耐寒植物指的是在寒冷環(huán)境下依然可以維持正常生命活動的植物。常見的銀杏、白樺、松樹的都屬于耐寒植物。被人們稱作“歲寒三友”的松、竹、梅即使在零下四五十攝氏度的溫度下也不會凍壞。
簡介
自然界中，有一些植物是不怕嚴(yán)寒侵襲的，這就是耐寒植物。被人們稱作“歲寒三友”的松、竹、梅即使在零下四五十?dāng)z氏度的溫度下也不會凍壞。此外像嬌嫩的白菜，要在-150℃才會結(jié)冰，青蘿卜等可以經(jīng)受-20℃的溫度而不結(jié)冰。部分水生植物在寒冬環(huán)境中通過獨(dú)特的生存機(jī)制，即使處于低溫或冰層覆蓋環(huán)境下仍能維持生命活動，為冬季水體景觀提供綠色。
原理
植物對低溫的應(yīng)激是一個(gè)復(fù)雜的過程，包括低溫信號的感受、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和轉(zhuǎn)錄調(diào)控等階段。低溫時(shí)，質(zhì)膜流動性降低，細(xì)胞可以通過質(zhì)膜上的鈣離子通透性通道、組氨酸的生物合成激酶、受體激酶和磷酸酯酶等各種感受器而感知低溫，并通過不同的信號傳導(dǎo)途徑最終激活相關(guān)基因表達(dá)。已發(fā)現(xiàn)的植物體內(nèi)具有抗凍作用的物質(zhì)主要有抗凍蛋白、L-脯氨酸、SOD等，這些物質(zhì)起到抑制冰晶生成、維持滲透壓平衡及抗氧化等相關(guān)作用，最終達(dá)到維持細(xì)胞膜系統(tǒng)穩(wěn)定性和酶活性的目的，從而增強(qiáng)了植物在低溫下的耐受性。
植物體內(nèi)的水分有普通水和結(jié)合水兩種。所謂“結(jié)合水”，僅僅看其化學(xué)組成，和普通水沒有太大的區(qū)別，只是普通水的分子排列順序相對凌亂，可以到處流動，而結(jié)合水的分子卻在植物組織周圍排列得十分整齊，和植物組織親密地“結(jié)合”在一起。令人難以相信的是，化學(xué)家發(fā)現(xiàn)，其實(shí)結(jié)合水的性質(zhì)和普通水的區(qū)別很大，比如普通水在攝氏零度就開始結(jié)冰，但結(jié)合水卻比普通水的結(jié)冰溫度低得多。寒冷的冬天，植物體內(nèi)減少的只是普通水，而結(jié)合水的量卻保持不變，這樣結(jié)合水所占的比例反而提高了。由于結(jié)合水的結(jié)冰溫度要比攝氏零度低得多，因此耐寒植物當(dāng)然就可以在嚴(yán)冬中傲視冰霜了。
低溫影響
冷害引起的植物損傷首先發(fā)生在細(xì)胞膜系統(tǒng)。冷凍造成的脫水現(xiàn)象導(dǎo)致膜系統(tǒng)損傷。低溫引起植物胞外或胞內(nèi)結(jié)冰，由于胞外空間冰點(diǎn)較高且有一些雜質(zhì)作為冰核，所以胞外先于胞內(nèi)形成冰晶。冰晶溶液比液態(tài)溶液的水勢低得多，并且溫度越低水勢差值越大，因而胞內(nèi)的水分通過質(zhì)膜流出，導(dǎo)致細(xì)胞嚴(yán)重脫水。脫水會對細(xì)胞造成嚴(yán)重傷害，包括膜結(jié)構(gòu)的改變和功能的喪失。脫水后升溫，原生質(zhì)迅速膨脹而裂解；脂分子雙層被破壞，部分膜脂疏水頭部聚在一起形成直徑2nm的六角錐形結(jié)構(gòu)；在經(jīng)低溫馴化的原生質(zhì)體中，可以觀察到膜片跳躍現(xiàn)象，可能是由于質(zhì)膜與其他細(xì)胞膜，尤其葉綠體被膜融合而引起。由于低溫誘導(dǎo)而產(chǎn)生的過氧化物也能損傷膜結(jié)構(gòu)，胞外形成的冰晶刺傷細(xì)胞壁或細(xì)胞膜引起細(xì)胞的破裂。這些均使質(zhì)膜失去滲透反應(yīng)能力。低溫還會使溫度敏感的蛋白質(zhì)變性，冷敏感水稻細(xì)胞液泡膜ATP酶等酶活性降低，而質(zhì)膜ATP酶活性變化小。
也就是低溫會造成細(xì)胞內(nèi)冰晶形成和生長、滲透勢的改變及低溫直接導(dǎo)致的細(xì)胞活性降低，進(jìn)而使植物細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)受損、部分蛋白失活，影響到細(xì)胞正常的生理功能，甚至造成細(xì)胞的破裂死亡，影響了植物的生長發(fā)育或?qū)е轮参锼劳觥?/p>
研究意義
通過研究植物抗凍機(jī)理，人們發(fā)現(xiàn)了多個(gè)可以提高植物抗凍能力的基因或相關(guān)產(chǎn)物，也有很多基因轉(zhuǎn)化植物并賦予了植物抗凍能力。但這些植物大部分是煙草、擬南芥等模式植物，雖然證明了相關(guān)基因的功能，但并沒有實(shí)際應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐。人們對一些植物的抗凍品種培育研究并不多，例如，棉花的轉(zhuǎn)基因育種目標(biāo)主要集中于抗蟲、抗病及抗除草劑等方面，開展抗凍棉花培育的很少，而實(shí)際上低溫災(zāi)害對棉花的生產(chǎn)造成的危害并不亞于蟲害、病害。因此，開展某些受低溫災(zāi)害影響巨大的經(jīng)濟(jì)作物的抗凍品種培育工作，具有重要意義。
植物種類
別名：樺樹
食蟲類：BetulaplatyphyllaSuk.
性狀：樺木科樺木屬。落葉喬木，樹皮灰白色。單葉互生，側(cè)脈5~8對。雌雄同株，柔荑花序。堅(jiān)果具翅。
分布：北京門頭溝區(qū)百花山、房山區(qū)、密云區(qū)、懷柔區(qū)海拔1500米以上高山有分布。
用途：用材及觀賞樹種。
別名：北鵝耳櫪、土姜
學(xué)名：Carpinus turczaninowii hance
性狀：樺木科鵝耳櫪屬。落葉喬木。單葉互生，卵形，側(cè)脈8~12對。雌雄異株。堅(jiān)果，果苞葉狀。
分布：北京房山區(qū)廣見分布，生于陰坡或雜木林中。
用途：用材樹種。種子可榨油。
別名：胡榛子、角榛
食蟲類：CorylusmandshuricaMaxim.etRupr.
性狀：樺木科榛屬。落葉灌木。單葉互生，長圓形。雌雄同株。堅(jiān)果，果苞管狀，密被剛毛
分布：北京山區(qū)廣見分布，常與榛子混生。
用途：果仁可食及榨油。
板栗
別名：栗
學(xué)名：Castanea mollissima B1
性狀：殼斗科栗屬。落葉喬木，樹皮灰褐色。單葉互生，具刺芒狀鋸齒。雌雄同株，雄花柔荑花序，雌花3朵聚生。堅(jiān)果，生于刺狀總苞（殼斗）內(nèi)。
分布：北京花崗石山區(qū)廣見栽培。喜沙壤土。
用途：重要的木本糧食植物。種子可食。枝、根可入藥。
栓皮
食蟲類：QuercusvariabilisB1.
性狀：殼斗科櫟屬。落葉喬木，樹皮木栓層發(fā)達(dá)。單葉互生，葉緣具刺芒狀鋸齒。雌雄同株，雄花柔荑花序，雌花單生或數(shù)個(gè)聚生。堅(jiān)果，殼斗杯狀。
分布：北京低山陽坡多有分布。耐旱。
用途：用材及水土保持樹種。樹皮制軟木。殼斗含單寧，果實(shí)含淀粉，可醇酒。
極地植物
在極地中央，整年被冰雪覆蓋著，那里夏天很短，嚴(yán)寒的冬天長達(dá)8個(gè)月以上。那里的植物主要是地衣和青苔，如新地島已發(fā)現(xiàn)500多種地衣，格陵蘭島發(fā)現(xiàn)了300種左右的地衣和600種左右的苔蘚。1954年，人們在北冰洋底3400米深處發(fā)現(xiàn)有細(xì)菌和真菌的孢子。
在極地邊緣地區(qū)就有許多維管植物了，可是這些植物的莖和葉都緊緊地貼在地面上，能很好地承受積雪的壓力。只要每年有一小段溫暖的天氣，植物就立即發(fā)芽，在短短的時(shí)間內(nèi)就完成了生長、開花、結(jié)果的過程。所以，到了夏天這些地方百花怒放，森林勿忘草、東亞仙女木、罌粟等開著美麗的花朵，迎風(fēng)招展。那里的懸鉤子屬果實(shí)特別多，它是一種多汁的漿果，成熟時(shí)紅色的果實(shí)鋪滿地上，多得使人們不是摘漿果，而是用一種特殊長柄勺狀的“梳子”來“梳”漿果，一“梳”就能“梳”下很多漿果來。此外，還有不少很有價(jià)值的植物，如沼澤南燭的果實(shí)可供食用，禾本科、莎草科的植物可作飼料。可見，南極和北極地區(qū)的植物種類還是很豐富的。
參考資料 >