Спящие красавицы: покой у растений

Задумывались над фразой "растения зимой засыпают"? Насколько это правда и как действительно работает "зимний сон" у растений? А что же тогда играет роль "принца" и пробуждает "спящих красавиц" - попробуем разобраться.

Сон-трава (прострел желтеющий)

Содержание статьи:

• Что значит покой?
• Два вида покоя: вынужденный и глубокий.
• Как растения понимают, что "пора на покой"?
• Подготовка к покою изнутри.

Что значит покой?

Образно покой растений можно представить как сон красавицы из сказки Шарля Перро: недвижимое тело остаётся целым долгое время, дожидаясь принца, который его пробудит от мертвенного оцепенения через положенные "сто лет". Но так ли "мертвы" растения в покое?

Покой — такое состояние растения или отдельных его орга­нов, когда отсутствует видимый рост. "А что, есть рост невидимый?", - спросите вы. Да, есть, но невидим он до тех пор, пока мы не станем достаточно дотошны, чтобы понаблюдать за жизнью растений - для этого бывают нужны специальные инструменты и методы.

В покое могут находиться се­мена, почки, луковицы, клубни и корневища. Не надо представ­лять себе состояние покоя как полную остановку всех жизненных процессов: в почках, под покровными чешуями, продолжают функционировать образовательные ткани, закладываются ли­стья, а у некоторых растений — цветки. Жизнь идёт! Покоящиеся органы ды­шат, в них идет превращение запасных веществ, но скорость этих процессов мала. Так, в начале зимы в почках и ветках деревьев по­степенно исчезает крахмал, накапливаются сахара и липиды, изме­няется химический состав клеток, что увеличивает устойчивость к низким температурам.

Покой может наступить в любое время года: зимой — у деревьев, во время летней засухи — у степных растений; осенью находятся в покое свежеубранные клубни картофеля.

Два вида покоя: вынужденный и глубокий.

Вот, наши растения-красавицы "укололись веретеном" - почувствовали неминуемо приближающуюся зиму, засуху, то есть те стрессовые условия, которые для мест их обитания далеко не новы. Наступил вынужденный покой.

Вынужденный покой — состояние, когда видимого роста нет из-за отсутствия в окружающей среде необходимых условий: когда господствуют пони­женные температуры, мало доступной воды, кислорода, све­та. Достаточно создать нормальные условия, как вынужденный покой немедленно прекращается.

Например, луковицы лука могут прорасти и осенью, и зимой, и летом, если их поместить в теплые влажные условия (не всем же предсказано проспать сто лет, как принцессе). Сухие семена не прорастают до тех пор, пока не будет достаточного количества воды. Семенам некоторых растений , например, петунии, для прорастания нужен свет - такой им нужен "волшебный поцелуй".

Весной почки на деревьях не распускаются, пока температура не поднимется до оп­ределенной величины: для многих деревьев в наших условиях умеренного климата это устойчивые +10℃ (температура запуска воздушного питания растений - фотосинтеза).

Вынужденный покой, вызванный неблагоприятными условия­ми в период прорастания семян, называется вторичным. Он хорошо знаком садоводам, у которых семенной материал кочует из сырых условий в сухие и обратно. Что, было такое? Тогда не удивляйтесь, что всходы редкие. Так, семена гречихи переходят во вторичный покой после 7-крат­ного намачивания и подсушивания. То же можно сказать и о зер­новках ячменя. Вначале их всхожесть была 98 %; после замачива­ния и подсушивания — только 12 %, т. е. 86 % зерна перешло в со­стояние вторичного покоя.

Вторичный покой — это приспособле­ние к весенним переменным температурам, позволяющие "давать задний ход" росту семян. Вдруг принц в ответственный момент передумает сразу жениться на принцессе? Вот она и заснёт вновь.

А теперь представьте, что принц явился раньше положенных злой феей ста лет. Условие не соблюдено - принцесса не проснётся, пока таймер внутри неё не сработает. Это состояние - глубокий покой.

Глубокий, или органический, покой — это отсутствие видимого роста, несмотря на благоприятные условия внешней среды, вы­званное внутренними факторами.

Глубокий покой возникает как приспособительное явление в ряду поколений, когда растение "затачивает" себя и своих потомков под годовой цикл изменений среды. Так, почки, закладывающиеся в начале каждого лета в пазухах листьев на растущих побегах, после короткого периода роста впадают в по­коящееся состояние. И если вы срежете ветку тополя, берёзы или сирени осенью, то они могут не прорасти из-за того, что уже покоятся - накопили абсцизовую кислоту (АБК) и другие замедлители роста и готовы к зиме. Сделав то же самое весной, вы увидите, что ветка в тепле распустит почки - после длительного холода и обезвоживания, а значит, изменения своего метаболического состояния, она способна пробудиться.

Состояние покоя характерно и для тропиче­ских растений, несмотря на круглогодичные благоприятные усло­вия - у этих растений так достигается временное разделение фаз жизненного цикла и снижается конкуренция за ресурсы. Поэтому важно знать, откуда родом ваши домашние цветочки и в каких условиях они жили на родине.

Глубокий и вынужденный покой могут совпадать во времени.

Как растения понимают, что "пора на покой"?

Сигналом для перехода в состояние вынужденного покоя явля­ется продолжительность дня. Вот такое у растений "веретено".

В умеренной зоне переход в состоя­ние покоя начинается с наступлением коротких дней, у степных и тропических растений — длинных дней. Искусственно укорачивая день и удлиняя ночь, можно вызвать очень ранний листопад у мно­гих деревьев.

Или наоборот: если замечали, в городах, возле уличных фонарей и вдоль дорог деревья дольше не теряют листву - там и светлее и теплее, чем в загородной среде.

Также влияет не только продолжительность освещения, но и его "качество" - насколько свет интенсивный, световые волны какой длины преобладают.

Изменение продолжительности дня воспринимают листья. Выход из состояния покоя происходит тогда, когда листьев нет (хвойные не в счёт - про них отдельная история), поэтому он идёт не под влиянием света, а при повышении температуры и влажности. Так что часто возобновление роста активируют колебания температуры.

Подготовка к покою изнутри.

Самым опасным и одновременно нужным веществом в холода для растений становится вода.

Чистая вода замёрзла бы уже при 0℃, а внутри растения циркулирует не вода, а водный раствор, а это значит, и замерзает такой раствор при температурах более низких. К тому же, после летней благодати растения тщательно подготавливают и свои "ёмкости" для воды - клетки. А, как мы помним, клетки растений представляют собой "сосуд в сосуде" - снаружи жёсткая клеточная оболочка с каркасом из целлюлозы, а внутри неё - сама живая часть клетки, называемая протопласт. Вот этот-то протопласт, окружённый тонкой мембраной (плазмалеммой) клетке и надо уберечь от замерзания и разрыва. Из мембран есть не только плазмалемма, есть ещё мембраны внутренних органоидов клетки, - хлоропластов, митохондрий, вакуолярных структур, - которые тоже нужно подготовить.

Схема сторения растительной клетки

В период подготовки к вынужденному покою в клетках изменя­ется химический состав мембран: ненасыщенные липиды заменя­ются на насыщенные, — что уменьшает проницаемость мембран в 20 раз; подавляется обмен веществ; увеличивается вязкость цито­плазмы; плазмалемма отходит от клеточной стенки, а плазмодесмы (специальные "мостики" между клетками) втягиваются внутрь протопласта; связь между клетками, следова­тельно, и транспорт веществ нарушаются.

Клеточная мембрана - плазмалемма (это анимация), снаружи от неё жёсткая оболочка клетки

Перед наступлением по­коя часто увеличивается выделение веществ из клетки. В клетках накапливаются гормоны, препятствующие росту.

Благодаря понижен­ному содержанию воды и повышенному количеству запасных ве­ществ покоящиеся органы и ткани растений обладают значительно большей устойчивостью против неблагоприятных условий, чем ин­тенсивно растущие.

Итак, переход в покой — важное приспособительное свойство растительного организма. В состоянии покоя клетки обладают макси­мальной способностью к выживанию в самых неблагоприятных усло­виях.

Вот вам и "зимний сон" красавиц-растений!