Выделяемые растениями вещества в первую очередь ассоциируются с надземной частью, различные ароматические вещества самые заметные, но далеко не единственные, список веществ довольно большой. Но если заглянуть в корни, то здесь различных соединений выделяется куда больше. Попробуем в этой статье сделать детальный обзор на корневые экссудаты.
Корневые экссудаты - вещества выделяемые в ризосферу (прикорневая область почвы) в процессе жизнедеятельности растений.
Обычно корни ассоциируются с поглощением веществ из почвы, однако процесс на самом деле идёт в обе стороны. Корны выделяют множество соединений, каждое из которых имеет свою функцию.
Основные функции экссудатов:
- Увеличение доступности минеральных веществ;
- Стимулирование микрофлоры ризосферы;
- Защита от патогенов;
- Взаимодействие с другими растениями;
- Изменение свойств почвы;
- Уменьшение механического сопротивления при росте корней;
- Регуляция pH почвы;
- Защита от токсичных веществ.
Выше перечислены лишь изученные функции корневых выделений, но не исключено, что вскоре мы пополним его вновь открытыми. А пока давайте разберём каждую функции детально.
Увеличение доступности минеральных веществ
Часто почвы бывают богаты минеральными веществами, однако они находятся в труднодоступной для растений форме (особенно актуально для кальция, железа и магния). Чтобы добыть эти вещества корни способны выделять различные кислоты, которые переводят в растворимую форму требуемы вещества.
Более того, у растений есть вещества, которые могут мобилизовать фосфор и даже влиять на азот и калий почвы, правда такое воздействие чаще происходит через воздействие на микробиом.
Стимулирование микрофлоры ризосферы
Не секрет, что здоровье растений на прямую зависит от состояния микробиома ризосферы, и растения напрямую влияют на него. Выделяя корнями различные сахара и аминокислоты, растения подкармливают микроорганизмы. Так же специальные вещества, как приманка, могут привлекать определённые виды микробов.
Более того, растения способны выделять и специальные сигнальные молекулы, которые заставляют бактерии и грибы вести себя совершенно по другому. Например формировать бактериальные клубеньки на корнях. подобных взаимодействий очень много и сейчас наука только начинает проникать в эти тайны.
Защита от патогенов
Помимо положительного действия корны могут выделять и различные отпугивающие вещества и даже яды, тем самым подавляя вредоносные формы жизни. Не зря в медицине часто используются корни растений, ведь они содержат множество биоактивных веществ, точно так же они могут выделять их в почву, оказывая губительное действие на патогены.
Взаимодействие с другими растениями
Учеными многократно доказано, что растения "общаются" корнями. Своими экссудатами они могут давать команду на прорастание (например, в случае с повиликой), или наоборот оказывать тормозящее действие на прорастающие семена. Более того, часто такие выделения и вовсе не позволяют соседней растительности выживать, оказывая гербицидное действие.
Не менее редкие случаи внутривидовой конкуренции на основе взаимодействия корней. Например кукуруза, при наличии соседей (а точнее корневого контакта с соседями) увеличивает скорость роста, чтоб обогнать конкурентов в борьбе за солнечный свет.
Изменение свойств почвы
Далеко не везде на планете почва для растений идеальна. Часто она слишком твёрдая, сухая или наоборот влажная. За долгий путь эволюции представители флоры выработали стратегию борьбы и с такими сложностями. Например некоторые экссудаты могут уменьшить потери влаги корнями, обволакивая их неким "одеялом" из слизистых веществ. Так же такие выделения могут немного увеличить влагоемкость почвы, позволяя дольше переживать засуху.
Ну и главное влияние - косвенное, вновь через микробиом, который модифицирует почву.
Уменьшение механического сопротивления при росте корней
Для того, чтобы корень мог спокойно прорастать через твёрдые почвы, корни всех растений имеют корневой чехлик, представляющий из себя некий щит, который при трении с почвой изнашивается, но защищает молодой корешок. Некоторые слизистых экссудаты выделяются какраз в зоне роста корешка, выполняя функцию смазки. Таким образом упрощается прорастания корня вглубь почвы.
Регуляция pH почвы
Мы уже немного затронули тему pH почвы, упоминая о выделении корнями кислот, но есть и щелочные выделения, и растения способны вырабатывать их в случае потребности.
Защита от токсичных веществ
В природе почвы часто содержат токсичные для растений вещества. Если такие попадут в растение в достаточной концентрации то болезней не избежать. Флора научилась такие вещества нейтрализовать. Например для устранения алюминия вырабатываются янтарная и яблочная кислоты, которые связывают этот элемент в нетоксичную форму. Подобные механизмы есть и для многих других элементов.
Так же, в процессе жизнедеятельности корнями часто накапливаются токсичные продукты жизнедеятельности (спирты, молочная кислота и т.д.). Чтоб уменьшить их негативное влияние корни попросту сбрасывают излишние количества этих соединений.
Механизмы экссудации
В последние годы исследователи добились огромных успехов в анализе состава корневых выделений и их взаимодействия в ризосфере, однако механизм секреции корневого экссудата еще недостаточно изучен.
Производство и высвобождение соединений корнями, является обычным процессом и происходит постоянно, но иногда в этом процессе могут произойти изменения, вызванные биотическим или абиотическим стрессами. Механизм, с помощью которого корни растений выделяют соединения, в первую очередь считается пассивным процессом, опосредованным тремя отдельными путями: диффузией, ионными каналами и везикулярным транспортом.
Усложняется всё тем, что существуют так называемые вторичные экссудаты, которые вырабатываются в ответ на какие-то внешние сигнальные молекулы. Такие механизмы очень видоспецифичны и не похожи у разных растений.
И хотя текущая модель кажется полноценной, не исключено, что в будущем нам откроются и другие способы экссудации корнями растений.
Весь материал в статье изложен в упрощённой форме, но если вы хотите углубится в изучении этой темы могу порекомендовать несколько статей на основе которых была написана данная :
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/j.1365-3040.2009.01926.x
https://link.springer.com/article/10.1023/A:1020809400075
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/jpln.201000085