Корни растений сами решают, куда им расти

Хотя корень растения -- не самый заметный орган, от него зависит жизнь всего растения. Корни поглощают растворенные в воде минеральные вещества из почвы и обеспечивают необходимыми питательными элементами все растение. Доктор Анджела Ходже (Angela Hodge) из Университета Йорка (Великобритания) исследовала, как корни реагируют на изменение окружающей среды и как они взаимодействуют с корнями других растений. Как считает доктор Ходже, в корне находится целый комплекс коммуникационных или сигнальных систем, но координационным центром для них служит корневой чехлик.

Выгодная инвестиция

Каждое растение сталкивается с постоянной проблемой – куда лучше инвестировать свои ресурсы. И природа не прощает ошибок, потому что неправильное решение означает гибель. Первое решение, которое должно принять растение: развивать корневую систему или пускать все ресурсы на надземную биомассу. Как считают биологи, окончательный выбор в этом вопросе делает корень. И берет на себя ответственность за жизнь целого растения.

Корни обходят препятствия

Биологи обнаружили способность корней целого ряда модельных растений, среди которых резуховидка Таля  (Arabidiopsis thaliana),  клоповник посевной (кресс-салат) (Lepidium sativum), а также тимофеевка луговая (Phleum pretense), реагировать на градиент влажности. Совсем недавно ученые обнаружили ген miz1 в корнях резуховидки Таля, регулирующий рост корней в условиях разного увлажнения. Корневой чехлик определял направление роста именно в том направлении, где влажность почвы повышалась (Dinneny et al., 2008). Кроме того, этот чувствительный орган может определять механические препятствия на своем пути, соприкасаясь с ними и посылая определенный сигнал в ростовой центр, который изменяет направление роста корня. А корневой чехлик гороха посевного ( Pisum sativum) смог даже определить в почве нейлоновую нить и обойти препятствие.

Поиск питательных веществ

Одна из самых известных способностей корней – распознавание богатых питательными веществами участков почвы. Как показали исследования доктора Ходже, в зависимости от количества питательных элементов меняется рисунок корневой системы, то есть соотношение главных и боковых корней. Как только корень резуховидки Таля  (Arabidiopsis thaliana) натыкался на бедную фосфатом почву, стратегия растения менялась. Рост основного корня прекращался (его клетки переставали делиться), а вместо этого запускалась другая программа -- по развитию боковых корней в поисках более плодородных участков.

Выгодное партнерство или опасный конкурент?

По словам доктора Ходже, проблему питания растения решают еще и с помощью микоризы -- симбиоза с грибом. Самая распространенная микориза -- везикулярно-арбускулярная. Эволюционно она очень древняя и появилась еще у девонских растений, у которых не было корней, а существовали только подземные стебли – ризоиды. Возможно, сначала гриб был просто паразитом растения. Но потом эволюция пошла по другому пути, и оба участника отношений стали получать выгоду – растения от гриба фосфат, а гриб от растения готовые питательные вещества.

Как считает доктор Ходже, до сих пор не совсем понятна роль микоризы. Эффективность ее работы у всех грибов разная. И совершенно «бескорыстного» супергриба не существует. Кроме того, неизвестно, каковы последствия такого симбиоза – ведь множество растений оказываются связанными вместе одной сетью микоризного мицелия. И гриб иногда может только забирать питательные вещества для себя или передавать их другим растениям. Поэтому растению лучше не полагается на микоризу,  а рассчитывать на собственные силы. И развивать корневую систему.

Корень «видит» своих

Как это ни удивительно, но, по мнению доктора  Ходже, корень может отличить корни своего вида растения от других видов и конкурировать только с чужими. Так, корни травы бизонов, или пастбищной травы (Buchloe dactyloides), росли активно и образовывали множество боковых корней, вытесняя другие виды растений и захватывая большое количество ресурсов для себя. А среди своих сородичей вели себя очень деликатно – их корни были короткими и небольшими по объему.

Жестокая конкуренция

Некоторые ученые склоняются к мысли, что механизм притеснения корней других видов  осуществляется с помощью аллелопатии (то есть выделения химических веществ, препятствующих росту конкурентов). Оказывается, инвазивные виды растений действуют именно таким способом. Они выбрасывают вещества, которые уничтожают микоризу местных растений. И те без нее погибают.

По словам доктора Ходже, физиология корней необыкновенно сложна и интересна. Но молекулярные механизмы развития этой системы биологи только начинают понимать.

Результаты исследований опубликованы в мартовском номере журнала Plant, Cell and Environment.