植物耐寒之謎

當(dāng)嚴(yán)寒到來(lái)，許多動(dòng)物都加厚了它們的“皮袍子”，深居簡(jiǎn)出，或者干脆鉆到溫暖的地下深處去睡覺(jué)。不少植物卻依舊精神抖擻地屹然不動(dòng)，若無(wú)其事地伸出它們那綠油油的葉子，好像并沒(méi)有感覺(jué)到嚴(yán)寒的來(lái)臨。

難道植物當(dāng)真麻木不仁，對(duì)寒冷完全無(wú)動(dòng)于衷嗎？不！過(guò)度的寒冷一樣可以將植物凍死。比如，當(dāng)植物細(xì)胞中的水分一旦結(jié)成冰晶后，植物的許多生理活動(dòng)就會(huì)無(wú)法進(jìn)行。更要命的是，冰晶會(huì)將細(xì)胞壁脹破，使植物招致殺身之禍。經(jīng)過(guò)霜凍的青菜、蘿卜吃起來(lái)不是又甜又軟嗎？甜是因?yàn)樗鼈儗⒁徊糠值矸坜D(zhuǎn)化成了糖，而甜就是細(xì)胞組織已被破壞的緣故。

不過(guò)，要使植物體內(nèi)的水分結(jié)凍，并不太容易。比如嬌嫩的白菜，要在零下15度才會(huì)結(jié)冰，蘿卜等可以經(jīng)受零下20度而不結(jié)冰，許多常綠樹(shù)木，甚至在零下四五十度依然不會(huì)結(jié)冰，秘密何在呢？

如果說(shuō)粗大的樹(shù)木可以用寒氣不易侵入來(lái)解釋?zhuān)敲醇?xì)小的樹(shù)枝和樹(shù)葉、嬌嫩的蔬菜何以也不易結(jié)冰呢？白菜、蘿卜、番薯等遇上寒冷時(shí)，會(huì)將貯存的部分淀粉轉(zhuǎn)化為糖分，植物體內(nèi)的水中溶有糖后，水就不易結(jié)冰，這也確是事實(shí)。

但如果我們仔細(xì)一算，就知道這并不是植物耐寒的主要理由。要知道，1000克水中溶解180克葡萄糖后，水的結(jié)冰溫度才會(huì)下降1.86度，即使這些糖溶液濃到像糖漿一樣，也只能使結(jié)冰的溫度下降7度至8度。可見(jiàn)這其中一定另有緣故。

原來(lái)植物體內(nèi)的水分有兩種，一種為普通水，還有一種叫結(jié)合水。所謂結(jié)合水，按它的化學(xué)組成而言和普通水并無(wú)兩樣，只是普通水的分子排列比較凌亂，可以到處流動(dòng)，而結(jié)合水的分子以十分整齊的隊(duì)形排列在植物組織周?chē)?，和植物組織親密地結(jié)合在一起，不肯輕易分開(kāi)，因此被叫作結(jié)合水。冬天，植物體內(nèi)的普通水減少了，結(jié)合水所占的比例就相對(duì)增加。由于結(jié)合水要在比零度低得多的溫度才結(jié)冰，植物當(dāng)然也就比較耐寒了。

植物的抗凍能力

各式各樣的植物抗凍力不同，就是同一棵植物，冬天和夏天的抗凍力也不一樣。北方的梨樹(shù)，在零下20度至零下30度的溫度下能平安越冬，可是在春天卻抵擋不住微寒的襲擊。松樹(shù)的針葉，冬天能耐零下30度的嚴(yán)寒，在夏天如果人為地降溫到零下8度就會(huì)被凍死。

究竟是什么原因使冬天的樹(shù)木變得特別抗凍呢？最早國(guó)外一些學(xué)者說(shuō)，這可能與溫血?jiǎng)游镆粯樱瑯?shù)木本身也會(huì)產(chǎn)生熱量，它由導(dǎo)熱系數(shù)低的樹(shù)皮組織加以保護(hù)的緣故。以后，另一些科學(xué)家說(shuō)，主要是冬天樹(shù)木組織含水量少，所以在冰點(diǎn)以下也不易引起細(xì)胞結(jié)冰而死亡。

但是，這些解釋都難以令人滿意。因?yàn)楝F(xiàn)在人們已清楚地知道，樹(shù)木本身是不會(huì)產(chǎn)生熱量的，而在冰點(diǎn)以下的樹(shù)木組織也并非不能凍結(jié)。在北方，柳樹(shù)的枝條、松樹(shù)的針葉，冬天不是凍得像玻璃那樣發(fā)脆嗎？然而，它們都依然活著。

能抗凍的秘密

樹(shù)木抗凍的本領(lǐng)很早就已經(jīng)鍛煉出來(lái)了。它們?yōu)榱诉m應(yīng)周?chē)h(huán)境的變化，每年都用沉睡的妙法來(lái)對(duì)付冬季的嚴(yán)寒。

我們知道，樹(shù)木生長(zhǎng)要消耗養(yǎng)分，春夏季節(jié)樹(shù)木生長(zhǎng)快，養(yǎng)分消耗多于積累，因此抗凍力也弱。

但是，到了秋天情形就不同了，這時(shí)候白晝溫度高，日照強(qiáng)，葉子的光合作用旺盛；而夜間氣溫低，樹(shù)木生長(zhǎng)緩慢，養(yǎng)分消耗少積累多，于是樹(shù)木越長(zhǎng)越胖，嫩枝變成了木質(zhì)……樹(shù)木逐漸地也就有了抵御寒冷的能力。

別看冬天的樹(shù)木表面上呈現(xiàn)靜止的狀態(tài)，其實(shí)它的內(nèi)部變化卻很大。秋天積貯下來(lái)的淀粉，這時(shí)候轉(zhuǎn)變?yōu)樘牵械纳踔赁D(zhuǎn)變?yōu)橹?，這些都是防寒物質(zhì)，能保護(hù)細(xì)胞不易被凍死。平時(shí)一個(gè)個(gè)彼此相連的細(xì)胞，這時(shí)細(xì)胞的連接絲都斷了，而且細(xì)胞壁和原生質(zhì)也離開(kāi)了，好像各管各一樣。

這些肉眼看不見(jiàn)的微小變化，對(duì)植物的抗凍力方面竟然起著巨大的作用。當(dāng)組織結(jié)冰時(shí)，它就能避免細(xì)胞中最重要的部分——原生質(zhì)不受細(xì)胞間結(jié)冰而招致?lián)p傷的危險(xiǎn)。

可見(jiàn)，樹(shù)木的沉睡和越冬是密切相關(guān)的。冬天，樹(shù)木睡得越深，就越忍得住低溫，反之，像終年生長(zhǎng)而不休眠的檸檬樹(shù)，抗凍力就弱，即使像上海那樣的氣候，它也不能露天過(guò)冬。

小知識(shí)大視野

世界上最耐寒的植物：地衣是地球上最耐寒的植物，能在高山帶、凍土帶和南、北極地區(qū)等其他植物不能生存的地方生存，而且能夠生長(zhǎng)、發(fā)育、繁殖得很好，常常形成一望無(wú)際的廣袤地衣群落。即使在零下198度，南極地衣仍能自在生存，有一塊在大英博物館陳列了15年的地衣標(biāo)本偶然沾上水分，居然又重吐綠片。