Чи всі сфери рослини Ви знаєте?

Напевно усі знають про ризосферу – міліметрову зону навколо коренів рослин, яка підлягає безпосередньому впливу кореневих виділень і ґрунтових мікроорганізмів.

Проте, не лише корені рослин взаємодіють зі своїми біотичними «сусідами». Усі органи і частини рослин оточені мікроорганізмами, чия присутність обумовлена вивільненням рослинами певних органічних речовин і наявності вільних ніш для життя.

Мікроорганізми заселяють три основні сфери рослин – спермосферу, ризосферу і філосферу, які між собою взаємопов’язані. Їх спільноти збираються із оточуючого середовища (ґрунту, атмосфери) та з материнської рослини через насіння. А самі рослини модулюють їх склад і діяльність через складні шляхи «спілкування», основою яких є трофічні взаємодії і молекулярні сигнали.

Рис. Мікробіом у екосистемі рослини. Схема рослини і асоційованої з нею мікробіоти, що колонізує різні ніші на рослинних тканинах та всередині рослини. Шкідливі взаємодії негативно впливають на ріст рослин (ліва сторона), тоді як користі сприяють йому (права сторона) (Shelake, Praminik, Kim, 2019).

На відміну від тварин, які мають здатність уникати біотичних і абіотичних стресів, рослини не можуть пересуватися, і тому виробили інші стратегії захисту. Ці стратегії у більшості спираються на асоційовану з рослинами мікробіоту. І тривалий процес коеволюції призвів до вироблення корисної взаємодії між рослинами і мікроорганізмами.

А починається ця взаємодія з насіння, яке є не лише джерелом передачі генетичної інформації від рослини до рослини, але також різноманітних мікроорганізмів, як корисних, так і патогенних, які знаходяться у різних частинах насіння (зародку, запасних частинах, покривних тканинах). Склад мікроорганізмів у кожній частині залежить від шляхів потрапляння їх у насіння: внутрішній (через ксилему та несудинні тканини материнської рослини), через приймочки, чи зовнішній шлях (через контакт з тканинами плоду).

Саме ці мікроорганізми є першими колонізаторами так званої СПЕРМОСФЕРИ – зона підвищеної мікробної активності навколо насіння, що проростає (термін введений Verona у 1958 р.). Під час набубнявіння і проростання, насіння виділяє різні сполуки (вуглеводи, жирні кислоти, органічні кислоти, амінокислоти), що створює навколо насіння зону активної життєдіяльності мікроорганізмів, що конкурують за ресурси.

Рис. Схематичне зображення спермосфери (Nelson, 2004)

В результаті такої конкуренції за ресурси і місце, лише певні мікроорганізми досягають успіху у колонізуванні спермосфери.

Таким чином, мікроорганізми самого насіння створюють першу популяцію, яка колонізує проростки і корені, що з’являються. Далі в конкуренцію вступають також ґрунтові мікроорганізми.

 

З появою коренів починає функціонувати наступна сфера – РИЗОСФЕРА, яка підтримується життєдіяльністю самої рослини – кореневими виділеннями (ризодепозитами), які можуть складати 5-21% від усього фіксованого рослиною вуглецю. 

Рис. Розподіл життя в ризосфері. Чисельність різних груп мікроорганізмів (вісь ОХ, мм від поверхні кореня) і вздовж (вісь ОY, у см, не пропорційно) (Kuzyakov, Razari, 2019).

У ризосфері відбувається запекла боротьба за ризодепозити, і лише найбільш конкурентоздатні продовжують розвиток. А варіації у ризодепозитах роблять мікробіом специфічним для різних рослин, генотипів, фази росту і розвитку, а також для різних типів ґрунту.

Надземна частина рослин також підтримує активне життя мікроорганізмів у ФІЛОСФЕРІ – наземному гомолозі (має спільне походження на відміну від аналога) ризосфери. Ці мікроорганізми складаються із бактерій, грибів, Ооміцетів і менш часто з Археїв і Нематод. Вони взаємодіють з рослиною-хазяїном і один з одним, а також з вірусами і бактеріофагами.

Мікроорганізми філосфери походять з ґрунту, рослинних решток, від тварин, з повітря, поливної і дощової води, комах, а також від батьківської рослини через насіння. Набір мікроорганізмів значно відрізняється від спільнот оточуючого повітря і ґрунту. Кожний листок створює специфічне середовище, у якому можуть вижити лише певні види (подібно до ризосфери, де виживають лише певні види).

Відповідно до цього нового бачення, голобіонт (термін, що використовується для опису системи «господар + мікроорганізми, що його населяють») може бути визнаний елементом добору у еволюції.

Таким чином, рослини оточені мікроорганізмами усе своє життя. «Рекрутування» їх у різні сфери (спермосферу, ризосферу і філосферу) спирається на механізми «спілкування» між рослиною і мікроорганізмами.

 Отже, кращі знання механізмів, які беруть участь у відборі корисних мікробних популяцій, дозволить нам змінити підходи до вирощування рослин задля зменшення інвестицій (зокрема, у вигляді добрив і ЗЗР) і підтримки здоров’я рослин.

  Ірина Логінова

(С) НВК “Квадрат”

Залишити відповідь

Ваша e-mail адреса не оприлюднюватиметься. Обов’язкові поля позначені *