寒冬腊月雪纷飞,好像很多植物在冬季里都不存在冻死这一说。寒冷的环境里,说起不畏严寒的植物,你很可能会想到梅花。确实,在冰天雪地里,当不少艳花嫩蕊都纷纷凋零时,梅花却依然舒枝怒放,喷香吐艳。即使是漫天飞雪也不能损其肌肤,掩其俊俏。不畏严寒的植物远不只有梅花这一种,如生长在我国青藏高原上5000多米高处的雪莲花,也能对着皑皑白雪,开出紫红色的鲜花。

要问这些植物为何都不畏严寒,也许不少人会认为,它们一直生长在这些寒冷地区,自然天生就拥有这种耐寒的本领了。真是这样吗?

其实,根据一些过去气候环境的研究,以及植物化石的证据都表明:最早的开花系植物是生长在温暖的赤道地区的。后来,由于种种原因,一些植物被迫离开赤道地区,才在一些稍冷的地方安家,它们也就逐步具有了这种耐寒的能力了。而且,梅花并不是人们所想的那样喜爱寒冷的环境,相反,它们性喜温暖、湿润的气候,在年平均气温16~23℃的地区生长发育最适宜。但即使这样,梅花一般也能耐-10℃的低温,还有像杏梅等品种竟能耐-25℃的低温。

可见,植物的耐寒本领也不是天生就具有的!那么,它们究竟是怎么进化出如此强的耐寒能力的呢?

与动物不同,植物不能通过迁徙或者躲在洞穴里来逃避寒冷,也不能产生热量来取暖。与其说是寒冷,倒不如说是冷冻给植物带来了问题。

首先,冷冻会引起植物体内水运输系统中气泡的形成。

就像在一个冰块中,你同样能看到一些悬浮的气泡。而植物体内大量的气泡聚集是会带来很严重的后果的:当水解冻时,气泡便会堵塞水运输通道,使水无法从根部流向叶子,这样就会导致植物死亡。

为了揭示植物耐寒的特性,美国佛罗里达大学和田纳西州大学的科学家构建了3.2万种开花植物的进化树——目前包含最多植物种类的进化树,并将此进化树与原有树的严寒暴露记录,以及数千种植物的叶片、茎干数据进行了比较。

结果发现,在寒冷气候袭击之前,许多植物就已经全副武装地来应对寒冷了。具体而言,一些植物为了避免水运输通道被堵塞,在冬天不仅关闭了原有根和叶片间的输水通道,还创建了更好的水运输系统——拥有更为狭窄的输水通道,这样就大大降低了冷冻过程中产生气泡的风险。而更多植物的输水通道在冬天则并不会关闭,为了让植物能够活下去,它们在输水的同时,也能输送少量的气泡;但是水流不会到达叶子上,因为叶子吸收水分较多,所以在冬天一些植物有叶子脱落的现象——有效地切断了根部与叶片之间的水流,减少水的蒸发。值得一提的是,这些落叶植物只有在其遭遇了冷冻之后才能获得在冬季落叶的能力。

而且,温度过低的话,植物细胞会有可能会结冰。

当植物细胞中的水分结成冰晶后,植物的许多生理活动就会无法进行。更要命的是,冰晶会将细胞壁胀破,使植物死亡,这就是一些植物在霜冻过后就死去的原因。

不过要使植物体内的水分结冻,并不太容易。比如娇嫩的白菜,要在-15℃才会结冰,萝卜等可以经受-20℃而不结冰,许多常绿树木,甚至在-45℃还依然不会结冰。

水不是只要在零度以下就会结冰吗?

原来,这些植物比如白菜、萝卜、香薯等遇上寒冷时,会将贮存的部分淀粉转化为糖分,植物体内的水中溶有糖后,水就不易结冰。但如果我们仔细一算,就知道这并不是植物耐寒的主要理由。要知道,1千克水中溶解180克葡萄糖后,水的结冰温度才会下降1.86℃,即使这些糖溶液浓到像糖浆一样,也只能使结冰温度下降7℃到8℃。可见这其中一定另有缘故。

原来植物体内的水分有两种,一种为普通水,还有一种叫“结合水”。所谓“结合水”,按它的化学组成而言,和普通水并无两样,只是普通水的分子排列比较凌乱,可以到处流动,而结合水的分子却以十分整齐的“队形”排列在植物组织周围,和植物组织亲密地“结合”在一起,不肯轻易分开,因此被叫做结合水。结合水的冰点比普通水可低多了。

此外,有些植物也会在冬天彻底死掉,或者仅地表以上的部分死亡,等到天气转暖时再从根部重新发芽或通过种子长出新的植物。