植物抵御严寒的奥秘

严冬到了，候鸟已经迁往温暖的南方，狗熊则爬进树洞中凭着一身肥膘冬眠了，而没有活动能力的植物又是如何对付寒冷的侵袭的呢？实验表明，温血动物的细胞受冻后可引起坏死，植物细胞内部结冰后也会造成机体的死亡。这是因为结冰会引起植物细胞内部组织的损害。为了避免发生细胞内结冰，植物细胞能在严寒到来之前排出自身多余的水分（植物细胞有80％是由水分构成的）。这样，严寒到来时只会使细胞间液结冰，不会造成机体死亡的严重后果。植物能够耐受高寒的秘密在于它细胞的水分可以发生深度的过冷却，使其抗寒性达到-41℃，这也正是净水晶化的温度，一般的水在0℃左右便开始结冰了，这是因为其中含有各种微粒和细菌，而这些微粒和细菌可以充当其晶化的核心。但植物细胞内的水分是非常纯净的，完全可以达到-41℃才结晶的程度。在过冷却状态下樱桃的花蕾细胞可以存活，另外杏、桃等开花植物也不会冻死，就是越冬的禾木科作物也可以做到这一点。大自然中的植物在越冬之前，要经过三个准备阶段。第一阶段是从初秋开始的，随着白日的逐渐缩短，植物开始停止生长。实验表明，这一阶段是由植物激素来控制的。所谓植物激素是植物自身产生的调节物质，它以低浓度来调节植物的生理过程。
     植物激素一般可分两类，一类是生长激素，另一类是抑制激素。夏季白日时间长，植物细胞中的生长激素占优势，所以植物处于生长状态。随着秋天的到来，白日变短，生长激素减少，抑制激素增加，于是植物进入停止生长的休眠状态。第二阶段是在秋末气温降到 0℃左右时进行的。在这种气候条件下植物开始积聚大量的糖，而糖可以提高植物的抗寒性。同时植物还合成了特殊的蛋白，这种蛋白可以防止细胞因受冻而引起的机械变形。此外，0℃的气温还可以引起细胞内脂类的硬结，从而防止细胞与细胞之间的物质交换，以绝对保证内部细胞不受损害。第三阶段是冬天到来之后气温达到-5℃到-10℃时，适度的寒冷不但不会对越冬植物产生危害，相反可以提高其抗寒性能。因为实验表明，植物细胞间液如果是在气温逐渐下降的条件下（这也正是大自然中的条件），而不是温度急剧降低时，不仅能使细胞耐受更低的气温，而且可以防止细胞的明显脱水和机械变形。科学家掌握了植物越冬准备三个阶段的奥秘以后，采用强化处理的方法，提高了越冬作物（如冬小表）的耐寒力。这不仅可以大量提高寒带作物的产量，还有助于把温带乃至热带的作物引种到北方的寒冷地区。值得一提的是，植物耐受寒冷的能力也是有限度的，如冬小麦的临界值是-20到-23℃，苹果的临界值为-40到-42℃，在超过这一限度的寒冷地区，该植物则无法生存。