Наука - людям

Деревья зимой

Совершенно безжизненными кажутся нам растения зимой. 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. С приходом осени все деревья, кроме хвойных, сбрасывают листья. Природа предусмотрела это неспроста, ведь все живое должно иметь свой период покоя. Сбрасывая листву, деревья защищают себя от вымерзания, что очень важно. Как вы заметили, ели, сосны и многие другие вечнозеленые растения этого семейства, круглый год радуют глаз зелеными иголками. У этих растений сокодвижение устроено немного по-другому. Колючие иголки - это те же листья видоизмененной формы. Именно благодаря такому строению они не замерзают круглый год. Наоборот, снег или тонкий слой льда помогает дереву пережить суровые морозы.

В состоянии глубокого покоя у деревьев и кустарников зимой 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.

Способность погружаться в состояние покоя выработалась у растений в ходе эволюции - это важное приспособление к периодическому наступлению неблагоприятных внешних условий. В состояние глубокого покоя деревья и кустарники впадают очень рано — тогда, когда погода, казалось бы, еще позволяет им нормально расти. Сигналом к покою служит для них уменьшение длины светового дня. Изменение длины дня воспринимают листья, а в отсутствие их - почки растения. 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. На переход растений в состояние покоя оказывает влияние и температура. В естественной обстановке понижение температуры обычно происходит как раз в то время, когда заметно укорачивается световой день.

Растениям, которые зимой 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 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, 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. Плохо переносят морозы и те растения зимой, которые осенью интенсивно росли - например, вследствие длительной теплой погоды или в результате обильной подкормки азотом. Причина здесь та же: растения к зиме плохо подготовлены, 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 деревья и кустарники 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 И. И. Туманова и его учеников, формирование морозоустойчивости - сложный, ступенчатый процесс. Свойство морозоустойчивости формируется в процессе онтогенеза растения под влиянием определенных условий среды в соответствии с генотипом растения, связано с резким снижением темпов роста, переходом растения в состояние покоя. Повышение морозоустойчивости растений тесно связано с закаливанием - постепенной подготовкой растений к воздействию низких зимних температур. Закаливание - это обратимая физиологическая устойчивость к неблагоприятным воздействиям среды.

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».
Состояние зимнего 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.

Литература:

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

Материал подготовлен м.н.с. ФГБУ «Государственный заповедник «Ханкайский»
ботаником Мазурок Н.Н..
Фотографии любезно предоставлены участниками кластера «Птицы Спасска»
Лизуновой И.В., Кузнецовой В.А..