональном интеллекте: «Если ты сейчас так кричишь, то как пытки-то терпеть будешь?» Российские стереотипы об эмоциональном интеллекте: «Если ты сейчас так кричишь, то как пытки-то терпеть будешь?»

Отрывок из книги «Эмоциональный интеллект лидера» профессора ВШЭ Леонида Кроля

Forbes
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
Открыть в приложении