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

Чернобыльское досье КГБ Чернобыльское досье КГБ

Украинская власть за последние годы рассекретила огромный массив документов КГБ

Дилетант
И вы, и ваш новый партнер пережили развод. Как могут складываться отношения? И вы, и ваш новый партнер пережили развод. Как могут складываться отношения?

Сколько вам понадобится времени, чтобы залечить душевные раны после развода?

Psychologies
Лена Горностаева Лена Горностаева

Какую часть мужского тела Лена Горностаева считает самой сексуальной?

Playboy
Однажды в Италии Однажды в Италии

Екатерина Волкова с семьей попыталась объять необъятное

OK!
Зарубки на носу Зарубки на носу

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

Наука и жизнь
Арт-бессмертие: как искусство породнилось с биохакингом Арт-бессмертие: как искусство породнилось с биохакингом

Почему именно вопрос смерти и бессмертия стал главным для арт-мира

Forbes
Цветы и пчёлы Цветы и пчёлы

Красивейший пример сотрудничества — взаимоотношения пчёл и цветковых растений

Наука и жизнь
Кого и почему раздражают кормящие матери Кого и почему раздражают кормящие матери

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

Psychologies
Анна Седокова Анна Седокова

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

Playboy
Траектория электрички: чего не хватало России, чтобы догнать Германию за 20 путинских лет Траектория электрички: чего не хватало России, чтобы догнать Германию за 20 путинских лет

Наиболее правдоподобный сценарий роста для России — это латиноамериканский

Forbes
Стечение обстоятельств Стечение обстоятельств

Скотч делают из ячменя, но это далеко не главный ингредиент

Вокруг света
Каким должен быть «хороший отец»? Каким должен быть «хороший отец»?

Даже для очень сознательных мужчин рождение ребенка может стать испытанием

Psychologies
Прожигатели жизни Прожигатели жизни

Жители Валенсии ежегодно 19 марта сжигают в ритуальных кострах миллионы евро

Вокруг света
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
Скажу за всю Одессу Скажу за всю Одессу

Евгений Цыганов — о любви во время холеры и настоящих мужчинах

Vogue
Volkswagen затеял глобальную перестройку. Что ждет компанию? Volkswagen затеял глобальную перестройку. Что ждет компанию?

Бренд стоит на пороге самых масштабных изменений в истории

РБК
Москиты, пустота и буддизм: чего ждать от Бурятии Москиты, пустота и буддизм: чего ждать от Бурятии

С какими впечатлениями Артур Гранд вернулся из Бурятии

РБК
60 машин особого назначения 60 машин особого назначения

Многие из этих машин вы не увидите никогда в жизни

Популярная механика
И снова здравствуйте И снова здравствуйте

Рассказываем, почему не стоит возобновлять отношения с бывшим

StarHit
Как бизнесмен из Новосибирска создал единую сим-карту для всего мира Как бизнесмен из Новосибирска создал единую сим-карту для всего мира

Drimsim пользуются сотни тысяч абонентов, среди которых Артемий Лебедев

Forbes
Сколько зарабатывают блогеры Сколько зарабатывают блогеры

Как устроен инфлюенсер-маркетинг в моде и зачем он нужен большим брендам

Esquire
Благими намерениями вымощена дорога в чат Благими намерениями вымощена дорога в чат

Как закрыть глаза на мемасики с видосиками и полюбить родительские чаты

Tatler
«Яндекс» ответил депутатам на обвинения в подтасовке топа новостей «Яндекс» ответил депутатам на обвинения в подтасовке топа новостей

«Яндекс» настаивает на прозрачности алгоритма своего агрегатора «Яндекс.Новости»

Forbes
Что не так с российским электронным паспортом? Что не так с российским электронным паспортом?

ВЦИОМ выяснил, что 59% россиян пока не готовы оформить электронный паспорт

Forbes
Пожарная тревога Пожарная тревога

Почти 3 миллиона гектаров леса охвачены огнем в Сибири и на Дальнем Востоке

StarHit
Как два брата и сестра создали бизнес на $1 млрд, продавая дешевые игрушки Как два брата и сестра создали бизнес на $1 млрд, продавая дешевые игрушки

Путь семьи Моубрей к успеху в производстве игрушек был тернистым

Forbes
Врачи не выгорают, они страдают от моральной травмы Врачи не выгорают, они страдают от моральной травмы

Почему на ситуацию с врачами стоит обратить внимание

СНОБ
Замороженные 2,6 трлн рублей. Почему не стоит ограничивать потребительское кредитование Замороженные 2,6 трлн рублей. Почему не стоит ограничивать потребительское кредитование

В последнее время идет дискуссия об ограничении потребительских кредитов

Forbes
«Кризис партийного представительства»: все меньше россиян поддерживают парламентские партии «Кризис партийного представительства»: все меньше россиян поддерживают парламентские партии

Систему выборов в Госдуму лучше пока не менять

Forbes
Бесподобная палитра Бесподобная палитра

Модные тенденции керамической облицовки

Лиза
Открыть в приложении