Как растения переносят зиму
Как растения переносят зиму
В отличие от животных и бактерий, растения ведут прикреплённый образ жизни. Они не могут отправиться на поиски лучшей доли, поэтому научились решать проблемы на месте — приспосабливаться к постоянным переменам. В том числе, к наступающей зиме.
Эта статья была опубликована в журнале OYLA №11(27). Оформить подписку на печатную и онлайн-версию можно здесь.
Для большинства живых организмов зима и сопровождающий её холод — большой стресс и неудобство. В это время снижается доступность тепла и влаги, необходимых всему живому на Земле. При отрицательных температурах останавливаются физиологические процессы, а вода, обязательная среда для их протекания, замерзает.
В ходе эволюции живые организмы выработали приспособления, позволяющие пережить некомфортные условия. При этом животные и даже бактерии, как правило, могут уйти в более благоприятные условия. Растения же самостоятельно перемещаться не могут, и их стратегии выживания в условиях стресса направлены не на избегание, а на устойчивость. Механизмы устойчивости основаны на способности регулировать свой метаболизм, подстраиваясь под температурные сдвиги. Итогом этой устойчивости является период покоя.
Покой — это состояние, при котором рост, развитие и все физиологические процессы приостанавливаются, чтобы полным ходом пойти в более комфортных условиях. Необходимость в этом периоде актуальна там, где происходят заметные и продолжительные погодные изменения, например, смена времен года.
На большей части Евразии, Северной Америки и на некоторых островах в Южном океане жаркое и, чаще всего, сухое лето сменяет дождливая осень, а на её место приходит морозная, снежная зима. Буйное пожелтение и покраснение древесных крон и листопад у растений этих территорий — и есть переход в период покоя. В это время растение готовится к «спячке» перед наступлением самого «неблагоприятного времени» — зимы.
С наступлением холода вода становится практически невосполняемым ресурсом, поэтому растению нужно радикально сократить её расход.
Вода поступает в растения через корни. При этом более 99% её уходит через листья в процессе транспирации — испарения с поверхности. Это помогает регулировать температуру, когда жарко, чтобы организм не перегревался. Но нужна ли транспирация, когда холодно?
При низких температурах корни функционируют хуже и часто не способны обеспечить растение водой. Кроме того, сама почвенная влага, превращаясь в лёд, становится недоступной. В этом случае, чтобы не потерять имеющуюся воду, растению с крупными листьями выгодно от них избавиться, сбросив. Эта уловка реализуется в процессе листопада.
По сравнению с лиственными, хвойные растения испаряют влагу намного слабее, поэтому у них листопад не выражен. Конечно, хвоя опадает и постепенно заменяется новой, но в течение всего года, и потому не так заметно. Продолжительность жизни отдельных хвоинок разная: у сосны — 2 года, у ели — 6, а у пихты — до 12 лет.
Кроме того, что нельзя тратить впустую драгоценные запасы воды, их надо удерживать в жидком состоянии. Очень важно, чтобы вода не замерзала, как в окружающей среде: кристаллики льда разрушают клеточные структуры.
У растений есть свои, природные «антифризы» — вещества, препятствующие замерзанию растворов в организме. С наступлением холода растение переходит в «режим экономии», перестают интенсивно расходоваться энергетические ресурсы — сахара и растворимые белки. Они накапливаются в клетках, повышая концентрацию клеточного сока и снижая тем самым точку замерзания — вода медленнее переходит в лёд и сохраняется в организме.
Другие помощники — белки холодового шока, синтезируемые в цитоплазме,— тормозят образование межклеточного льда. Кстати, добавляя в геном растений гены, отвечающие за синтез этих белков, получают морозостойкие гибриды практически всего на свете: от кабачков до роз.
Представим символ осени (и Канады) — клён. Что будет, если с наступлением холодов его широкие листья не опадут, а останутся мощной шапкой на дереве? Скорее всего, под тяжестью накопленного на кроне снега дерево сломается, а клёны со временем исчезнут с лица Земли как вид. Поэтому от листвы лучше избавиться до первого снега. А вечнозелёные растения средних широт обзавелись специальными приспособлениями: конусовидной кроной, прочными и упругими ветками, листьями в форме игл — снег с них легко сдувается ветром.
Ещё одна причина листопада заключается в том, что растения переводят в листья вредные вещества. Хороший пример этого защитного механизма — накопление в листьях тяжёлых металлов. Они попадают в атмосферу с выбросами предприятий и выхлопными газами транспорта, из атмосферы с осадками в почву, из почвы растения поглощают их растворённые формы с водой и накапливают в листьях, которые затем сбрасывают.
Почва играет важную роль в круговороте тяжёлых металлов, таких как свинец (Pb) и ртуть (Hg), а также микроэлементов калия (К), кальция (Ca), магния (Mg)
В естественных условиях формирование опада под древесными растениями обязательно для функционирования экосистемы. Разлагающиеся опавшие листья, хвоинки, веточки возвращают в почву минеральные элементы и формируют плодородный слой почвы. В условиях города (тоже экосистемы, только антропогенной — изменённой человеком) с разложением опада поступают и токсины — не только те, что растение поглотило ранее, но и попавшие на поверхность листа вместе с пылью. Поступая в организм в высоких концентрациях, тяжёлые металлы связываются с белковыми структурами. Это нарушает клеточный метаболизм и физиологические процессы — рост и развитие растения угнетаются.
Получается замкнутый круг. Без опавшей листвы почве нельзя, но и с ней не лучше. Вероятно, для решения этого вопроса нужно определиться с нормами выбросов — уровнем нагрузки, которую человек оказывает на окружающий его мир. Это тема активно обсуждается в современной экологии.
Иглы и листья, опавшие с деревьев, разлагаются, образуя гумус — плодородный компонент почвы. Образование гумуса — это второй по величине биохимический процесс на Земле после фотосинтеза.
Почему краснеют листья? Красную, фиолетовую, малиновую окраску листьям придают антоцианы. У растений высокогорий они присутствуют в клетках листа в течение всей фазы роста как хлорофилл и каротиноиды. В этом случае они выполняют экранирующую функцию, защищая растение от избыточной солнечной радиации. В период низких температур антоцианы, наоборот, могут служить дополнительной ловушкой света, превращая его в тепло.
У растений долин антоцианы редко присутствуют постоянно и начинают синтезироваться, когда образование хлорофилла останавливается. Несмотря на широкий спектр функций антоцианов, причина активного синтеза этих пигментов в осенний период до конца не ясна.
Разнообразие окрасок листа обусловлено содержанием в нём пигментов, красящих веществ: хлорофиллов, каротиноидов и антоцианов. В хлоропластах клеток листа всегда присутствуют хотя бы две группы — зелёные хлорофиллы и жёлто-оранжевые каротиноиды (каротины и ксантофилы).
Хлорофилл — основной растительный пигмент. С его помощью происходит важный процесс — фотосинтез. В ходе фотосинтеза из неорганических углекислого газа и воды при участии света растение производит органические вещества: простые и сложные сахара, углеводы, нуклеиновые кислоты для собственного функционирования, и выделяет кислород — им дышат практически все организмы на земле. В тёплое и светлое время года хлорофилл синтезируется постоянно. Он маскирует остальные пигменты, поэтому весной и летом листья зелёные. С наступлением холода хлорофилл разрушается, а его синтез прекращается — так становятся заметны каротиноиды. Они распадаются медленнее и придают листу знакомый нам пылающий окрас жёлтых и оранжевых тонов.
А появление красных оттенков зависит от того, может ли растение синтезировать антоцианы. Они дают красную, розовую, синюю, фиолетовую окраску. Антоцианам обязаны своим цветом плоды вишни, черники, клубники; лепестки васильков и мака; молодая кора эвкалипта и ветви ивы и многое-многое другое. Антоцианы — единственные пигменты, которых, как правило, нет в листе постоянно, так как их синтез начинается после распада хлорофилла.
Одновременно с переменой окраски происходят изменения в месте прикрепления черешка листа к стеблю. Там образуется отделительный пробковый слой. У одних растений под действием ферментов пектиназ, синтезирующихся к этому времени в клетках отделительного слоя, растворяется межклеточное вещество, соединяющее клетки. У других, кроме пектиназ, синтезируется ещё и фермент целлюлаза. Он расщепляет целлюлозу клеточных оболочек, что приводит к растворению клеток. Связь между клетками быстро нарушается, и скоро лист остаётся висеть только благодаря сосудистым пучкам — их легко увидеть, отделив лист от ветки: на листовом рубце будут заметны 3–5 крупных точек. Теперь лист может упасть под действием капли воды, дуновения ветра, громкого крика или топота, впрочем, даже собственной тяжести.
Вот и началось. Теперь точно — осень. Растение к ней готово.
Зелёный Мир
Растения, жизнь, красота и здоровье.
Боковая колонка
Рубрики
Метки
Боковая колонка
Свежие записи
Популярные записи
Как зимуют растения
Где зимуют животные — известно. Одни в норах зимуют, другие засыпают в уютных берлогах, лежбищах. А как же растения? И нежной травке, и могучему дереву приходится готовиться к зиме задолго до ее наступления. Однолетние травы оставляют семена для продолжения рода. Многолетники с отмирающими надземными частями прячут глубоко в почву свои корневища, клубни и луковицы. Зимующие зелеными травы ждут первого снега, чтобы он накрыл их как одеялом до весны.
КОГДА РАСПУСКАЮТСЯ ПОЧКИ?
Некоторые растения продолжают развиваться и под снегом, выдвигая побеги и листья. Под толщей снега не страшны морозы и стужи. Интересно, что в лесу почва промерзает не всегда. Вот и получается, что зимой растения не только отдыхают, но и подготавливаются к весне.
Деревья с толстой корой относительно легко переносят зиму. Почки многих деревьев находятся высоко над землей, они защищены плотными чешуйками и стойко выдерживают низкие температуры. Наиболее слабо защищены молодые ветки, они могут подмерзать. В наиболее глубоком физиологическом покое пребывают молодые однолетние почки деревьев. До времени их не пробудят даже самые лучшие тепловые условия. Даже помещенные в помещение ветки не распускаются. А многолетние почки почти не впадают в покой и сразу могут тронуться в рост, как только попадают в теплые условия.
Устойчивость растений к низким температурам возможна благодаря внутриклеточным изменениям, и прежде всего их химическому составу.
Глубокий покой у деревьев и кустарников во второй половине зимы заканчивается. В это время почти любая живая ветка, помещенная в комнату, распускается.
ЗИМОВКА ХВОЙНЫХ
Почему не вымерзают даже в самые лютые морозы еловые и сосновые леса? Хотя длинные зимы суровы, но обильны влагой и снегом. Для корней ели и сосны как ватное одеяло — снег, который укутывает, только сверху влажную, лесную подстилку. Зеленая хвоя указывает на то, что и зимой эти деревья продолжают жить.
Хвоинки покрыты особой тончайшей пленкой жироподобного вещества, кутикулой, которая не пропускает воду. Именно такой защитный слой и предохраняет хвоинки от потери влаги. Кроме того, на поверхности хвоинки (как и у других растений) имеются устьица — отверстия, через которые растения летом поглощают углекислый газ и испаряют воду. В зимние время все «устьица» закрываются и «запечатываются» воскоподобным веществом. Именно такая «двойная» защиты помогает хвоинкам не гибнуть даже в самые лютые морозы.
Сильный мороз сушит воздух. Корни деревьев зимой слабо подают воду, не успевая снабжать крайние веточки, поэтому зимний ветер губителен для обнаженных ветвей и побегов.
ЗИМОВКА ДРУГИХ РАСТЕНИЙ
ОТДЕЛЬНО ПРО ЗЕМЛЯНИКУ
Жизнь и строение дремлющего под снегом кустика лесной земляники очень сложны. У земляничного куста все готово, чтобы перенести суровую зиму. Каждый его зеленый лист не живет не больше месяца, остатки засохших листочков создают хорошую обертку для молоденьких листиков и укрывают верхушечную цветочную почку. Как только сходит снег перезимовавшие зеленые листья начинают работать: они помогают кусту раньше других ягодников порадовать нас ярко-красной спелой душистой земляникой.
Выжившие. Как приспосабливаются растения зимой
Сообщества подушковидных растений на высоте 3000 м на горе Тейде
Низкие температуры – существенный фактор, определяющий распространение разных представителей флоры. Холод ограничивает продвижение видов на север и вверх в горы и отрицательно влияет на растения зимой: при значительном понижении температуры снижаются темпы роста и развития видов, что может привести к их гибели. В чем же секрет морозоустойчивости растений?
Тактика действий
Чтобы освоиться в условиях северных зим, в растениях заложены две основные тактики выживания: избегать охлаждения или адаптироваться к действию холода. Для этого они используют разные способы защиты от низких температур, которые связаны с динамикой биоритмов роста и развития с учетом сезонных изменений погоды и долготы дня
Мы не часто задумываемся над тем, что в наших лесах встречаются такие стойкие к сильным морозам растения, как:
Бузина красная (Sambucus racemosa)
Береза пушистая (Betula pubescens)
Ель обыкновенная (Picea abies)
Сосна обыкновенная (Pinus sylvestris)
Это неудивительно, так как комплекс процессов подготовки к зиме у них происходит на физиологическом уровне – незаметно для глаз, хотя отдельные признаки мы все же замечаем. Целый ряд важных приспособлений, позволяющих видам шагнуть на север, связан с динамикой биоритмов роста и развития с учетом сезонных изменений погоды и долготы дня.
Смотрите также:
Зимние проблемы деревьев
Сильные морозы (для определенных пород), а также резкая смена температур вызывают нарушение физиологических процессов у растений.
Следует различать свойства растений, характеризующие реакцию растений в холодных условиях:
Листопад
Это один из важных механизмов приспособления к холоду. С наступлением осени в основании черешка образуется специальный отделительный слой, и листья опадают. Как правило, к этому времени они уже не способны выполнять свою главную функцию – фотосинтез.
Листопад — один из важных механизмов приспособления к холоду
После разрушения главной фабрики фотосинтеза – хлорофилла – пластиды меняют свой цвет с зеленого на оранжевый, красный, желтый. Растения готовятся к зимнему покою, у них замедляются все физиологические процессы, даже дыхание переходит на экономный режим.
Листопад позволяет деревьям и кустарникам уменьшить испарение и сохранить влагу, которую невозможно добыть из холодной и тем более мерзлой почвы. Именно поэтому лиственные растения, способные сбрасывать листву, дальше продвигаются на север. Самые морозоустойчивые среди хвойных – листопадные лиственница сибирская (Larix sibirica) и лиственница Гмелина (Larix gmelinii). Эти растения составляют основу древостоев северной тайги, растут на вечной мерзлоте.
Одна из самых морозостойких хвойных пород – лиственница сибирская – сбрасывает свою хвою на зиму
У брусники и черники почки укрыты листовым опадом и мхом
Закаливание растений
Одновременно с погружением в состояние покоя идет еще один важный процесс – закаливание. Он происходит в растениях постепенно с наступлением холодов. Закаливание связано с подготовкой к воздействию отрицательных температур: клетки растения обогащаются сахарами и постепенно выводят лишнюю воду из своих протопластов (содержимого растительной клетки).
На высоте 2500 м в Альпах бодяк колючейший принимает розеточную форму роста
Делается это для того, чтобы предотвратить образование кристаллов льда, способных нанести необратимые повреждения клетке. Именно поэтому обезвоженные к зиме деревья так страдают от иссушающего действия мороза и ветра. Получается, что для деревьев страшен не только мороз сам по себе, но и угроза высохнуть на морозе.
Солнце также вызывает трудности у растения зимой: вынуждает его активнее жить, дышать и терять при этом влагу. Из-за этого появляются солнечные ожоги. Особенно чувствительны к таким процессам вечнозеленые и зимнезеленые виды. Чтобы пережить солнечную активность зимой им нужен снежный покров.
Смотрите также:
Уход за деревьями зимой
Уход за деревьями зимой так же важен, как и в остальные времена года: низкие температуры представляют высокую опасность для древесных растений.
Неравномерный нагрев ствола дерева с южной и северной стороны, а также внутри и снаружи, еще больше усугубляет действие мороза – в результате на стволе образуются вертикальные трещины. Морозоустойчивые деревья и кустарники часто имеют хорошо развитый защитный слой коры. Он служит изолятором, сглаживающим перепады температур в стволе.
Как растения защищают почки
Чувствительность органов растения зимой уменьшается неравномерно:
Вегетативные почки – основа для дальнейшего развития растения – уязвимы в морозный период. По стратегии их защиты растения делятся на несколько групп.
Как зимуют растения
К зиме готовятся все представители живой природы по-своему. Жизненные формы растений имеют отличия зимовки. Однолетние травянистые растения с наступлением холодов отмирают и оставляют семена, из которых произрастут новые побеги. В свою очередь многолетние травы прячут под землей луковицы, клубни или корни, а наземная часть отмирает. Некоторые виды остаются зелеными на поверхности земли, и зимой снежный покров их скрывает до наступления весны. У них могут развиваться стебли, и расти листья, сильные морозы им не страшны.
На зиму широколиственные деревья и кустарники сбрасывают листья и погружаются в состояние покоя, которое длится до середины, а иногда и до конца зимы. Те деревья, которые имеют толстую кору, хорошо переносят зиму. Почки древесных растений имеют защитные чешуйки и находятся на высоком уровне от земли, что позволяет им переносить даже низкие температуры. Опасность представляется лишь для молодых ветвей. В зимний период времени почки деревьев находятся в состоянии физиологического покоя. Они пробуждаются с наступлением тепла. Ученые объясняют стойкость различных видов флоры тем, что в зависимости от температурного режима у них происходят внутриклеточные изменения.
Зимовка хвойных деревьев
Что касается иных видов растений, то некоторые из них могут зимовать с зелеными листьями. Это брусника, вереск, зимолюбка, грушакнка и линнея северная. В результате не снег самый негативный фактор зимой, а морозы и недостаточная влага, но все растения имеют возможность нормально переносить холодное время года без проблем.
Как растения переносят зиму
Растения зимой
Совершенно безжизненными кажутся нам деревья зимой. А между тем и зимой, в самые трескучие морозы, жизнь не вполне покидает растения. Они в это время лишь отдыхают, накапливают силы, чтобы с наступлением весны сбросить зимние оковы. «То, что мы называем сном природы,— писал С.Покровский,— есть лишь особая форма жизни, полная глубокого смысла и значения». Такая форма жизни растительных организмов называется состоянием покоя.
В состоянии глубокого покоя в зимнее время года у деревьев и кустарников резко заторможен обмен веществ и прекращается видимый рост. Однако это не значит, что в нем полностью остановились все процессы жизнедеятельности. Некоторые из них идут и во время зимнего покоя. Например, крахмал превращается в сахара и жиры, сахара расходуются в ходе дыхания (правда, интенсивность его в 200—400 раз меньше, чем летом. Происходят в это время и процессы роста, только они никак не проявляются внешне. Состояние покоя — период особенно интенсивной деятельности так называемой образовательной ткани, или меристемы, из которой возникают новые клетки и ткани.
Как у вечнозеленых деревьев и кустарников зимой, так и у листопадных закладываются зачатки листьев в вегетативных почках и элементы цветков — в почках цветочных. Без этого предстоящий весной переход растительного организма к активной жизнедеятельности был бы попросту невозможен. Вот почему для большого числа растений, и прежде всего для всех многолетних форм, покой — обязательное условие нормального роста в период вегетации.
Способность погружаться в состояние покоя выработалась у растений в ходе эволюции — это важное приспособление к периодическому наступлению неблагоприятных внешних условий. Это лишний раз подтверждается тем фактом, что деревья и кустарники не только зимой перестают расти, но и летом. Например, в засуху некоторые из них сбрасывают листья и совершенно прекращают рост — точно так же, как и глубокой осенью.
Такой покой получил название вынужденного. В вынужденном покое лесные растения находятся и в самом конце зимы — в это время такое их состояние объясняется только неблагоприятными внешними условиями. Если в январе-феврале срезать в лесу березовую ветку, принести ее в комнату и поставить в воду, то листовые почки вскоре тронутся в рост и дадут побеги. Однако если такую же ветку срезать или принести в теплое помещение в октябре или ноябре, то она не распустится очень долго. В это время растение находится в состоянии так называемого глубокого покоя, которого не может нарушить даже наступление самых благоприятных для роста условий.
Глубокий покой — необходимая фаза развития растений, сменяющая период вегетации. Продолжительность периода покоя у разных деревьев и кустарников различна. Одни растения — бузина, жимолость, крушина, сирень, черная смородина — отличаются коротким периодом покоя; у них глубокий покой в естественных условиях заканчивается уже в октябре. Если выращивать их в оранжерее, то они ведут себя как вечнозеленые растения: почки, которые должны были дать побеги весной будущего года, распускаются уже в ноябре, задолго до того, как растение сбросит старые листья. Возможно, эти растения в прошлом и на самом деле были вечнозелеными.
В процессе эволюции, по мере похолодания климата, деревья приспособились к новым условиям и стали сбрасывать на зиму листья, но сохранили способность проходить период покоя при относительно высокой температуре.
Значительно дольше — до января — продолжается период покоя у березы бородавчатой, боярышника, тополя белого. А самый длительный — у липы мелколистной, клена татарского, ели сибирской, сосны обыкновенной. Зимующие почки липы, например, неспособны прорастать на протяжении почти полугода. У дуба, бука и ясеня почки находятся в покоящемся состоянии всю зиму, вплоть до конца апреля.
Для деревьев и кустарников сигнал к покою
В состояние глубокого покоя деревья и кустарники впадают очень рано — тогда, когда погода, казалось бы, еще позволяет им нормально расти. Например, в Европейской части России многие из них переходят еще в июле-августе. Сигналом к покою служит для них уменьшение длины светового дня. Изменение длины дня воспринимают листья, а в отсутствие их — почки. Когда дни становятся короче, в растениях изменяется соотношение между фитогормонами, стимулирующими и ингибирующими процессы роста. В листьях увеличивается содержание наиболее важного природного ингибитора роста — абсцизовой кислоты, которая тормозит синтез гидролитических ферментов (амилазы, протеиназы и других), необходимых для распускания почек, прорастания семян и других процессов вегетации растений. Из листьев абсцизовая кислота транспортируется в почки и «усыпляет» их.
Возможно, есть и другие ингибиторы, которые при переходе растений в состояние покоя выполняют ту же функцию. Одновременно в тканях растений уменьшается содержание естественных стимуляторов роста, например гиббереллинов.
Некоторые южные деревья и кустарники, если пытаться выращивать их в северных широтах, не приживаются здесь лишь по той причине, что в новых для себя условиях не улавливают вовремя сигнал к погружению в состояние покоя: ведь они привыкли к совсем иной длительности светового дня. Когда же они, наконец, разберутся, что зима на носу, то оказывается уже поздно: ткани, застигнутые морозами в состоянии активного роста, гибнут.
А зная факторы, от которых зависит вступление в состояние покоя, можно добиться, чтобы эти растения перезимовали и на севере. Для этого можно, например, каждый день, еще до наступления сумерек, закрывать их светонепроницаемыми чехлами. Укорачивая таким образом естественный световой день, мы заставим растение своевременно начать подготовку к зиме.
Многие читатели, вероятно, обращали внимание на то, что деревья и кустарники, растущие вблизи уличных фонарей, дольше других не сбрасывают осенью листву. Впервые это заметил в начале нынешнего столетия австрийский физиолог Г. Молиш. Он пытался объяснить это явление особенностями испарения воды листьями. На самом же деле поздний листопад у растений, освещенных фонарями, объясняется именно искусственным продлением светового дня.
На переход в состояние покоя оказывает влияние и температура
Для некоторых видов (преимущественно южного происхождения — ясеня, конского каштана, сирени, вишни) понижение ночных температур является главным сигналом к покою. В естественной обстановке понижение температуры обычно происходит как раз в то время, когда заметно укорачивается световой день.
Неудивительно, что жизненный ритм растений регулируется совместным действием этих двух факторов. Изменение освещенности, воспринимаемое растениями через посредство системы фитогормонов, служит первым стимулом к перестройке физиологических процессов, которая затем завершается под действием температурных сдвигов.
Низкие температуры просто необходимы некоторым деревьям и кустарникам во время покоя: лишь после значительного охлаждения (не менее чем до 0°С на протяжении 3—4 недель) они впоследствии могут нормально возобновить свой рост. Это было известно еще в глубокой древности, например, Плиний в своей «Естественной истории» писал:
Своевременно наступающие холода весьма способствуют укреплению деревьев, которые тогда превосходно развиваются, а в противном случае, если их ласкают австры (теплые южные ветры), истощаются, и особенно в пору цветения.
Это подтверждают и эксперименты. Например, если один и тот же куст черники осенью разделить на две части и одну выращивать всю зиму в теплице, а другую оставить в естественной обстановке, то та половина куста, которая провела зиму, в тепличных условиях, будет летом расти значительно хуже. По этой же причине грушевые и персиковые деревья, постоянно выращиваемые в обогреваемой оранжерее, часто погибают.
В тропиках, казалось бы, идеальном месте, где круглый год тепло, большинство листопадных растений умеренной зоны растет ничуть не лучше, чем у себя дома. И здесь дело опять-таки в том, что «тепличные» условия не позволяют им погрузиться в состояние покоя, необходимое, чтобы накопить силы для бурного развития в сравнительно короткий период вегетации.
Природные антифризы
Растениям, которые укрыты снегом, под его теплой шубой не так уж холодно. Но как противостоят морозам деревья и кустарники зимой, обнаженные ветви которых насквозь пронизывает холод? Почему не гибнут их почки и побеги? Устойчивость к низким температурам создается главным образом благодаря внутренним изменениям в клетках, и прежде всего изменениям их химического состава.
Роль антифриза — вещества, которое снижает температуру замерзания растворов, находящихся в клеточных вакуолях, играют сахара: они накапливаются в клеточном соке во время подготовки растения к зиме. Важную защитную функцию выполняют сахара и в цитоплазме: они предохраняют ее белки от коагуляции (свертывания) при понижении температуры. Чем больше сахаров накопили растения в своих клетках, тем лучше они подготовлены к действию низких температур.
Хорошо известно, что если у плодовых деревьев, например яблонь, плодоношение летом было особенно обильным, то зимой они оказываются менее морозоустойчивыми. В этом случае питательные вещества расходуются в основном на формирование плодов, а про запас сахаров откладывается мало. Неудивительно, что такие деревья легче вымерзают.
Падает морозостойкость весной, когда сахара начинают использоваться в процессах жизнедеятельности, превращаться в другие соединения. Поэтому так опасны весенние заморозки, хотя температура при этом далеко не достигает уровня зимних морозов, которые деревья и кустарники прекрасно перенесли. Но устойчивость к морозам объясняется не только накоплением сахаров тканях. Как показали исследования известного нашего физиолога растений, члена-корреспондента АН И. И. Туманова и его учеников, формирование морозоустойчивости — сложный, ступенчатый процесс.
Закаливание озимых злаков и плодовых деревьев начинается в осенние солнечные дни, когда еще довольно интенсивно идет фотосинтез, а процессы дыхания уже ослаблены. Благодаря этому в тканях и накапливаются сахара и другие защитные вещества, клетки становятся беднее водой. После этого цитоплазма готова к прохождению второй фазы& закаливания, которая проходит при регулярно повторяющихся слабых морозах (от —2 до —5°С). В это время изменяется ультраструктура цитоплазмы, перестраивается ферментный аппарат клеток, в результате чего они приобретают способность переносить значительное понижение температуры. Теперь растению холода не страшны.
Ростки под снегом
В феврале, когда нередки сильные морозы, можно, раскопав снег в широколиственном лесу, обнаружить пробившиеся сквозь опавшую листву бледно-желтые ростки со свернутыми листьями, а иногда и бутонами. Осенью этих ростков здесь не было. Дело в том, что в широколиственном лесу почва зимой не промерзает. Это объясняется наличием в ней большого количества перегноя и глубоким снежным покровом, создающими прекрасную теплоизоляцию. Благодаря этому температура почвы здесь всю зиму остается около 0°С. В такой почве остается незамерзшая влага, доступная для растений.
Что же касается питательных веществ, столь же необходимых для роста, то подснежное развитие растений происходит за счет готовых, отложенных ранее запасов. Например, у медуницы и ветреницы эти запасы находятся в корневищах, у пролески и гусиного лука — в луковицах, у чистяка — в клубнях. Интенсивное использование этих отложенных про запас питательных веществ в процессе дыхания способствует повышению температуры самого растения.
Часто вокруг него даже протаивает снег. Например, в феврале начинают расти под снегом побеги мать-и- мачехи, заложенные еще осенью. Если в это время откопать растение, то можно увидеть, что вокруг него в снежном покрове протаяла крошечная пещерка.
Еще трещат суровые морозы, а под снегом уже начинается весна.