Собственная внутренняя температура растений и её роль в выживании в суровых климатических условиях

Из ботаники нам известно: растения не могут поддерживать собственную температуру, как теплокровные животные и человек. В последнее время ряд садоводов высказали мнение, что в растениях существуют температурные процессы независимо от окружающей среды.

Текущей зимой я проделал следующий эксперимент: в конце октября прошлого года в лесу, примыкающему к моему саду, сделал углубление в стволе лесной яблони глубиной 10 см (диаметр ствола примерно 20 см), установил вертикально, практически в сердцевине ствола термометр ТБ-3-М 1 для измерения температуры окружающей среды. Щель заделал толстым слоем пластилина. Для чистоты опыта ствол обвернул мешковиной, закрепив её длинной полосой ткани. Пришлось, конечно, потрудиться, так как древесина яблони очень прочная.

Практически весь декабрь 2012 г. температура воздуха была в пределах – 20 &hellip- - 28°С. За дня 2-3 до Нового года резко потеплело, 2 января я прибыл в сад. Измерил температуру воздуха: - 6°С. С осторожностью извлёк термометр из ствола яблони, на нем - 19°С.

Что показал эксперимент? Температура тела растения (в моём опыте – лесной яблони) зависит от температуры окружающей среды. Так как теплопроводность древесины весьма невелика, колебания внутренней температуры дерева отстают от колебания температуры окружающего воздуха на некоторый промежуток времени. Считаю, отставание колебания температуры внутри дерева зависит от пористости древесины, толщины ствола или ветвей.

Во время сильных морозов надземные органы наших деревьев и кустарников промерзают (внутри ствола яблони было - 19°С), но, тем не менее, сохраняют жизнеспособность. В клетках растений кристаллического льда не образуется, чтобы в этом убедиться, достаточно в морозную погоду спилить ветку и рассмотреть её через лупу.

Ответ на этот вопрос дают ботаник – физиолог, академик Н. А Максимов, современные биологи – физиологи Г. А. Самыгин и И. И. Туманов, которые внесли большой вклад в изучение физиологических основ морозоустойчивости растений, причин их вымерзания.

Растения в наших садах подготавливаются к перенесению морозов постепенно, проходя закалку после окончания ростовых процессов. Закалка заключается в накапливании в клетках сахаров, некоторых аминокислот и других защитных веществ, связывающих воду.

Кандидат сельхознаук Т. Борисова в Санкт-Петербургской газете «Садовод» писала: «Но само по себе накопление плодовыми деревьями углеводов не обеспечивает повышение их зимостойкости. Необходима вторая фаза закалки - превращение углеводов в защитные соединения, а также соответствующие изменения строения клеточной протоплазмы, её физических свойств и физиологического состояния. Жидкость в клетках (цитоплазма) становится более концентрированной, вязкой, а клеточные стенки - более эластичными, что препятствует их повреждения кристаллами льда. Большая часть углеводов превращается в сахара. Сахар защищает белковые соединения при промораживании. Кроме того, у растений наблюдается большое количество масла во внутренних слоях древесины, которое повышает устойчивость к сильным морозам. Масло вытесняет воду и этим предохраняет древесину от вымерзания».

Но в наших садах выращиваются и неморозостойкие растения, для которых необходимы укрытия на зиму. Так, например, у персика цитоплазма в клетках недостаточно вязкая, а клеточные стенки не обладают достаточной эластичностью. Образовавшийся лед в клетках при низких температурах разрушает стенки клеток и растение погибает.

Имеется ряд растений, у которых цветы способны к терморегуляции, привлекая, таким образом, насекомых для опыления. Этот процесс в цветках растений похож на поддержание температуры у животных и человека, но у растений, как выявили учёные, тепло вырабатывается в митохондриях. Из самых близких нам таких растений – лотос, произрастающий на юге России. Температура его цветка сохраняется на уровне +30°С даже при падении температуры воздуха до +10°С. Среди других растений с терморегулируемыми цветками аморфофаллус коньяк и филодендрон двоякоперистый, некоторые виды из семейства кувшинковых. Видимо, способность цветов некоторых растений к терморегуляции и побудило некоторых садоводов к ошибочным выводам.

Итак, растения, будучи организмами прикреплёнными, существуют при том тепловом режиме, который создается в местах их произрастания. Однако совпадение температур тела растений и окружающей среды надо считать исключением из-за разницы поступления и отдачи тепла. Наши деревья и кустарники эвритермны, то есть приспособлены к колебаниям температур окружающей среды. Тепловой режим растений весьма изменчив. Температура разных органов растений различна в зависимости от их расположения относительно падающих лучей солнца и разных по степени нагревания слоев воздуха.

Совсем по другому действует листовой аппарат растений. Даже при нагревании солнечными лучами листья растения холоднее его тела. Это происходит из-за транспирации (испарения воды растением). У деревьев и кустарников разница температур заметна в пределах одного листа. Многие садоводы, наверное, замечали, что при ночном охлаждении роса в первую очередь конденсируется на верхушке и краях листа, таким же образом на листьях образуется иней. Это происходит вследствие того, что температура верхушки и краев листа ниже, чем его центральной части.

Интересные эксперименты провели учёные-биологи профессор Брент Хелликер совместно с Сюзанной Рихтер из Университета Пенсильвании (США). Они несколько лет назад опубликовали результаты научной работы в авторитетном английском журнале «Nature».

В результате экспериментов выясняется, что влияние температуры окружающей среды на внутреннюю температуру здоровых листьев значительно меньше, чем это считалось раньше. Ученые утверждают, что все деревья и кустарники имеют «термостат», при помощи которого поддерживается одинаковая температура листьев. Но механизм поддержания постоянной температуры листьев пока неизвестен.

Исследуя 39 видов деревьев, расположенных от северных районов Канады до субтропиков, исследователи обнаружили почти одинаковую температуру листьев.

Превращение света в химическую энергию – фотосинтез – происходит, когда температура листа составляет +21°С и внешняя температура при этом играет небольшую роль. Это означает, что в холодных районах температура листьев поднимается, а в теплых соответственно понижается для того, чтобы температура была такой, какая нужна для фотосинтеза (+21°С).

Исследователи подчеркивают, что это явление не означает поддержание кронами деревьев постоянной температуры в течение дня или сезона, скорее значит, что такая идеальная температура (+21°С) имеет долговременное заданное значение. Сюзанна Рихтер и Брент Хелликер считают, что лист именно при фотосинтезе поддерживает температуру в 21°С.

Выводы:

1. Температура тела растения полностью зависит от температуры окружающей среды.

2. Имеется ряд растений, цветы которых способны к терморегуляции.

3. Листовой аппарат поддерживает постоянную температуру (+21°С), необходимую для фотосинтеза.

Ерёменко Виктор Григорьевич, садовод-любитель, г. Пермь

06.04.2013