Наши партнеры

Помимо структурных защитных приспособлений растения располагают еще и различными физиологическими механизмами, которые позволяют им приспосабливаться к жаре, холоду и засухе. Для многих суккулентных растений пустыни характерен уникальный механизм фотосинтеза, сводящий к минимуму потери воды. Благодаря особому типу метаболизма (САМ-метаболизм) эти растения могут закрывать устьица в то время, к которому приурочены максимальные потери воды, т. е. они способны осуществлять фотосинтез, не расходуя одновременно слишком много воды на транспирацию. Эти растения открывают свои устьица и фиксируют СО2 в темноте, когда транспирация минимальна, и держат их закрытыми на свету, когда избыточная потеря воды могла бы привести к иссушению. Эффективный фотосинтез протекает у них при закрытых устьицах благодаря челночному механизму, перекачивающему СО2 от С4, к С3-системе. Этот уникальный приспособительный механизм крайне важен для выживания растений в пустыне.

Сходные физиологические приспособления помогают растениям избежать повреждений от мороза. Если растение, выращенное в теплице, выставить наружу при температуре чуть ниже нуля, то оно скорее всего сильно пострадает или погибнет, даже если в природе растение того же вида легко переносит отрицательные температуры. Развитие холодостойкости, или акклиматизация,— это процесс, начинающийся с уменьшением длины дня и снижением температуры в осеннее время. Акклиматизация сопровождается многочисленными физиологическими изменениями. Нам пока еще не вполне ясно, какие именно из этих изменений ответственны за развитие холодостойкости; всего вероятнее, что только определенное сочетание таких изменений придает растению способность выносить отрицательные температуры. Один из таких процессов можно сравнить с заменой воды на антифриз в радиаторе автомобиля. Антифриз используют, чтобы предотвратить образование льда, который мог бы разорвать радиатор. В растении, как и в автомобиле, есть вода, которая может замерзать и при этом в результате расширения разрывать клетки. В самом начале акклиматизации в клетках накапливаются различные растворенные вещества; они снижают осмотический потенциал клеток и уменьшают вероятность их замерзания, поскольку точка замерзания клеточного сока в результате этого понижается.-При замерзании клеток главный вред наносят им образующиеся внутри кристаллы льда; эти кристаллы растут, разрывают различные клеточные мембраны и, наконец, убивают клетку. Повышение концентрации растворенных веществ защищает растение, потому что оно уменьшает вероятность образования крупных кристаллов льда. При акклиматизации в клеточных мембранах также происходят некоторые изменения, делающие эти мембраны менее хрупкими при низких температурах. Возможно, это является результатом повышения степени ненасыщенности липидов мембран; оно влечет за собой снижение их точки плавления, благодаря чему они при более низких температурах остаются полужидкими.

Еще один способ защиты от повреждений, связанных с замерзанием,— это синтез больших количеств белков новых типов, обладающих особо высокой способностью к гидратации. Гидратационная вода практически не замерзает: она удерживается вблизи молекул белка силами, которые предотвращают образование кристаллов льда. Само собой разумеется, что чем больше в клетке таких белков, тем устойчивее эта клетка к замерзанию. У многих растений регулярно повторяется определенный цикл: в осеннее время такие белки синтезируются, а весной растение использует их в своем метаболизме. По данным некоторых авторов, в белках, от которых зависит холодостойкость, особенно много сульфгидрильных групп (SH), характерных для аминокислоты цистеина. Если это верно, то оценивать холодостойкость можно посредством химического анализа, по содержанию белковых сульфгидрильных групп. Единого мнения по поводу значения «связанной воды» пока еще нет, но все же, по-видимому, именно в связывании воды следует видеть один из механизмов, предохраняющих растения от повреждений морозом.

Жизнь растения