耐寒植物

在寒冷环境下依然可以维持正常生命活动的植物

耐寒植物指的是在寒冷环境下依然可以维持正常生命活动的植物。常见的银杏、白桦、松树的都属于耐寒植物。被人们称作“岁寒三友”的松、竹、梅即使在零下四五十摄氏度的温度下也不会冻坏。

简介

自然界中，有一些植物是不怕严寒侵袭的，这就是耐寒植物。被人们称作“岁寒三友”的松、竹、梅即使在零下四五十摄氏度的温度下也不会冻坏。此外像娇嫩的白菜，要在-150℃才会结冰，萝卜等可以经受-20℃的温度而不结冰。

原理

植物对低温的应激是一个复杂的过程，包括低温信号的感受、信号转导和转录调控等阶段。低温时，质膜流动性降低，细胞可以通过质膜上的钙离子通透性通道、组氨酸激酶、受体激酶和磷酸酯酶等各种感受器而感知低温，并通过不同的信号传导途径最终激活相关基因表达。已发现的植物体内具有抗冻作用的物质主要有抗冻蛋白、脯氨酸、SOD等，这些物质起到抑制冰晶生成、维持渗透压平衡及抗氧化等相关作用，最终达到维持细胞膜系统稳定性和酶活性的目的，从而增强了植物在低温下的耐受性。

植物体内的水分有普通水和结合水两种。所谓“结合水”，仅仅看其化学组成，和普通水没有太大的区别，只是普通水的分子排列顺序相对凌乱，可以到处流动，而结合水的分子却在植物组织周围排列得十分整齐，和植物组织亲密地“结合”在一起。令人难以相信的是，化学家发现，其实结合水的性质和普通水的区别很大，比如普通水在摄氏零度就开始结冰，但结合水却比普通水的结冰温度低得多。寒冷的冬天，植物体内减少的只是普通水，而结合水的量却保持不变，这样结合水所占的比例反而提高了。由于结合水的结冰温度要比摄氏零度低得多，因此耐寒植物当然就可以在严冬中傲视冰霜了。

低温影响

冷害引起的植物损伤首先发生在细胞膜系统。冷冻造成的脱水现象导致膜系统损伤。低温引起植物胞外或胞内结冰，由于胞外空间冰点较高且有一些杂质作为冰核，所以胞外先于胞内形成冰晶。冰晶溶液比液态溶液的水势低得多，并且温度越低水势差值越大，因而胞内的水分通过质膜流出，导致细胞严重脱水。脱水会对细胞造成严重伤害，包括膜结构的改变和功能的丧失。脱水后升温，原生质迅速膨胀而裂解；脂分子双层被破坏，部分膜脂疏水头部聚在一起形成直径 2nm的六角锥形结构；在经低温驯化的原生质体中，可以观察到膜片跳跃现象，可能是由于质膜与其他细胞膜，尤其叶绿体被膜融合而引起。由于低温诱导而产生的过氧化物也能损伤膜结构，胞外形成的冰晶刺伤细胞壁或细胞膜引起细胞的破裂。这些均使质膜失去渗透反应能力。低温还会使温度敏感的蛋白质变性，冷敏感水稻细胞液泡膜 ATP酶等酶活性降低，而质膜ATP 酶活性变化小。

也就是低温会造成细胞内冰晶形成和生长、渗透势的改变及低温直接导致的细胞活性降低，进而使植物细胞膜结构受损、部分蛋白失活，影响到细胞正常的生理功能，甚至造成细胞的破裂死亡，影响了植物的生长发育或导致植物死亡。

研究意义

通过研究植物抗冻机理，人们发现了多个可以提高植物抗冻能力的基因或相关产物，也有很多基因转化植物并赋予了植物抗冻能力。但这些植物大部分是烟草、拟南芥等模式植物，虽然证明了相关基因的功能，但并没有实际应用于生产实践。人们对一些植物的抗冻品种培育研究并不多，例如，棉花的转基因育种目标主要集中于抗虫、抗病及抗除草剂等方面，开展抗冻棉花培育的很少，而实际上低温灾害对棉花的生产造成的危害并不亚于虫害、病害。因此，开展某些受低温灾害影响巨大的经济作物的抗冻品种培育工作，具有重要意义。

植物种类

白桦

别名：桦树

学名：Betula platyphylla Suk.

性状：桦木科桦木属。落叶乔木，树皮灰白色。单叶互生，侧脉5~8对。雌雄同株，柔荑花序。坚果具翅。

分布：北京门头沟区百花山、房山县、密云县、怀柔县海拔1500米以上高山有分布。

用途：用材及观赏树种。

鹅耳枥

别名：北鹅耳枥、土姜

学名：Carpinus turczaninowii hance

性状：桦木科鹅耳枥属。落叶乔木。单叶互生，卵形，侧脉8~12对。雌雄异株。坚果，果苞叶状。

分布：北京房山区广见分布，生于阴坡或杂木林中。

用途：用材树种。种子可榨油。

毛榛

别名：胡榛子、角榛

学名：Corylus mandshurica Maxim.et Rupr.

性状：桦木科榛属。落叶灌木。单叶互生，长圆形。雌雄同株。坚果，果苞管状，密被刚毛

分布：北京山区广见分布，常与榛子混生。

用途：果仁可食及榨油。

板栗

别名：栗

学名：Castanea mollissima B1.

性状：壳斗科栗属。落叶乔木，树皮灰褐色。单叶互生，具刺芒状锯齿。雌雄同株，雄花柔荑花序，雌花3朵聚生。坚果，生于刺状总苞（壳斗）内。

分布：北京花岗岩山区广见栽培。喜沙壤土。

用途：重要的木本粮食植物。种子可食。枝、根可入药。

栓皮

学名：Quercus variabilis B1.

性状：壳斗科栎属。落叶乔木，树皮木栓层发达。单叶互生，叶缘具刺芒状锯齿。雌雄同株，雄花柔荑花序，雌花单生或数个聚生。坚果，壳斗杯状。

分布：北京低山阳坡多有分布。耐旱。

用途：用材及水土保持树种。树皮制软木。壳斗含鞣质，果实含淀粉，可醇酒。

极地植物

在极地中央，整年被冰雪覆盖着，那里夏天很短，严寒的冬天长达8个月以上。那里的植物主要是地衣和苔藓，如新地岛已发现500多种地衣，格陵兰岛发现了300种左右的地衣和600种左右的苔藓。1954年，人们在北冰洋底3400米深处发现有细菌和真菌的孢子。

在极地边缘地区就有许多高等植物了，可是这些植物的茎和叶都紧紧地贴在地面上，能很好地承受积雪的压力。只要每年有一小段温暖的天气，植物就立即发芽，在短短的时间内就完成了生长、开花、结果的过程。所以，到了夏天这些地方百花怒放，勿忘草、仙女木、罂粟等开着美丽的花朵，迎风招展。那里的悬钩子果实特别多，它是一种多汁的浆果，成熟时红色的果实铺满地上，多得使人们不是摘浆果，而是用一种特殊长柄勺状的“梳子”来“梳”浆果，一“梳”就能“梳”下很多浆果来。此外，还有不少很有价值的植物，如沼泽乌饭树的果实可供食用，禾本科、莎草科的植物可作饲料。可见，南极和北极地区的植物种类还是很丰富的。

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