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在抗冻前植物需要做哪些准备

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在抗冻前植物需要做哪些准备

在抗冻前植物需要做哪些准备

秋天气温低于15℃时,植物启动了过冬的准备,那就是不让晶核出现和降低冰点浓度。

许多年来,农业生产中为了防止植物霜冻伤害,常采用放烟雾方法让冰晶结在空气中而不结在叶子表面,十分有效。科学家发现,植物表面普遍存在一种细菌,可以成为晶核,于是在20 世纪60 年代培养出一个新型变种,这个变种不会形成冰核,从而阻碍它们被当作晶核,在农业生产中大获成功。

有些植物有自己的办法,能在它们的叶面分泌一种被称为抗冻蛋白的奇妙蛋白质。这种蛋白质首先在极地海洋鱼类的血液中被发现,它不仅让水的冰点下降,还可以让水分子在它们的周围有序地排列起来,只形成二维而不是三维的冰晶。科学家猜测,这也许就是极地海洋鱼类的血液冻不起来的原因。后来,在燕麦的叶面上和植株体内也发现了有类似结构的分子蛋白,据猜测它们能阻止叶面的冰晶通过气孔扩展到叶片组织内。

有些植物为了降低细胞内外的溶液冰点,在液泡里积累较多的钾离子、钙离子、抗氧化物质、糖分、淀粉、亲水的氨基酸、亲水的蛋白质等。细胞还向细胞壁分泌很多物质,调节细胞壁中溶液状况。例如著名的加拿大枫糖,就是在秋天积累大量淀粉在树皮中防冻,到春天转化成的蔗糖。

秋天,植物也在细胞质膜和所有生物膜中增加不饱和脂肪酸的组成,改善它们的弹性和流动性,有利于经受昼夜冻融引起的质壁分离的折腾,尽管这些准备让植物付出减缓生长繁殖速度的代价。有时秋天气温冷热反复无常,在植物还未做好准备时降温冰冻突然来临,植物就会受到空前的严重伤害。

冰晶是水汽在冰核上凝华增长而形成的固态水成物,细胞外小冰晶能不能变大要看细胞壁是否可被压缩。草本植物细胞壁里纤维素多,木质素少,小冰晶很容易合并成大冰块,所以它们的抗冻能力较差。一般的北方树木,冰晶会在树皮和树芯之间合并成冰块,冰块过大可能将树皮冻裂。在西伯利亚有些树木,有特别多木质素的坚硬细胞壁,它们干脆不给小冰晶合起来冻裂树皮的机会,因此能在-60° 至-50℃下生存。

此外,能在植物组织里找到冰块的地方是休眠花芽外的基部。在苹果、梨和桃树的整个休眠花芽内部的水分有耐寒的本领,在-20℃,甚至-40℃也不会形成冰晶,这被称为器官过冷现象。在严冬,树干冻裂,果树上的休眠花芽却避免了结冰的伤害,确保了来年春天树木开花结果。

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