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

Наука «Аполлонов» Наука «Аполлонов»

Какие новые знания дали человечеству полёты американских астронавтов на Луну?

Наука и жизнь
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
Тайна гибели академика Легасова Тайна гибели академика Легасова

В апреле 1988 года был обнаружен повесившимся Валерий Легасов

Дилетант
L'One против Тимати, «блокадница» Бузова и другие громкие скандалы звезд за лето L'One против Тимати, «блокадница» Бузова и другие громкие скандалы звезд за лето

Громкие скандалы звезд за лето 2019

Cosmopolitan
Анна Седокова Анна Седокова

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

Playboy
Какой эхолот лучше выбрать для рыбалки: рейтинг лучших моделей 2019-2020 Какой эхолот лучше выбрать для рыбалки: рейтинг лучших моделей 2019-2020

Сделать рыбалку более результативной позволит рыбопоисковый прибор — эхолот

CHIP
Зарубки на носу Зарубки на носу

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

Наука и жизнь
Так оно и вышло Так оно и вышло

Прием ведет Джеймс Макэвой, специалист по расщеплению личности

Glamour
Цветы и пчёлы Цветы и пчёлы

Красивейший пример сотрудничества — взаимоотношения пчёл и цветковых растений

Наука и жизнь
«Не хватает установок». Что будет с ценами на бензин осенью «Не хватает установок». Что будет с ценами на бензин осенью

Почему нефтяные компании отказались от коллективного сдерживания цен

РБК
Повышая градус Повышая градус

Автотур по Краснодарскому краю к местным виноделам

Вокруг света
Лихо закрутили Лихо закрутили

Как правильно ухаживать за вьющимися волосами, что делать, чтобы они не пушились

Grazia
Дышать и двигаться: как связаны тело и эмоции Дышать и двигаться: как связаны тело и эмоции

Эмоции – это еще и телесные переживания, заключенные в какой-то части тела

Домашний Очаг
Не только реклама и призовые: как первая ракетка мира Наоми Осака строит бизнес в 21 год Не только реклама и призовые: как первая ракетка мира Наоми Осака строит бизнес в 21 год

Как зарабатывает теннисистка Наоми Осака?

Forbes
Вкусный гид по Франции Вкусный гид по Франции

Французским поварам под силу даже лягушачьи лапки превратить в деликатес

Лиза
В группе поддержки В группе поддержки

Надо ли вставать на сторону мужа, когда он не прав

Лиза
История про жадность: как «Человек-Паук» довел Sony и Disney до развода История про жадность: как «Человек-Паук» довел Sony и Disney до развода

Студии Disney и Sony ко всеобщему удивлению объявили о «разводе»

Forbes
Заморская крупа, ставшая национальной русской едой Заморская крупа, ставшая национальной русской едой

Трёхгранные орешки гречихи с незапамятных времён используются человеком в пищу

Наука и жизнь
Стиль жизни Стиль жизни

Лучшие рестораны на этой неделе

Grazia
«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
8 смартфонов для школьников до 10 000 рублей 8 смартфонов для школьников до 10 000 рублей

Недорогие смартфоны, которые станут хорошим выбором для школьников

CHIP
У Эстонии возникли вопросы к проекту самого длинного железнодорожного тоннеля в мире У Эстонии возникли вопросы к проекту самого длинного железнодорожного тоннеля в мире

Таллин и Хельсинки предложили соединить подводным железнодорожным тоннелем

Forbes
15 ошибок новичка: инструкция для того, кто решился пойти на свой первый класс 15 ошибок новичка: инструкция для того, кто решился пойти на свой первый класс

Гид по первым ловушкам на пути практики

Yoga Journal
5 потрясающих пляжей, где вас обязательно съедят... или убьют 5 потрясающих пляжей, где вас обязательно съедят... или убьют

Многие места на планете на деле являются смертельными ловушками

Популярная механика
Вторая жизнь Prisma: кто выкупил долю Mail.ru Group в известном фотоприложении Вторая жизнь Prisma: кто выкупил долю Mail.ru Group в известном фотоприложении

История приложения Prisma и планы развития сервиса

Forbes
Каково быть интровертом с социофобией Каково быть интровертом с социофобией

Что чувствуют и думают те, кто страдает социофобией

Psychologies
Как жил и одевался сын Америки и просто хороший человек Джон Ф. Кеннеди-младший Как жил и одевался сын Америки и просто хороший человек Джон Ф. Кеннеди-младший

Esquire вспоминает, как жил и одевался любимец всей Америки

Esquire
Круговое движение Круговое движение

Как зарабатывают организаторы этапа «Формулы-1» в Сочи

Forbes
Удар по точкам Удар по точкам

Расширенные поры доставляют немало хлопот и портят настроение

StarHit
Самые высокооплачиваемые теннисисты мира — 2019. Рейтинг Forbes Самые высокооплачиваемые теннисисты мира — 2019. Рейтинг Forbes

Ежегодный рейтинг самых высокооплачиваемых теннисистов мира

Forbes
Открыть в приложении