Как зимует растение

Растения и животные

Как зимует растение

Сделаем такой опыт. Возьмем летом ветку ели или сосны и начнем ее замораживать в хо­лодильной камере. Даже при самом небольшом охлаждении (-3 или -4°) ветка погибнет. Но повторим этот опыт зимой, и мы увидим, что те же растения легко перенесут мороз в -40 или даже -50°. Чем же вызвана столь различная чувствительность растения к холоду летом и зимой?

Осенью, когда температура воздуха посте­пенно падает, а продолжительность дня умень­шается, происходит сложный процесс при­способления (закаливания) растения к суровой зиме. В процессе закаливания еще осенью при температуре до +4° в клетках растения накап­ливаются сахара и другие вещества (крахмал, жиры, белки), растение подготавливает себе запасы питательных веществ, которые оно мед­ленно будет тратить в течение зимы. Затем при понижении температуры примерно до -4 или -5° происходят изменения в протоплазме клеток, при которых растение теряет много воды. В процессе закаливания растение ста­новится крайне устойчивым к действию низких отрицательных температур. Почему же все-таки происходит повреждение и гибель расте­ний от мороза?

Еще более сорока лет назад акад. Н. А. Максимов открыл, что лед, образующийся на морозе в межклеточных пространствах расти­тельных тканей, давит на потерявшую часть своей воды протоплазму и повреждает ее. Казалось бы, что протоплазма клеток растений должна из-за этого разрушаться, а само расте­ние — погибнуть. Но деревья, прошедшие про­цесс закаливания, выносят самые лютые моро­зы, и только некоторые из них погибают.

Клетки растительных тканей связаны друг с другом особыми тяжами протоплазмы — плазмодесмам и, которые проходят сквозь поры из одной клетки в другую. В на­стоящее время выяснено, что при осеннем зака­ливании растений плазмодесмы втягиваются внутрь клетки. В некоторых случаях прото­плазма даже отстает от клеточной оболочки. На поверхности обособившейся протоплазмы скапливаются жировые вещества, которые пре­дохраняют протоплазму как от насыщения водой, так и от излишней потери воды.

Благодаря обособлению протоплазмы кри­сталлы льда, которые возникают зимой в меж­клеточных пространствах растительной ткани, не причиняют вреда растению. Ведь чтобы раз­рушить протоплазму, кристаллы льда должны были бы образоваться внутри нее. Но это может произойти только при очень большом морозе, при температуре намного ниже обычной зимней, к которой местные растения приспособились. Наличие процесса обособления протоплазмы характеризует переход растения в состояние покоя. В покоящемся состоянии рост расте­ния приостанавливается, но физиологические процессы полностью не прекращаются, они становятся только очень замедленными. Так установлено, что в зимнее время дыхание у древесных и кустарниковых пород составляет всего лишь¹/₂₀₀—¹/₄₀₀ летнего дыхания. Большое значение для перезимовки растения имеют запасенные на зиму вещества. Зимой у древес­ных пород крахмал переходит в сахар, в част­ности образуется тростниковый сахар (саха­роза) и более простые сахара, например глю­коза. Образуется много жиров. Отмечено, что самые устойчивые к морозу древесные породы образуют в протоплазме своих клеток много жировых веществ.

К весне же в растениях вновь появляется крахмал, а количество жиров и Сахаров не­сколько снижается.

Мы уже отмечали вредную роль образую­щихся зимой в растении кристаллов льда. Можно ли, однако, добиться того, чтобы кристаллы льда вообще не образовывались в растении? Оказывается, что в лабораторных условиях можно сделать растение совершенно нечувствительным к замораживанию. Такое растение может выносить без повреждения тем­пературу жидкого азота -195°.

Если заморозить растение очень быстро при температуре -150, -200°, в протоплаз­ме образуется не кристаллический, а аморфный лед. Такое состояние протоплазмы называется стекловидным состоянием. Стекловидным оно называется потому, что обыкновенное стекло представляет собой твердое, но некристалли­ческое, аморфное тело.

До недавнего времени процесс остекления протоплазмы мог быть вызван только у организ­мов, содержащих сравнительно мало воды, у некоторых мхов, у чешуи обыкновенного лука и у отдельных клеток животного орга­низма.

Но вот опытами, проведенными в Институте физиологии растений им. К. А. Тимирязева Академии наук СССР, было установлено, что растение, прошедшее процесс закаливания и ступенчатое снижение температуры последо­вательно с -5°, потом -10° и так до -60°, затем уже безболезненно переносит дальней­шее понижение температуры. Ветки смородины при таком опыте легко выносили понижение температуры до -195° и после быстрого оттаи­вания оставались живыми.

Таким образом, исследователь может, пока что в лабораторных условиях, почти безгра­нично повышать морозоустойчивость расте­ний. Несомненно, дальнейшее изучение этого явления поможет повысить морозоустойчи­вость растений и на полях наших совхозов и колхозов.

При очень суровых зимах наше сельское хозяйство несет большие потери от гибели и повреждения озимых зерновых культур и плодовых насаждений. Так, например, зимой 1939/40 г. и 1940/41 г., когда морозы в сред­ней полосе нашей страны достигали -50° и ниже, почти полностью вымерзли и были по­вреждены плодовые насаждения на значитель­ных площадях.

Можно ли бороться с зимними повреждения­ми растений и в какой-то мере предупреждать вымерзание растений? Да, несомненно. Наши ученые создавали и создают морозоустойчивые сорта плодовых и озимых культур. Большое значение имеют также агротехнические меро­приятия: своевременная обрезка деревьев, обработка почвы, внесение удобрений, а также осен­ние поливы плодовых садов.

Порой растения гибнут от возврата холодов весной, когда они уже вышли из состояния покоя и легко повреждаются небольшими моро­зами. В этом случае применяют дымление садов. Дым, окутав растение, предохраняет его от ночного холода. Для ценных цитрусовых куль­тур (мандарины, лимоны, апельсины) на нашем Черноморском побережье применяют отепление воздуха особыми грелками. Виноградники на юге прикапывают землей, а деревья лимонов укрывают на зиму марлевыми покрышками, которые предохраняют растение от резких колебаний температуры и препятствуют выходу растений из состояния покоя. Для этой же цели на Дальнем Востоке производят побелку стволов деревьев известью. Здесь зимой очень много солнечных дней, и, нагреваясь с южной стороны, стволы начинают выходить из состоя­ния покоя. Поэтому нередко растения легко гибнут уже при небольших морозах.

Однако зимой растения гибнут не только от мороза, но и от других неблагоприятных условий. Так, озимые культуры часто повре­ждаются и даже гибнут от выпревания. Если снег падает на не замерзшую почву или обра­зует слишком густой покров, то растения не вступают в состояние покоя, интенсивно дышат, тратят запасы питательных веществ и погибают к весне от истощения.

Особенно вредно влияет на озимые растения ледяная корка. Кристаллическая ледяная корка ускоряет гибель растений. В Западной Сибири и в некоторых других районах озимые культуры страдают от выпирания: образовавшийся на некоторой глубине в почве лед вспучивает ее и при этом разрывает корневую систему расте­ния. В некоторых случаях происходит гибель от вымокания, когда под снегом застаивается вода. Хорошая обработка почвы и прокладка борозд, отводящих воду с осени, способствуют сохранению растений.

Малина и некоторые плодовые культуры иногда повреждаются от зимней засухи. Испа­рение зимой у них происходит довольно сильно, а ее подача корнями очень замедлена.

Растения южного происхождения (огурцы, томаты, хлопчатник, дыни и др.) повреждаются не только низкими отрицательными температу­рами, но и низкими положительными. Растения огурца при температуре +3° начинают поги­бать через три-четыре дня от нарушения обмена веществ. Под влиянием низкой температуры нарушаются физиолого-биохимические процессы, в частности процесс дыхания.

Для повышения устойчивости южных расте­ний к холоду производят предпосевное закали­вание их семян действием переменной темпера­туры в течение нескольких дней. Сначала их подвергают действию температуры +12°, по­том + 3° или в некоторых случаях -1°.

Закаленные переменными температурами ра­стения становятся более холодостойкими, лучше переносят низкие положительные тем­пературы и даже небольшие заморозки, по­вышают урожайность.

Так человек учится повышать морозоустой­чивость и холодоустойчивость растения, для того чтобы увеличивать урожаи сельскохозяй­ственных культур.