На грядке мы все равно тормошим верхний слой, добавляем слишком много мульчи и навоза, который угнетает микрогрибы, а нарушенная биота не успевает органику переработать, поэтому добавляются гнили и болезни.
И самое главное: и томат, и капуста, и морковь благодаря селекции 90 % сахаров отдает на налив урожая, и только 10 % – на корм бактерий через корневые выделения. Мы в любом случае, собирая урожай, 70 % и более органики уносим в закрома, а ботву и корни (в них ведь и кила и фитоспора) уносим в компостную кучу.
А в природе все остается на месте, сахара выделяет каждый сорняк через корни и в десятки раз больше, чем томат. Корни идут глубже, и их больше, чем у культур. Весь углерод с опадом ложится сверху в сухом виде, создавая рай для микрогрибов. Даже семена сорняков падают рядом, и 99 % их местная живность съедает, выделяя копролиты. Поэтому компост на грядки вносить необходимо, иначе гумус не накопить. Любые микробные закваски вносить надо, чем чаще и больше, тем лучше, иначе гнилостные процессы не подавить.
АКЧ – шедевр агротехнологии последних лет. Ведь сразу готовую экосистему с дикой мусорной кучи мы вносим в почву, это как пересадка кала от здорового молодого человека больному старику.
Наша задача – не мечтать о том, чтобы корни культурных растений работали так же эффективно, как сорняки. Нам надо просто сохранять рыхлость и воздушность почвы – заботиться и накапливать почвенных инженеров. Нужно улучшать почвенное разнообразие любым доступным агроприемом, и не за тысячу лет, как в природе, а хотя бы за 3–5 лет.
Роль ризосферных бактерий
– Сегодня я сам себе задам вопрос, а вы послушайте, как я стану искать ответ на него. Если не понятно – перебивайте, задавайте вопросы, – так я начал разговор, когда мы с моими друзьями-садоводами в очередной раз собрались за дачным столом на веранде.
Напомню, что во время написания книг об экологическом саде и огороде я стал размышлять над идеей о том, что биоразнообразие микробиома человека тесно связано и определяется биоразнообразием микробиоты в окружающей среде, где он обитает. Поэтому и решил написать книгу о здоровье, где именно этим вопросам я бы уделил побольше внимания. Но где находится основная масса микроорганизмов в окружающей нас природе?
– В навозе. В правильном компосте. В верхнем слое почвы под мульчей, – посыпались ответы садоводов.
– Правильно, но не совсем, ответил я. – Практически вся микробная жизнь природы сосредоточена, сконцентрирована и имеет максимальное разнообразие в двух местах. В ризосфере это зона вокруг корней, куда поступают секреты корней. И в кишечнике червей разных размеров и форм, обитающих вокруг отмирающих и гниющих корней растений.
Так же и у человека. Больше всего бактерий вокруг ворсинок кишечника, которые выделяют секреты для питания бактерий, в носу, где много слизи, во рту, где слюна и остатки пищи, в складках кожи в паху и под мышками, где влажно и есть секреты.
Поэтому сегодня поговорим о жизни бактерий ризосферы, их ученым легче увидеть и изучить, а нам с вами – чтобы легче было затем понять секреты жизни невидимых бактерий кишечника человека.
Когда мы были молодыми, и в школе, и в институте нам объясняли, что микробы нужны в почве, чтобы перерабатывать органику и давать питание растениям. Учили, что нужно в почву вносить полезные бактерии, типа азотофиксаторов, или бактерии-защитники, типа сенной палочки.
Затем мы подросли, и полки магазинов наполнились стимуляторами роста растений, полученных из бактерий и грибов. Но этого очень мало знать и использовать, чтобы создавать разумный экосад. Нам нужно пополнять знания о ризосфере растений, а публикаций на эту тему в последние годы появилось очень много.
Во-первых, сейчас ученые не говорят только о том, что бактерии потребляют сахара и фиксируют азот воздуха, а вводят понятие экологических ниш вокруг корней растений, на листьях, на семенах. Растения вступают с микроорганизмами в сообщества и обмениваются информацией, при этом сами микроорганизмы создают сложные сообщества, а растения выступают как центры, как катализаторы жизни в таких сообществах. Корневые выделения, или корневые экссудаты, представляют собой не просто сахара, а низкомолекулярные органические вещества, являющиеся продуктами фотосинтеза и метаболизма растений: различные углеводы, органические кислоты, аминокислоты, спирты, а также физиологически активные вещества – витамины, ферменты, гормоны, алкалоиды, глюкозиды, флавоноиды и др.
Оказывается, питание микроорганизмов в ризосфере обеспечивают корневые депозиты, которые включают, помимо корневых выделений, высокополимерные слизи полисахаридной и белковой природы, утраченные части растения (корневой чехлик, корневые волоски, отмершие участки корня). Количество бактерий в ризосфере и таких же бактерий в почве на отдалении от корня может отличаться и в 10 раз, и в 100 раз.
Населяющие ризосферу бактерии образуют с корневой системой растений прочные ассоциации и формируют специфические ризосферные бактериальные сообщества, которые называют «ассоциативный симбиоз».
Большинство растений не образуют структуры типа клубеньков, но всегда выделяют слизеподобные вещества, которые способствуют прикреплению бактерий к корням. Бактерии всегда с помощью хемотаксиса двигаются в сторону корневых выделений, или их несет на себе и в себе многочисленная быстро двигающаяся живность, устремляющаяся в сторону корня, где кипит жизнь. Подползла мельчайшая нематода, поела азотофиксаторов в ризосфере, выделила копролит, а в нем миллионы других симбионтных для растений микроорганизмов.
Затем бактерии размножаются и образуют микроколонии, покрытые полисахаридами муцигеля, и приобретают уже свойства организма, детерминированного взаимодействием с корнем. Так формируется голобионт в качестве единицы отбора в эволюции. Повышенное генетическое разнообразие голобионта играет центральную роль в адаптации, ведь растение может менять микрофлору вокруг себя.
Поэтому, когда я опрыскиваю сад АКЧ, я понимаю, что растение отберет те микроорганизмы, которых в почве не хватает, таким образом повышаю биоразнообразие и адаптационные возможности вначале вокруг себя, затем в себе. Тем более в моем качественном АКЧ множество амеб, жгутиковых, нематод, которые молниеносно подползут к корням и принесут только полезные бактерии, в копролитах патогенных бактерий не бывает.
Умными селекционерами теперь микробиом растений признается в качестве дополнительного фактора в селекции культурных растений.
Растение меняет микробные сообщества по погоде и по временам года. Развитие растений сопровождается изменениями состава корневых выделений и корневых депозитов, что отражается на ризосферных бактериях.
В корневой зоне молодых растений доминируют грамотрицательные бактерии родов Pseudomonas, Flavobacterium, Azotobacter и др., которые по мере старения растений сменяются грамположительными – бактериями рода Bacillus и актинобактериями родов Mycobacterium, Streptomyces. По сути, бактерии, питающиеся корневыми экссудатами, заменяются на бактерии-гидролитики (образующие гидролитичесие ферменты), разлагающие корневой опад, старые корешки, микробную биомассу.
Количество бактерий увеличивается после прорастания семени и достигает максимума в период цветения и плодоношения растений. В пределах одного корня микроорганизмы распределены неравномерно: их обилие нарастает в области молодых верхушечных корней, где происходит максимальное выделение растворимых органических соединений.
Содержание ризосферного бактериального сообщества является весьма затратным для растения – в виде корневых экссудатов и ризодепозитов оно теряет 30–50 % продуктов фотосинтеза. И зачем растение тратит свои силы на это?
Ну, во-первых, в почве всегда дефицит азота. Раньше мы читали в основном о клубеньковых бактериях, теперь известно, что азотофиксация осуществляется многими представителями родов Azospirillum, Azotobacter, Agrobacterium, Acetobacter, Klebsiella, Enterobacter, Flavobacterium, Pseudomonas, Bacillus, Clostridium и др. Масштабы ассоциативной азотофиксации в зоне умеренного климата достигают 50–150 кг/га молекулярного азота за вегетационный период, в тропических широтах – от 200 до 600 кг/га молекулярного азота в год.
Учеными было показано, что при наличии растений уровень азотофиксации в почве значительно выше, чем в их отсутствие, не только потому, что корневые выделения и корневой опад растений являются энергетическим субстратом для ассоциативных бактерий, но и потому, что в ризоплане создаются благоприятные условия для поддержания высокой активности нитрогеназы (ключевого фермента биологической фиксации азота), поскольку корни растений быстро поглощают азотосодержащие метаболиты азотофиксаторов, а муцигель защищает нитрогеназу от избытка кислорода. Так возникает сопряжение двух уникальных биологических процессов – фотосинтеза и азотофиксации.
Еще одно важное открытие сделали ученые: оказалось, что положительное действие ризосферных ассоциативных азотофиксирующих бактерий на растения основано на комплексе взаимосвязанных свойств: азотофиксации, выделении физиологически активных веществ – стимуляторов роста, антагонизме по отношению к фитопатогенным грибам и бактериям.
Такие ризосферные бактерии, обладающие совокупностью полезных для растений свойств, получили название PGPR (от Plant Growth-Promoting Rhizobacteria – ризобактерии, способствующие росту растений). Появилось новое направление в растительно-микробных взаимодействиях в ризосфере – ретроспективный эволюционно-биосферный подход в изучении формирования, организации и состава бактериальных сообществ почв.
Как пример – изучение эволюции водорослей и высших растений. Доказано, что возникшая в ходе эволюции экскреция водорослями органических соединений была в значительной мере направлена на установление симбиотических отношений между водорослями и гетеротрофными микроорганизмами. Экзометаболиты водорослей, среди которых преобладают углеводы, органические кислоты, азотосодержащие вещества и липиды, ассимилируются бактериями-спутниками. Таким образом, внеклеточные метаболиты водорослей являются основой трофических связей и обусловливают формирование вокруг клеток автотрофов специфической экониши.