松柏之所以耐嚴(yán)寒,是因?yàn)樗鼈冊谏L節(jié)律、生理結(jié)構(gòu)、生物化學(xué)機(jī)制、基因表達(dá)等方面具有極強(qiáng)的適應(yīng)性
“歲寒,然后知松柏之后凋也?!焙涞亩荆寥煌α⒌乃砂匾廊槐3种G色。在中國傳統(tǒng)文化里,松柏不畏逆境、堅(jiān)強(qiáng)不屈的品格一直為世人所稱道。
在驚嘆松柏頑強(qiáng)的生命力時(shí),人們不禁要問:它們何以如此耐寒?
對于大多數(shù)植物而言,冬季要面臨三重考驗(yàn):第一是凍害,水分在低溫結(jié)冰時(shí)會(huì)形成鋒利的冰晶,直接刺穿細(xì)胞膜,破壞細(xì)胞結(jié)構(gòu);第二是干旱,水分結(jié)冰過程中逐步喪失流動(dòng)性,水分吸收與運(yùn)輸受阻甚至完全中斷,導(dǎo)致植物細(xì)胞內(nèi)部持續(xù)性缺水;第三是光能,低溫會(huì)抑制光合作用的效率,導(dǎo)致植物葉片在冬季捕獲的光能無法像其他季節(jié)那樣通過光合作用被有效利用,這樣植物體內(nèi)會(huì)出現(xiàn)光能相對“過剩”的狀況,嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成葉片損傷。
適者生存,松柏自有應(yīng)對寒冷的法寶。首先,松柏的葉片呈針狀或鱗片狀,可以有效減少水分散失。葉片表面還覆蓋著一層蠟質(zhì),這不僅提高了防凍能力,還能進(jìn)一步減少水分蒸發(fā)。因此,松柏不僅耐寒,也非常耐旱。
與闊葉樹的葉片相比,松柏的針葉具有相對較低的含水量,而且其內(nèi)部還富含松脂,可以發(fā)揮“防凍劑”的作用。此外,松柏的葉片在冬季會(huì)積累豐富的抗氧化物質(zhì),能夠有效清除在寒冷、干旱等逆境條件下植物體內(nèi)產(chǎn)生的有害分子——活性氧自由基,保護(hù)細(xì)胞免受凍害侵襲,并及時(shí)參與修復(fù)凍害引起的細(xì)胞損傷。
此外,松柏還能通過改變生物鐘使自身的生理活動(dòng)與季節(jié)變化相適應(yīng)??茖W(xué)家發(fā)現(xiàn),松柏從9月中旬便開始準(zhǔn)備休眠,而后逐步降低生理活動(dòng),直至進(jìn)入深度休眠期。此時(shí),即便把松柏從室外移至溫暖的室內(nèi),它們也不會(huì)“蘇醒”,直到1月中旬,才慢慢“醒”來,迎接春天的到來。
松柏的葉片在基本停止生理活動(dòng)之后如何防御光損傷是一個(gè)更復(fù)雜的謎題。入冬后,松柏葉片會(huì)變?yōu)榛揖G色,以減少對光能的吸收。此外,科學(xué)家發(fā)現(xiàn),越冬期間的松柏葉片可以通過改變光合器官的微觀結(jié)構(gòu),減少對光能的捕獲,并通過多種獨(dú)特的系統(tǒng)將過剩能量消耗掉。冬季松柏葉片細(xì)胞內(nèi)會(huì)大量表達(dá)一種強(qiáng)光保護(hù)蛋白,吸收或反射多余的光能,防止過剩光能導(dǎo)致有害的活性氧物質(zhì)生成,從而避免細(xì)胞生理系統(tǒng)被過剩光能損傷。
總而言之,松柏之所以耐嚴(yán)寒,是因?yàn)樗鼈冊谏L節(jié)律、生理結(jié)構(gòu)、生物化學(xué)機(jī)制、基因表達(dá)等方面具有極強(qiáng)的適應(yīng)性。這不僅是大自然賦予生命的智慧,也是科學(xué)家們研究植物抗逆性、物種適應(yīng)性和生態(tài)保護(hù)的重要課題。(作者:鈕世輝 為北京林業(yè)大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院教授,本報(bào)記者施芳采訪整理)
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