植物越冬的奥秘

在寒冷的冬天，总有一些植物不畏惧冰雪和寒风，一如夏季时，生长得郁郁葱葱、高大挺拔。难道它们有什么能够抵御严寒的秘密武器?

众所周知，植物的生存和生长需要一定的环境条件，温度便是一个主要因素。一般说来，20℃～30℃时，植物最易生长存活；而低温(10℃以下)不仅限制植物的生长，严重时还会导致植物死亡。例如，我们常常看到晚秋和早春的霜冻给农作物带来很大的危害，直接影。向它们的生长发育。然而，为什么有些植物即便是在寒冬里，也能好好生长呢?它们究竟是凭借什么方式顺利通过严酷的自然环境的考验?

科学家们通过长期的研究认识到：原来，这些越冬植物在进入寒冬之前，已经在秋季的短日照和零上低温的共同作用下“锻炼”了一段时间。可见，“锻炼”不仅对我们的身体健康大有裨益，而且在帮助植物顺利越冬的过程中也是必不可少的。不过，与人类不同，越冬植物在这个锻炼过程中，植物体的细胞内会发生一系列适应性变化。归纳起来，主要有以下几个方面。

防止水结冰

在植物细胞内，有一个大的*液泡，其中含有大量的水，占植物体鲜重的85％以上。细胞内的水一旦结冰，就会破坏细胞结构，导致细胞死亡。所以要顺利过冬，必须防止细胞内结冰。

方法之一，就是合成更多的可溶性糖和氨基酸，以增加液泡内的溶质，降低冰点。然而，借助这种方式降低冰点，顶多只能在-5℃以上发挥作用：在-5℃以下则需要依靠蛋白质等大分子物质起作用。例如，研究者们在寒冬中观测到，杨树皮层细胞的液泡内有大量的蛋白质的积累，这些蛋白质被称为“抗冻蛋白”，如同北极鱼类体液中的抗冻蛋白一样，它能防止水结冰，使细胞内的水处于“过冷却状态”。因此，这些植物具有高度的抗寒力，能抵抗-45℃以下的低温冰冻。在人工操作下，它们的枝条在液氮-196℃的超低温中仍能存活。所以这类植物在自然界能够顺利越冬。

排水，从细胞内到细胞外

这是越冬植物防止细胞内结冰伤害的又一个重要而普遍的适应方式。科学家们观测到，植物经过低温锻炼后，细胞膜的排水速率增加，且形成了一种排水渠道，这样液泡内的水可以直接地迅速流到细胞外及细胞间隙内结冰。在常绿的小叶黄杨叶片内，研究者们还观察到一种很有趣的现象；它的叶肉细胞呈十字形，相互连接形成一个相当大的正方形细胞间隙。这样，就有足够的空间容纳从细胞内排出来的水，使结成的冰晶不致再反馈回去伤害植物细胞。

生物膜系统

高等植物细胞如同一个工厂，工厂一般都包含着若干车间，车间由相应的机器装配而成；一个植物细胞也包含着许多细胞器，它们由生物膜系统分隔而成。低温会影响生物膜的结构，严重时会造成膜结构的破坏。因此，植物在“锻炼”中需要增强膜结构的稳定性——合成一些新蛋白质增补到生物膜，并使一些蛋白质在膜内发生横向迁移，进行重新布局；同时，提高膜脂脂肪酸的不饱和度，增加膜脂的流动性，防止膜脂在低温冰冻下变性。此外，还有一个办法，即合成更多的可溶性糖和糖醇以及氨基酸等物质(如蔗糖、山梨糖醇和脯氨酸等)，铺附在膜的表面，对膜起保护作用，来防止低温伤害。

防止活性氧的伤害

氧气是动物和植物生命活动中所必需的基本物质之一。在植物的光合作用和呼吸作用过程中会发生一种附带反应，使得分子氧变成活性氧，如超氧阴离子(O₂)＼过氧化氢(H₂O₂)及羟*基(OH)等。这种活性氧对生命的基本物质——蛋白质和核酸起破坏作用，尤其是会引起膜脂过氧化，破坏膜结构。

在正常条件下，由于细胞内有抗氧化酶和抗氧化物质的存在，这种活性氧被控制在低水平的稳态平衡状态，不会对植物体造成伤害；但在低温条件下，由于光合作用降低，叶绿素吸收的光能不能被光合碳同化(CO₂固定)所耗尽，造成更多的光能过剩，于是有更多的分子氧被过剩光能还原成活性氧，破坏了活性氧与抗氧化系统的稳态平衡，结果引起膜脂过氧化，膜结构被破坏。

越冬植物为了防止这种活性氧的危害，在寒冬到来之前使叶片脱落，以消除光氧化还原作用的发生。而那些在越冬历程中仍保留叶片的植物，如松、柏类针叶植物和极少数的阔叶被子植物，在冬前锻炼过程中，使它们的光合作用器官——叶绿体内膜片层结构大量减少，基粒片层几乎全部消失，仅保存少数的基质片层；同时，还将吸收光能的叶绿素含量降低50％以上，并增加对光氧化起猝熄作用的叶黄素和胡萝卜素含量，提高抗氧酶的活性水平。通过这一系列的适应性变化，维持光能吸收和活性氧的稳态平衡，保证这些越冬植物得以安全地度过寒冬。

用土壤做被子

从物种到细胞，乃至分子水平的各层次上，生物都体现着多样性。植物越冬的方式也是多种多样的。除了上面谈到的各种适应性变化外，植物研究者们还观察到，有些多年生草本植物，如蒲公英、苦麦菜、毛地黄等，在冬前的低温锻炼过程中，会停止地上苗的生长，使地下的块根发生收缩，并将块根顶端的芽也拉入土中，让顶芽以覆盖其上的表土为被子，在其保护下安全越冬，如同冬眠动物藏在洞中靠休眠来度过寒冬一样。以种子方式越冬

植物体的生命周期分为两大类：一类是一年生植物，以一年为一个生长周期；另一类叫多年生植物。其中，一年生植物通常在一年中的暖和季节，且有足够水分的条件下，让它们的种子迅速发芽，幼苗随即迅速生长发育、开花结果。在寒冬到来之前，完成它们的生命周期，将散布到土壤上的种子作为来年的希望。种子度过寒冬，到翌年暖和季节再开始新一轮的生命周期。

实际上，种子是最好的一种安全越冬方式。因为种子在成熟过程中，已经较彻底地进行了脱水，并处于休眠状态，对低温冰冻和干旱盐碱等逆境都具有高度的抵抗性。若将种子置于-20℃以下的冰冻中可长期保存，这也是为什么沉睡了上千年的古莲子可以重新发芽开花的原因。对于那些多年生植物，种子同样重要。如果在极其恶劣的环境胁迫下不幸离世时，种子就是它们得以延续后代的保证。

[责任编辑]　姜冰