Холодостойкость растений. Битва берёзы с подсолнечником.

Холодовый стресс — это особое испытание для растений, при котором организм сталкивается с поэтапным понижением температуры, а исход зависит от природных “умений” приспосабливаться к холоду. Рассмотрим это подробно шаг за шагом на примере берёзы (ветеран зимнего выживания) и подсолнечника (южного гостя, не привыкшего к морозам).

Как растения чувствуют приближение холода

Когда дневные и ночные температуры начинают опускаться, у всех растений замедляются рост и обмен веществ. Даже небольшой “минус” — уже сигнал тревоги. У берёзы в этот момент “просыпается” программа зимней подготовки: начинает сброс листвы, чтобы не терять воду зимой. Подсолнечник же просто “стремится продержаться”, не имея механизмов настоящей подготовки к зиме, и продолжает рост до первых сюрпризов от погоды.

Первая фаза: прохлада
Берёза: уменьшает активность, хранит питательные вещества в стволе, сбрасывает листья, постепенно “отключается” фотосинтез. Начинает формировать устойчивые к холоду белки и сахара, повышая свою “морозную броню”.

Подсолнечник: рост замедляется, но настоящих защитных мер нет. При длительных температурах ниже 10 градусов могут уже повреждаться ткани, особенно если растение молодое. Критична каждая прохладная ночь.

Вторая фаза: заморозки
Берёза: запускает закалку — делает клеточные мембраны “гибче” за счет изменения жирнокислотного состава, запасает специальные сахара, усиливает антиоксидантную защиту. Благодаря постепенным холодам клетки берёзы учатся не разрушаться из-за образования льда, лед накапливается между клетками, а не внутри них, не рвет мембраны.

Подсолнечник: ломается при резком похолодании. Если стукнули заморозки до -3°C растения погибают или теряют большую часть листьев. Даже до -4,5°C некоторые гибриды ещё “тянут”, но с повреждениями. При заморозке наблюдается резкий выброс вредных веществ (малонового диальдегида), мембраны клеток повреждаются, восстановление возможно только при краткосрочном и не слишком сильном морозе.

Третья фаза: настоящие морозы
Берёза: на пике устойчивости к морозу может выдерживать экстремальные температуры — даже до -50…-60°С и ниже при длительной закалке. Всё благодаря многоступенчатой подготовке и “выключению” почти всех обменных процессов.

Подсолнечник: шансов уже практически нет. Даже если ткань не замёрзла намертво, после деформации мембран уже не проходят основные обменные процессы, растение быстро гибнет.

Биохимия процесса

1. Изменение структуры биологических мембран
Берёза: С понижением температуры мембраны переходят из жидкого состояния в гелеобразное. Берёза постепенно увеличивает процент ненасыщенных жирных кислот в составе мембран — это снижает температуру фазового перехода, сохраняет проницаемость и текучесть мембран, предотвращает их разрыв при замерзании воды.

Подсолнечник: Не обладает достаточной способностью изменять состав липидов, поэтому мембраны становятся хрупкими, теряют проницаемость, обрыв транспортных и энергетических функций.

2. Обезвоживание и криопротекторы
Берёза: При сверхнизких температурах (до -60°С) в клетках сохраняется лишь 7–9% незамёрзшей воды. Отток воды в межклетники делает цитоплазму суперконцентрированной. Накопление сахаров (сахароза, фруктоза, глюкоза) и аминокислот (пролин) поддерживает осмотический баланс, снижает точку замерзания, защищает белки и мембраны.

Подсолнечник: Количество криопротекторов низкое, обезвоживание протекает хуже — много воды остаётся в клетке, где при замерзании она формирует лед, разрывая мембраны. Сахара не накапливаются в необходимом объёме.

3. Активность антиоксидантных систем
Берёза: В ответ на холод увеличивается активность антиоксидантных ферментов — пероксидазы, супероксиддисмутазы. Это важно, потому что при понижении температуры уровень активных форм кислорода (АФК) растёт, разрушая мембраны и белки. Антиоксиданты нейтрализуют вредные соединения и защищают клетки.

Подсолнечник: Защитная система слабо развита, при холоде АФК повреждают мембраны, происходит пероксидное окисление липидов, что ведёт к гибели клетки.

4. Стрессовые белки и регуляция дыхания
Берёза: Синтезируются специфические стрессовые белки (дегидрины, антифризные белки), которые стабилизируют структуру клеток и предотвращают образование льда внутри. Дыхание растений переключается на альтернативную оксидазу — этот путь снижает образование АФК, сохраняет энергию без избыточного стресса.

Подсолнечник: Синтез стрессовых белков не выражен, дыхание нарушается, скорость метаболизма падает, энергетический дисбаланс.

5. Генетическая экспрессия
Берёза: В стрессе активируются гены, кодирующие белки холодового шока, криопротекторы, антиоксиданты.

Подсолнечник: Не запускается нужная экспрессия защитных белков, важные белки и ферменты разрушаются.

Заключение

Берёза — это “морозоустойчивый дедушка”, который с осени готовит валенки, укутывается в тулуп и ложится в спячку.
Подсолнечник — как турист в шортах, которого в ноябре застиг мороз: удивляется, начинает мёрзнуть, а то и погибает внезапно.

В заключение можно сказать, что успешное сопротивление холодовому стрессу — это целая наука и искусство “зимней хитрости”, которым одни растения учатся веками, а другие — просто не успевают к переменам погоды.

#наука #заморозки #холодостойкость #растения #ботаника