【自然大侦探】第四期：揭秘！植物御寒的武林秘籍

政务 2024-12-28 10:46 浙江

寒冬腊月，万物似乎都躲不过严寒的侵袭，但植物却有着自己的御寒妙招都有自己御寒的小妙招，植物也不例外。它们没有人类的衣物保暖，没有动物的巢穴存粮，却凭借着一套独特的“内功”，在冰雪世界中屹立不倒，静待来年春暖花开，再次焕发生机。今天，就让我们跟随自然大侦探，一起揭开植物御寒的奥秘吧！

低温的危害

气温骤降，对植物细胞来说是一场严峻的考验。低温会降低细胞膜的流动性，使细胞膜上的蛋白质无法正常工作，进而抑制多种化学反应，阻碍光合作用与呼吸作用、物质交换、能量传递等正常生理代谢活动。

而当温度降至冰点以下，植物体内的水分会结冰，冰晶如同锋利的尖针，穿刺植物的各个组织，给细胞带来毁灭性的破坏，甚至导致植物因气温骤降而“冻死”。

图:结冰会给细胞带来毁灭性的破坏

植物的御寒秘籍

好在作为地球上生活了几十万甚至上百万年三十多亿年的原住民，植物早已进化出了各种应对寒冷的手段。大部分植物都具备适应低温的能力，在温度降至冰点以上时，它们主要通过减少体内水分和改变细胞膜成分来适应低温。植物体内会分泌脱落酸等内源激素，激活信号蛋白、耐冷酶等物质的基因表达，增加细胞膜不饱和脂肪酸的含量，从而维持细胞膜的正常功能。

此外，植物早已对气温每年的变化了如指掌，会提前储备大量的可溶性糖，这些糖类物质不仅是植物的重要营养物质，还能帮助植物提高细胞液的浓度，形成高渗透压，从而避免水分流失，同时降低结冰的温度。

植物悄悄变“甜”了

可溶性糖包含果糖、葡萄糖、麦芽糖等糖类，他们都是植物中重要营养物质，也是合成其他有机物的原料。它们赋予人类最直接的“甜”这一味觉感受，同时也是衡量蔬菜水果品质的一大标准。随着寒冷降临，一些蔬果中可溶性糖含量攀升，这就是为什么霜打过后，一些蔬菜水果会变得更加甘甜可口的原因。

图:植物会通过“变甜”来抵御寒冷

然而，当温度继续降低，植物细胞液开始结冰时，上述手段就显得力不从心了。这时，植物就会派出它们的终极杀手锏——抗冻蛋白。

抗冻蛋白的绝招

抗冻蛋白(antifreeze proteins，AFP)，又称为冰结合蛋白(Ice-binding proteins，IBPs)是一种神奇的物质。细菌、真菌、藻类、昆虫、鱼类以及植物体内都有它的身影，具有“变形”、“减速”和“分散”三大绝招。

“变形”是指抗冻蛋白可以控制冰晶的生长形态，将尖锐的冰晶变成温和的六边形柱体，从而减少对细胞的刺伤。而“减速”则是抗冻蛋白与冰晶结合后产生的热滞效应，它能够继续降低结冰的温度，拖延冻结时间。最厉害的是“分散”绝招，抗冻蛋白像卫兵一样包裹在冰晶之外，使冰晶保持细小且均匀，阻止它继续变大蔓延，从而保护了植物的组织和结构。

图：植物抗冻蛋白包裹在小的冰晶外面阻止继续结冰(引自Maya Bar Dolev, Ido Braslavsky等人)

除了上述手段外，植物还有哪些度过严寒的妙招呢？它们是否会通过改变生长习性、调整生物钟等方式来应对寒冷？这些问题都将在未来的自然大侦探中一一揭晓。敬请期待~

文：任璐娜

图：王浥尘、Maya Bar Dolev等人

编辑：陆菁菁

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