植物越冬的奧秘
在寒冷的冬天，總有一些植物不畏懼冰雪和寒風，一如夏季時，生長得鬱鬱蔥蔥、高大挺拔。難道它們有什麼能夠抵禦嚴寒的秘密武器?
眾所周知，植物的生存和生長需要一定的環境條件，溫度便是一個主要因素。一般說來，20℃～30℃時，植物最易生長存活；而低溫(10℃以下)不僅限制植物的生長，嚴重時還會導致植物死亡。例如，我們常常看到晚秋和早春的霜凍給農作物帶來很大的危害，直接影。向它們的生長髮育。然而，為什麼有些植物即便是在寒冬裡，也能好好生長呢?它們究竟是憑藉什麼方式順利透過嚴酷的自然環境的考驗?
科學家們透過長期的研究認識到：原來，這些越冬植物在進入寒冬之前，已經在秋季的短日照和零上低溫的共同作用下“鍛鍊”了一段時間。可見，“鍛鍊”不僅對我們的身體健康大有裨益，而且在幫助植物順利越冬的過程中也是必不可少的。不過，與人類不同，越冬植物在這個鍛鍊過程中，植物體的細胞內會發生一系列適應性變化。歸納起來，主要有以下幾個方面。
防止水結冰
在植物細胞內，有一個大的中央液泡，其中含有大量的水，佔植物體鮮重的85％以上。細胞內的水一旦結冰，就會破壞細胞結構，導致細胞死亡。所以要順利過冬，必須防止細胞內結冰。
方法之一，就是合成更多的可溶性糖和氨基酸，以增加液泡內的溶質，降低冰點。然而，藉助這種方式降低冰點，頂多只能在-5℃以上發揮作用：在-5℃以下則需要依靠蛋白質等大分子物質起作用。例如，研究者們在寒冬中觀測到，楊樹皮層細胞的液泡內有大量的蛋白質的積累，這些蛋白質被稱為“抗凍蛋白”，如同北極魚類體液中的抗凍蛋白一樣，它能防止水結冰，使細胞內的水處於“過冷卻狀態”。因此，這些植物具有高度的抗寒力，能抵抗-45℃以下的低溫冰凍。在人工操作下，它們的枝條在液氮-196℃的超低溫中仍能存活。所以這類植物在自然界能夠順利越冬。
排水，從細胞內到細胞外
這是越冬植物防止細胞內結冰傷害的又一個重要而普遍的適應方式。科學家們觀測到，植物經過低溫鍛鍊後，細胞膜的排水速率增加，且形成了一種排水渠道，這樣液泡內的水可以直接地迅速流到細胞外及細胞間隙內結冰。在常綠的小葉黃楊葉片內，研究者們還觀察到一種很有趣的現象；它的葉肉細胞呈十字形，相互連線形成一個相當大的正方形細胞間隙。這樣，就有足夠的空間容納從細胞內排出來的水，使結成的冰晶不致再反饋回去傷害植物細胞。
生物膜系統
高等植物細胞如同一個工廠，工廠一般都包含著若干車間，車間由相應的機器裝配而成；一個植物細胞也包含著許多細胞器，它們由生物膜系統分隔而成。低溫會影響生物膜的結構，嚴重時會造成膜結構的破壞。因此，植物在“鍛鍊”中需要增強膜結構的穩定性——合成一些新蛋白質增補到生物膜，並使一些蛋白質在膜內發生橫向遷移，進行重新佈局；同時，提高膜脂脂肪酸的不飽和度，增加膜脂的流動性，防止膜脂在低溫冰凍下變性。此外，還有一個辦法，即合成更多的可溶性糖和糖醇以及氨基酸等物質(如蔗糖、山梨糖醇和脯氨酸等)，鋪附在膜的表面，對膜起保護作用，來防止低溫傷害。
防止活性氧的傷害
氧氣是動物和植物生命活動中所必需的基本物質之一。在植物的光合作用和呼吸作用過程中會發生一種附帶反應，使得分子氧變成活性氧，如超氧陰離子(O2)＼過氧化氫(H2O2)及羥自由基(OH)等。這種活性氧對生命的基本物質——蛋白質和核酸起破壞作用，尤其是會引起膜脂過氧化，破壞膜結構。
在正常條件下，由於細胞內有抗氧化酶和抗氧化物質的存在，這種活性氧被控制在低水平的穩態平衡狀態，不會對植物體造成傷害；但在低溫條件下，由於光合作用降低，葉綠素吸收的光能不能被光合碳同化(CO2固定)所耗盡，造成更多的光能過剩，於是有更多的分子氧被過剩光能還原成活性氧，破壞了活性氧與抗氧化系統的穩態平衡，結果引起膜脂過氧化，膜結構被破壞。
越冬植物為了防止這種活性氧的危害，在寒冬到來之前使葉片脫落，以消除光氧化還原作用的發生。而那些在越冬歷程中仍保留葉片的植物，如松、柏類針葉植物和極少數的闊葉被子植物，在冬前鍛鍊過程中，使它們的光合作用器官——葉綠體內膜片層結構大量減少，基粒片層幾乎全部消失，僅儲存少數的基質片層；同時，還將吸收光能的葉綠素含量降低50％以上，並增加對光氧化起猝熄作用的葉黃素和胡蘿蔔素含量，提高抗氧酶的活性水平。透過這一系列的適應性變化，維持光能吸收和活性氧的穩態平衡，保證這些越冬植物得以安全地度過寒冬。
植物越冬的奧秘
在寒冷的冬天，總有一些植物不畏懼冰雪和寒風，一如夏季時，生長得鬱鬱蔥蔥、高大挺拔。難道它們有什麼能夠抵禦嚴寒的秘密武器?
眾所周知，植物的生存和生長需要一定的環境條件，溫度便是一個主要因素。一般說來，20℃～30℃時，植物最易生長存活；而低溫(10℃以下)不僅限制植物的生長，嚴重時還會導致植物死亡。例如，我們常常看到晚秋和早春的霜凍給農作物帶來很大的危害，直接影。向它們的生長髮育。然而，為什麼有些植物即便是在寒冬裡，也能好好生長呢?它們究竟是憑藉什麼方式順利透過嚴酷的自然環境的考驗?
科學家們透過長期的研究認識到：原來，這些越冬植物在進入寒冬之前，已經在秋季的短日照和零上低溫的共同作用下“鍛鍊”了一段時間。可見，“鍛鍊”不僅對我們的身體健康大有裨益，而且在幫助植物順利越冬的過程中也是必不可少的。不過，與人類不同，越冬植物在這個鍛鍊過程中，植物體的細胞內會發生一系列適應性變化。歸納起來，主要有以下幾個方面。
防止水結冰
在植物細胞內，有一個大的中央液泡，其中含有大量的水，佔植物體鮮重的85％以上。細胞內的水一旦結冰，就會破壞細胞結構，導致細胞死亡。所以要順利過冬，必須防止細胞內結冰。
方法之一，就是合成更多的可溶性糖和氨基酸，以增加液泡內的溶質，降低冰點。然而，藉助這種方式降低冰點，頂多只能在-5℃以上發揮作用：在-5℃以下則需要依靠蛋白質等大分子物質起作用。例如，研究者們在寒冬中觀測到，楊樹皮層細胞的液泡內有大量的蛋白質的積累，這些蛋白質被稱為“抗凍蛋白”，如同北極魚類體液中的抗凍蛋白一樣，它能防止水結冰，使細胞內的水處於“過冷卻狀態”。因此，這些植物具有高度的抗寒力，能抵抗-45℃以下的低溫冰凍。在人工操作下，它們的枝條在液氮-196℃的超低溫中仍能存活。所以這類植物在自然界能夠順利越冬。
排水，從細胞內到細胞外
這是越冬植物防止細胞內結冰傷害的又一個重要而普遍的適應方式。科學家們觀測到，植物經過低溫鍛鍊後，細胞膜的排水速率增加，且形成了一種排水渠道，這樣液泡內的水可以直接地迅速流到細胞外及細胞間隙內結冰。在常綠的小葉黃楊葉片內，研究者們還觀察到一種很有趣的現象；它的葉肉細胞呈十字形，相互連線形成一個相當大的正方形細胞間隙。這樣，就有足夠的空間容納從細胞內排出來的水，使結成的冰晶不致再反饋回去傷害植物細胞。
生物膜系統
高等植物細胞如同一個工廠，工廠一般都包含著若干車間，車間由相應的機器裝配而成；一個植物細胞也包含著許多細胞器，它們由生物膜系統分隔而成。低溫會影響生物膜的結構，嚴重時會造成膜結構的破壞。因此，植物在“鍛鍊”中需要增強膜結構的穩定性——合成一些新蛋白質增補到生物膜，並使一些蛋白質在膜內發生橫向遷移，進行重新佈局；同時，提高膜脂脂肪酸的不飽和度，增加膜脂的流動性，防止膜脂在低溫冰凍下變性。此外，還有一個辦法，即合成更多的可溶性糖和糖醇以及氨基酸等物質(如蔗糖、山梨糖醇和脯氨酸等)，鋪附在膜的表面，對膜起保護作用，來防止低溫傷害。
防止活性氧的傷害
氧氣是動物和植物生命活動中所必需的基本物質之一。在植物的光合作用和呼吸作用過程中會發生一種附帶反應，使得分子氧變成活性氧，如超氧陰離子(O2)＼過氧化氫(H2O2)及羥自由基(OH)等。這種活性氧對生命的基本物質——蛋白質和核酸起破壞作用，尤其是會引起膜脂過氧化，破壞膜結構。
在正常條件下，由於細胞內有抗氧化酶和抗氧化物質的存在，這種活性氧被控制在低水平的穩態平衡狀態，不會對植物體造成傷害；但在低溫條件下，由於光合作用降低，葉綠素吸收的光能不能被光合碳同化(CO2固定)所耗盡，造成更多的光能過剩，於是有更多的分子氧被過剩光能還原成活性氧，破壞了活性氧與抗氧化系統的穩態平衡，結果引起膜脂過氧化，膜結構被破壞。
越冬植物為了防止這種活性氧的危害，在寒冬到來之前使葉片脫落，以消除光氧化還原作用的發生。而那些在越冬歷程中仍保留葉片的植物，如松、柏類針葉植物和極少數的闊葉被子植物，在冬前鍛鍊過程中，使它們的光合作用器官——葉綠體內膜片層結構大量減少，基粒片層幾乎全部消失，僅儲存少數的基質片層；同時，還將吸收光能的葉綠素含量降低50％以上，並增加對光氧化起猝熄作用的葉黃素和胡蘿蔔素含量，提高抗氧酶的活性水平。透過這一系列的適應性變化，維持光能吸收和活性氧的穩態平衡，保證這些越冬植物得以安全地度過寒冬。