Скачать (7,63 Кб)

Растения зимой

Кандидат биологических наук В. И. Артамонов
Химия и Жизнь №2, 1979, с. 36-39

Чародейкою зимою
Околдован, лес стоит -
И под снежной бахромою;
Неподвижною, немою.
Чудной жизнью он блестит.
И стоит он околдован, -
Не мертвец и не живой,-
Сном волшебным очарован.
Весь окутан, весь окован
Легкой цепью пуховой...
Ф. И. ТЮТЧЕВ

Совершенно безжизненными кажутся нам растения в зимнем лесу. А между тем и зимой, в самые трескучие морозы, жизнь не вполне покидает деревья и кустарники. Растения 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.

"НЕ МЕРТВЕЦ И НЕ ЖИВОЙ..."

В состоянии глубокого покоя у растения 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 зимой в 200-400 раз меньше, чем летом.

Происходят в это время и процессы роста, только они никак не проявляются внешне. Состояние зимнего покоя - период особенно интенсивной деятельности так называемой образовательной ткани, или меристемы, из которой возникают новые клетки и ткани. Как у вечнозеленых, так и у листопадных растений в это время 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 растения иногда перестают расти не только зимой, 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 деревья и кустарники 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 растения, 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, они 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 период покоя - 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 вплоть до конца апреля.

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 СССР многие из них переходят в состояние покоя еще в июле-августе.

Сигналом к покою служит для них уменьшение длины светового дня. Изменение длины дня воспринимают у растений листая, 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 растения, 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 растений, 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, 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 растений 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 растениям 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.- В. А.], 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 зимой укрыты снегом, под его теплой шубой - не так уж холодно. Но как противостоят морозам деревья и кустарники, обнаженные ветви которых насквозь пронизывает холод? Почему не гибнут их почки и побеги?

Устойчивость растений 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, находящиеся 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.

Плохо переносят морозы и те растения, которые осенью интенсивно росли - например, вследствие длительной теплой погоды или в результате обильной подкормки азотом. Причина здесь та же: растения плохо подготовлены к зиме, их питательные вещества использовались на рост вегетативных органов (стеблей, листьев), а не откладывались в виде запасных углеводов.

Падает морозостойкость растений и весной, когда сахара начинают использоваться в процессах жизнедеятельности, превращаться в другие соединения. Поэтому так опасны для растений весенние заморозки, хотя температура при этом далеко не достигает уровня зимних морозов, которые растения прекрасно перенесли.

Но устойчивость растений к морозам объясняется не только накоплением Сахаров в их тканях. Как показали исследования известного нашего физиолога растений, члена-корреспондента АН СССР 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 еще 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...