Зачем растениям нужна зима?
В конце зимы, длящейся у нас пять — шесть месяцев, она настолько уже нам надоедает, что порой кажется — как было бы хорошо, если б зимы не было совсем! Вот только мы-то все же большую часть времени проводим в теплых помещениях. А лесные растения всю зиму подвергаются воздействию довольно суровых природных условий! Как они себя чувствуют? Как переживают долгую холодную зиму? И нужна ли она им?
Деревья зимой
Зима для лесных растений — время достаточно трудное. Зимний лес замер, оцепенел.
Никаких заметных признаков роста не наблюдается в это время года. Особенно трудно приходится зимой деревьям и кустарникам. Ведь у них почти вся надземная часть не укрыта снегом и ничем не защищена. И не морозы — главная опасность для древесных растений! Хотя при особо суровых морозах промерзшие насквозь стволы могут даже трескаться. Нет, главная опасность — это высыхание. Ведь движения воды по сосудам в это время года нет. И если растение будет терять воду, оно просто-напросто засохнет!
Но от этой опасности лесные обитатели прекрасно защищены. Лиственные деревья еще осенью сбросили свои листья, через которые они испаряют воду. Так же поступила со своими иголками лиственница — листопадное хвойное дерево наших лесов. А иголки других хвойных — елей, сосен, можжевельника — покрыты тонким слоем пленки-кутикулы, прекрасно защищающей от высыхания. Ведь состоит она из кутина — вещества не пропускающего воду. По поверхности хвоинки разбросаны устьица — очень своеобразные клапаны, через которые происходит газообмен с атмосферой. Но почти всю зиму устьица плотно закрыты. Правда, по некоторым сведениям, во время оттепелей устьица в хвое ели открываются, она поглощает из воздуха углекислый газ. В хвоинках в это время происходит фотосинтез! Соответственно, часть водяного пара при этом теряется. Но такие периоды не очень продолжительны. Кутикулой укрыты и листья вечнозеленых кустарничков — вереска, брусники.
От высыхания хорошо защищены также ветки и стволы деревьев и кустарников. Они тоже укрыты особым слоем, но уже по-другому устроенным. Это пробка. Состоит пробковая ткань из слоев омертвевших клеток, в которых нет живого содержимого. Клетки эти плотно прилегают друг к другу и соединены не пропускающим воду веществом суберином. Чем старше побег, тем более толстым слоем пробковой ткани он укрыт. Кроме того, на стволах и крупных ветвях нарастает еще один сложно устроенный слой — корка, также защищающая дерево от неблагоприятного воздействия среды. И почки древесных растений тоже прекрасно защищены от высыхания. Почечные чешуи, укрывающие как листовые, так и цветочные почки, плотно прилегают друг к другу, не допуская испарения воды.
Другая серьезная опасность для деревьев зимой — налипание мокрого снега на ветви. Под его тяжестью ветки и даже стволы деревьев и кустарников могут быть согнуты к земле и даже сломаны. Из наших деревьев легче всего переносит снежные зимы ель. Ее ветви — еловые лапы — наклонены к земле. И много снега на них просто не удерживается. Наклоняясь под его тяжестью, еловая\ ветка просто стряхивает с себя груз!
Как не покажется странным (на первый взгляд!), но именно происходящее сейчас потепление климата несет для деревьев опасность большую, чем морозы! Я говорю о становящимся
обыденным явлением ледяных дождях. Что такое ледяной дождь? Когда на высоте двух — трех километров температура воздуха положительна, в облаках образуются дождевые капли. Если же у поверхности земли температура низкая, то они в полете к земле успевают застыть. Но застыть не полностью — в центре такой градинки немного не замерзшей воды. Падая на твердую поверхность, льдинка разбивается, вода из нее вытекает и тут же замерзает. Образуется ледяная корка, достигающая иногда значительной толщины. И под ее тяжестью ломаются ветки, сучья, сгибаются в дугу молодые деревья и кустарники. И далеко не все из них выпрямятся весной. Не все даже выживут!
А морозы… Для большинства деревьев они не опасны. Те могут пострадать лишь в особо сильные холода. Да и касается это прежде всего тех, кто переселен человеком севернее мест обычного своего проживания — яблонь, груш, дубов, ясеней, кленов, орешника. Но тут уж именно люди и должны заботиться о своих питомцах! Как написал в свое время Антуан де Сент-Экзюпери:
«Мы в ответе за тех, кого приручили!»
Кустарнички, травы зимой
Другие растения страдают от неблагоприятных зимних условий меньше. Кустарнички — брусника, черника, толокнянка, вереск — благодаря низкому росту большую часть времени укрыты снегом. Листья брусники и вереска, так же, как иголки хвойных, покрыты пленкой-кутикулой. А черника свои листья сбрасывает осенью. Поверхность же их стеблей защищена пробковым слоем.
Снежный покров надежно укрывает и травянистые растения. Интересно, что однолетников среди них очень немного, большинство — многолетние растения. Почва в лесу промерзает меньше, чем на открытых местах, и это позволяет травам зимовать в более комфортных условиях. Некоторые из лесных травянистых растений даже сохраняют под снегом зеленые листья! Это копытень, грушанка. А их почки находятся у самой земли. У других лесных трав надземная часть отмирает, зимуют же только подземные органы растения — корневища, луковицы, клубни. В них хранится запас питательных веществ, на них сохраняются почки. И от мороза и высыхания такие растения укрыты не только снегом, но также лесной подстилкой и почвой.
Весной, с таянием снега и приходом тепла, почки быстро трогаются в рост. Некоторые из лесных трав — хохлатка, гусиный лук, пролеска — очень быстро цветут, дают семена. И к лету от их надземной части не остается и следа! До следующей весны. Другие — ландыш, медуница, майник — тоже цветут рано. Но их надземные органы отмирают лишь осенью.
Без зимы растения не могут!
Наши лесные обитатели хорошо подготовлены к достаточно суровым условиям. Зима им не страшна. И не только не страшна. Многие из них (не все, конечно) без зимнего покоя и охлаждения не способны нормально жить и развиваться! Почему, например, плоды липы не прорастут, если собрать их осенью и посеять в комнате? То же самое произойдет с семенами лиственницы, клена. Оказывается, для их нормального развития необходимо продолжительное охлаждение во влажном состоянии. Только пережив его, семена прорастают. Разлетевшиеся зимой по лесу, плодики липы прорастут даже не следующей весной, а еще через год. Такое продолжительное охлаждение семян для их успешного прорастания необходимо многим растениям (не только лесным). Процесс этот называют стратификацией. Его успешно применяют лесоводы и садоводы.
Да и почкам деревьев и кустарников, и почкам зимующих под почвой и снегом трав период покоя тоже необходим. Поэтому при всем желании вам не удастся получить «подснежники» к Новому году! Зато к 8 марта — пожалуйста! Выкопайте осенью луковицы пролески сибирской, но сохраните их не дома, например, закопайте в банке с почвой на огороде. За неделю до праздника доставайте заветную баночку, и дома, в тепле очень быстро получите живой букетик! В конце зимы, подготовившись к весне, почки распускаются стремительно.
Так что для лесных растений зима не только не страшна. Многим из них она просто необходима! А для нас с вами? Может быть, уроженцы севера, будучи по каким-то причинам «пересажены» в иные, пусть даже тепличные условия, тоже теряют способность к нормальному развитию?
Не об «олигархах» речь, пусть их…
Источник
Почему растения растут 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.
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.
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.
Источник
