Как растения готовятся к зиме кратко

Обновлено: 05.07.2024

Низкие температуры – существенный фактор, определяющий распространение разных представителей флоры. Холод ограничивает продвижение видов на север и вверх в горы и отрицательно влияет на растения зимой: при значительном понижении температуры снижаются темпы роста и развития видов, что может привести к их гибели. В чем же секрет морозоустойчивости растений?

Тактика действий

Чтобы освоиться в условиях северных зим, в растениях заложены две основные тактики выживания: избегать охлаждения или адаптироваться к действию холода. Для этого они используют разные способы защиты от низких температур, которые связаны с динамикой биоритмов роста и развития с учетом сезонных изменений погоды и долготы дня

Мы не часто задумываемся над тем, что в наших лесах встречаются такие стойкие к сильным морозам растения, как:

Бузина красная (Sambucus racemosa)

Береза пушистая (Betula pubescens)

Ель обыкновенная (Picea abies)

Сосна обыкновенная (Pinus sylvestris)

Это неудивительно, так как комплекс процессов подготовки к зиме у них происходит на физиологическом уровне – незаметно для глаз, хотя отдельные признаки мы все же замечаем. Целый ряд важных приспособлений, позволяющих видам шагнуть на север, связан с динамикой биоритмов роста и развития с учетом сезонных изменений погоды и долготы дня.

Смотрите также:

Зимние проблемы деревьев

Сильные морозы (для определенных пород), а также резкая смена температур вызывают нарушение физиологических процессов у растений.

Следует различать свойства растений, характеризующие реакцию растений в холодных условиях:

холодостойкость – реакция на низкие температуры;
морозостойкость – реакция на отрицательные температуры;
зимостойкость – весь комплекс факторов, с которыми растение встречается зимой.

Листопад

Это один из важных механизмов приспособления к холоду. С наступлением осени в основании черешка образуется специальный отделительный слой, и листья опадают. Как правило, к этому времени они уже не способны выполнять свою главную функцию – фотосинтез.

Листопад — один из важных механизмов приспособления к холоду

После разрушения главной фабрики фотосинтеза – хлорофилла – пластиды меняют свой цвет с зеленого на оранжевый, красный, желтый. Растения готовятся к зимнему покою, у них замедляются все физиологические процессы, даже дыхание переходит на экономный режим.

Листопад позволяет деревьям и кустарникам уменьшить испарение и сохранить влагу, которую невозможно добыть из холодной и тем более мерзлой почвы. Именно поэтому лиственные растения, способные сбрасывать листву, дальше продвигаются на север. Самые морозоустойчивые среди хвойных – листопадные лиственница сибирская (Larix sibirica) и лиственница Гмелина (Larix gmelinii). Эти растения составляют основу древостоев северной тайги, растут на вечной мерзлоте.

Одна из самых морозостойких хвойных пород – лиственница сибирская – сбрасывает свою хвою на зиму

Весной растения пробуждаются. Находящиеся в состоянии глубокого покоя – реагируют на увеличение продолжительности светового дня. Для видов с неглубоким покоем достаточно первых теплых дней, чтобы почки тронулись в рост. Поэтому для них опасен возврат весенних заморозков.

У брусники и черники почки укрыты листовым опадом и мхом

Закаливание растений

Одновременно с погружением в состояние покоя идет еще один важный процесс – закаливание. Он происходит в растениях постепенно с наступлением холодов. Закаливание связано с подготовкой к воздействию отрицательных температур: клетки растения обогащаются сахарами и постепенно выводят лишнюю воду из своих протопластов (содержимого растительной клетки).

На высоте 2500 м в Альпах бодяк колючейший принимает розеточную форму роста

Делается это для того, чтобы предотвратить образование кристаллов льда, способных нанести необратимые повреждения клетке. Именно поэтому обезвоженные к зиме деревья так страдают от иссушающего действия мороза и ветра. Получается, что для деревьев страшен не только мороз сам по себе, но и угроза высохнуть на морозе.

Закаливание должно быть постепенным. Именно поэтому резкое понижение температуры осенью губительно для растений. Особенно плохо, если резкие перепады случаются без снежного покрова.

Солнце также вызывает трудности у растения зимой: вынуждает его активнее жить, дышать и терять при этом влагу. Из-за этого появляются солнечные ожоги. Особенно чувствительны к таким процессам вечнозеленые и зимнезеленые виды. Чтобы пережить солнечную активность зимой им нужен снежный покров.

Смотрите также:

Уход за деревьями зимой

Неравномерный нагрев ствола дерева с южной и северной стороны, а также внутри и снаружи, еще больше усугубляет действие мороза – в результате на стволе образуются вертикальные трещины. Морозоустойчивые деревья и кустарники часто имеют хорошо развитый защитный слой коры. Он служит изолятором, сглаживающим перепады температур в стволе.

Закаливание может быть недостаточным, если нарушен ритм развития (например, из-за поздней пересадки, обрезки, удобрения) либо были плохие погодные условия: холодная поздняя весна, летняя засуха.

Как растения защищают почки

Чувствительность органов растения зимой уменьшается неравномерно:

максимальное снижение наблюдается в почках (причем цветочные почки более чувствительны, чем вегетативные);
далее идут цветки и листья, корневища и корни, стебли и камбий в стволе.

Вегетативные почки – основа для дальнейшего развития растения – уязвимы в морозный период. По стратегии их защиты растения делятся на несколько групп.

фанерофиты – высокие формы древесных растений (деревья и кустарники), у которых почки находятся высоко над землей. Поэтому часто они покрыты чешуями или опушены, как у рябины, или клейкой смолой, как у многих хвойных или у каштана.

хамефиты – более низкие кустарники и кустарнички прячут почки, расположенные невысоко над землей, в самом снегу. Как, например, брусника ( Vaccinium vitis-idea ), береза карликовая (Betula nana) или кедровый стланик ( Pinus pumila ), у которого к зиме ветки сами прижимаются к почве за счет работы специальных клеток.

гемикриптофиты – травянистые растения и полукустарнички, у которых почки находятся в поверхностном слое почвы, – укрывают их еще слоем лесной подстилки. Высокогорные растения из этой группы так называемые подушковидные полукустарники и розеточные травянистые растения имеют компактную форму роста.

Сообщества подушковидных растений на горе Тейде

геофиты – самые практичные растения. К ним, в частности, относятся луковичные эфемероиды (тюльпаны, нарциссы, подснежники). Они скрывают почки в самой земле. Им не страшны перепады температуры, поэтому многие селятся на горных лугах и в степях, где снежный покров зимой временами бывает скудным.

гидрофиты – водные растения – пережидают стужу, спрятав почки в воде или на дне. Например, как эффектная белая кувшинка ( Nymphea alba ), у которой корневища с почками расположены на дне водоемов.

Корневища с почками возобновления у кувшинки белой зимуют на дне водоема

терофиты – однолетние растения. Отцвели в свое время, как маки-самосейки ( Papaverrhoeas ), покрасовались, сформировали семена – и больше их ничто не волнует до следующего сезона. Семена могут находиться в глубоком покое, пока не будет условий для следующего цикла роста и развития. Стратегия терофитов эффективна не только для спасения от холода, но и для пережидания любого другого неблагоприятного фактора.

Смешение стратегий

Такие кустарники-фанерофиты, как лох серебристый ( Elaeagnus argentea ), роза бедренцоволистная ( Rosa pimpinellifolia ) и роза морщинистая ( R. rugosa ), дерен белый ( Cornus alba ) и дерен отпрысковый ( С. stolonifera ), обладают способностью давать многочисленные столоны в верхнем слое почвы (как у гемикриптофитов) с множеством почек возобновления на них, что обеспечивает долгую жизнь кусту даже при обмерзании отдельных надземных побегов.

Физиологически более морозостойкие виды меньше нуждаются в плотной чешуе у почек или толстой коре (в морфологической защите).

Старые раны от сломанных ветвей. Что с ними делать?

Случаются ситуации, когда раны на дереве, полученные, например, в результате слома крупных ветвей сильным ветром, не удалось обработать сразу после их возникновения. Прошло несколько месяцев. Что же делать?

Кора дерева. Какое покрытие выбрать для защиты

Арбо-Флекс – защита от термических повреждений

Многие проблемы можно решить, если кора дерева будет защищена специальным составом, однако традиционные средства имеют ряд недостатков.

Рост растений зимой прекращается . Лиственные деревья и кустарники ещё осенью сбрасывают листву. Их голые ветки укрыты толстым слоем снега.

А вот хвойные деревья и кустарники зимуют с зелёными листьями-хвоинками. В их шишках в это время созревают семена.

Некоторые травянистые растения зимуют под снегом . Снег для них — как тёплое одеяло. Он надёжно укрывает и защищает от холода зелёные побеги злаков, земляники, копытня и других растений.

Долгие зимние месяцы – время, когда природа, кажется, забывается глубоким сном в ожидании прихода тепла. Зимой под снегом продолжается жизнь кустарничков и трав, растений лесных опушек и полян, лугов и речных долин. Лесные растения средней полосы по-разному адаптированы к зимним условиям.

Другой тип лесных трав – нежные травянистые растения, у которых зимуют только подземные органы. Их основной способ переживания зимы – полное отмирание надземной части. Это ландыш, майник, седмичник, многие другие – они радуют нас, появляясь на проталинах каждой весной. Надземные части разных лесных растений имеют разные сроки жизни – у одних они зеленеют до поздней осени, а у других – таких как пролеска сибирская, хохлатка, гусиный лук, чистяк, надземная часть отмирает очень быстро – в начале лета. Только появившись, эти растения сразу цветут, дают плоды и вскоре засыхают, проводя большую часть года под землей, в состоянии покоя. Во всех этих случаях мы говорим о многолетних растениях. В лесах средней полосы есть и однолетние травянистые растения, жизнь этих растений очень коротка – всего несколько теплых месяцев.

Есть в лесу и растения, которым зимняя стужа вовсе нипочем. Это – мхи. Они могут зимовать даже без снежного одеяла. Мхи не боятся сильных морозов, потому что им совершенно не опасно высыхание: влагу они поглощают всей своей поверхностью, словно губка – в том числе из атмосферных осадков. Если долго нет дождя, мох полностью теряет влагу и высыхает до воздушного состояния, но при этом не погибает, а просто переходит в состояние покоя. Подобным образом обстоит дело и у лишайников. Они так же хорошо переносят зиму в лесу и никогда не страдают от зимних невзгод.

Эта статья была опубликована в журнале OYLA №11(27). Оформить подписку на печатную и онлайн-версию можно здесь.

Для большинства живых организмов зима и сопровождающий её холод — большой стресс и неудобство. В это время снижается доступность тепла и влаги, необходимых всему живому на Земле. При отрицательных температурах останавливаются физиологические процессы, а вода, обязательная среда для их протекания, замерзает.

В ходе эволюции живые организмы выработали приспособления, позволяющие пережить некомфортные условия. При этом животные и даже бактерии, как правило, могут уйти в более благоприятные условия. Растения же самостоятельно перемещаться не могут, и их стратегии выживания в условиях стресса направлены не на избегание, а на устойчивость. Механизмы устойчивости основаны на способности регулировать свой метаболизм, подстраиваясь под температурные сдвиги. Итогом этой устойчивости является период покоя.

Покой — это состояние, при котором рост, развитие и все физиологические процессы приостанавливаются, чтобы полным ходом пойти в более комфортных условиях. Необходимость в этом периоде актуальна там, где происходят заметные и продолжительные погодные изменения, например, смена времен года.

С наступлением холода вода становится практически невосполняемым ресурсом, поэтому растению нужно радикально сократить её расход.

Вода поступает в растения через корни. При этом более 99% её уходит через листья в процессе транспирации — испарения с поверхности. Это помогает регулировать температуру, когда жарко, чтобы организм не перегревался. Но нужна ли транспирация, когда холодно?

При низких температурах корни функционируют хуже и часто не способны обеспечить растение водой. Кроме того, сама почвенная влага, превращаясь в лёд, становится недоступной. В этом случае, чтобы не потерять имеющуюся воду, растению с крупными листьями выгодно от них избавиться, сбросив. Эта уловка реализуется в процессе листопада.

По сравнению с лиственными, хвойные растения испаряют влагу намного слабее, поэтому у них листопад не выражен. Конечно, хвоя опадает и постепенно заменяется новой, но в течение всего года, и потому не так заметно. Продолжительность жизни отдельных хвоинок разная: у сосны — 2 года, у ели — 6, а у пихты — до 12 лет.

Кроме того, что нельзя тратить впустую драгоценные запасы воды, их надо удерживать в жидком состоянии. Очень важно, чтобы вода не замерзала, как в окружающей среде: кристаллики льда разрушают клеточные структуры.

Другие помощники — белки холодового шока, синтезируемые в цитоплазме,— тормозят образование межклеточного льда. Кстати, добавляя в геном растений гены, отвечающие за синтез этих белков, получают морозостойкие гибриды практически всего на свете: от кабачков до роз.

Представим символ осени (и Канады) — клён. Что будет, если с наступлением холодов его широкие листья не опадут, а останутся мощной шапкой на дереве? Скорее всего, под тяжестью накопленного на кроне снега дерево сломается, а клёны со временем исчезнут с лица Земли как вид. Поэтому от листвы лучше избавиться до первого снега. А вечнозелёные растения средних широт обзавелись специальными приспособлениями: конусовидной кроной, прочными и упругими ветками, листьями в форме игл — снег с них легко сдувается ветром.

Ещё одна причина листопада заключается в том, что растения переводят в листья вредные вещества. Хороший пример этого защитного механизма — накопление в листьях тяжёлых металлов. Они попадают в атмосферу с выбросами предприятий и выхлопными газами транспорта, из атмосферы с осадками в почву, из почвы растения поглощают их растворённые формы с водой и накапливают в листьях, которые затем сбрасывают.

Почва играет важную роль в круговороте тяжёлых металлов, таких как свинец (Pb) и ртуть (Hg), а также микроэлементов калия (К), кальция (Ca), магния (Mg)

В естественных условиях формирование опада под древесными растениями обязательно для функционирования экосистемы. Разлагающиеся опавшие листья, хвоинки, веточки возвращают в почву минеральные элементы и формируют плодородный слой почвы. В условиях города (тоже экосистемы, только антропогенной — изменённой человеком) с разложением опада поступают и токсины — не только те, что растение поглотило ранее, но и попавшие на поверхность листа вместе с пылью. Поступая в организм в высоких концентрациях, тяжёлые металлы связываются с белковыми структурами. Это нарушает клеточный метаболизм и физиологические процессы — рост и развитие растения угнетаются.

Получается замкнутый круг. Без опавшей листвы почве нельзя, но и с ней не лучше. Вероятно, для решения этого вопроса нужно определиться с нормами выбросов — уровнем нагрузки, которую человек оказывает на окружающий его мир. Это тема активно обсуждается в современной экологии.

Иглы и листья, опавшие с деревьев, разлагаются, образуя гумус — плодородный компонент почвы. Образование гумуса — это второй по величине биохимический процесс на Земле после фотосинтеза.

Почему краснеют листья? Красную, фиолетовую, малиновую окраску листьям придают антоцианы. У растений высокогорий они присутствуют в клетках листа в течение всей фазы роста как хлорофилл и каротиноиды. В этом случае они выполняют экранирующую функцию, защищая растение от избыточной солнечной радиации. В период низких температур антоцианы, наоборот, могут служить дополнительной ловушкой света, превращая его в тепло.

У растений долин антоцианы редко присутствуют постоянно и начинают синтезироваться, когда образование хлорофилла останавливается. Несмотря на широкий спектр функций антоцианов, причина активного синтеза этих пигментов в осенний период до конца не ясна.

Разнообразие окрасок листа обусловлено содержанием в нём пигментов, красящих веществ: хлорофиллов, каротиноидов и антоцианов. В хлоропластах клеток листа всегда присутствуют хотя бы две группы — зелёные хлорофиллы и жёлто-оранжевые каротиноиды (каротины и ксантофилы).

Хлорофилл — основной растительный пигмент. С его помощью происходит важный процесс — фотосинтез. В ходе фотосинтеза из неорганических углекислого газа и воды при участии света растение производит органические вещества: простые и сложные сахара, углеводы, нуклеиновые кислоты для собственного функционирования, и выделяет кислород — им дышат практически все организмы на земле. В тёплое и светлое время года хлорофилл синтезируется постоянно. Он маскирует остальные пигменты, поэтому весной и летом листья зелёные. С наступлением холода хлорофилл разрушается, а его синтез прекращается — так становятся заметны каротиноиды. Они распадаются медленнее и придают листу знакомый нам пылающий окрас жёлтых и оранжевых тонов.

А появление красных оттенков зависит от того, может ли растение синтезировать антоцианы. Они дают красную, розовую, синюю, фиолетовую окраску. Антоцианам обязаны своим цветом плоды вишни, черники, клубники; лепестки васильков и мака; молодая кора эвкалипта и ветви ивы и многое-многое другое. Антоцианы — единственные пигменты, которых, как правило, нет в листе постоянно, так как их синтез начинается после распада хлорофилла.

Одновременно с переменой окраски происходят изменения в месте прикрепления черешка листа к стеблю. Там образуется отделительный пробковый слой. У одних растений под действием ферментов пектиназ, синтезирующихся к этому времени в клетках отделительного слоя, растворяется межклеточное вещество, соединяющее клетки. У других, кроме пектиназ, синтезируется ещё и фермент целлюлаза. Он расщепляет целлюлозу клеточных оболочек, что приводит к растворению клеток. Связь между клетками быстро нарушается, и скоро лист остаётся висеть только благодаря сосудистым пучкам — их легко увидеть, отделив лист от ветки: на листовом рубце будут заметны 3–5 крупных точек. Теперь лист может упасть под действием капли воды, дуновения ветра, громкого крика или топота, впрочем, даже собственной тяжести.

Читайте также: