Из жизни растений

Зимой

Искрится белый, белый снег… Снег повсюду: на земле, на деревьях, на крышах домов. В воздухе вьются пушинки. Пойдемте в лес! Как всё изменилось здесь с лета! Какая стоит тишина!..

Многие люди думают, что жизнь растений зимой прекращается, что зима несет с собой смерть.

Другие говорят, что зима — не смерть, а сон растений.

Что же происходит зимой с растениями?

Однолетние растения к зиме вянут и погибают. Обычно это происходит, как только растения произведут семена.

А все другие растения? Каждую зиму школьники приносят ветви деревьев и кустарников в класс, ставят их в воду и наблюдают за развитием почек и бутонов. Если ветки взяты до холодов, то почки на них не распустятся или хоть и распустятся, но скоро завянут. Ветки, срезанные после морозов, дают листья и цветы. Значит, морозы не только не убили жизнеспособность веток, но даже наоборот, — явились необходимыми для развития почек. Выходит, что зимнее время нельзя рассматривать как смерть природы.

Этой темой занимались многие ученые. Но только академик Лысенко разъяснил, что для развития многих растений необходимы некоторые периоды жизни при пониженных температурах. В это время в растениях происходят такие изменения, без которых невозможно их дальнейшее нормальное развитие. Вспомните опыты Трофима Денисовича с озимой пшеницей.

На основе учения Лысенко о стадийном развитии в жизни злаковых многое стало понятнее и в жизни наших деревьев.

Опыты советских ученых Перетолчина и Поярковой показали, что к концу лета ткани дерева полны крахмалом. Затем содержание крахмала в них падает, зато возрастает процентное содержание масла и сахара. Другие исследователи выяснили, что зимой крахмала в ветвях почти нет. К этому времени он весь превращается в сахар. К январю ветви содержат наибольшее количество сахара. Потом сахара становится меньше, — возрастает содержание крахмала. При распускании листьев снова наблюдается превращение крахмала в сахар, за счет которого и развиваются молодые листья. Кстати, следует заметить, что для растений не особенно сильные мартовские морозы оказываются опаснее декабрьской стужи. Почему? В декабре ткани ветвей содержат больше сахара, чем в марте, а сахар повышает холодостойкость плазмы.

Сделайте такой опыт. Попробуйте разболтать в воде белок куриного яйца и разлейте его на две порции, в одну из них добавьте на кончике ножа сахару и обе заморозьте. Потом дайте белкý оттаять. В порции, где не было сахара, наблюдается осадок. Это белок свернулся при замерзании. В другой — осадка нет: туда был добавлен сахар.

Подобные результаты наблюдаются в опытах по замораживанию растительного сока. Теперь ясно, какую важную роль в жизни растения играют процессы превращения крахмала в сахар во время зимы. Можно сказать, что сахар является химической защитой растения против зимы. Он помогает растению как бы «переждать» неблагоприятное время года, не начинать преждевременно развития.

Говорят, что зимой у растений наступает период покоя. Это название условное, потому что и в это время в растениях происходят жизненные процессы, только они идут очень замедленно.

Период покоя, его продолжительность и глубина в большей мере связаны с зимостойкостью растений. Наиболее холодоустойчивые растения имеют более продолжительный и глубокий период покоя. Тесно связано с этим превращение крахмала в сахар и масло. Растения, у которых к зиме крахмал полностью превращается в сахар и масло, отличаются глубоким и длительным периодом покоя и вместе с тем — холодоустойчивостью. Некоторые исследования показали, что зимостойкость древесных растений в большой мере связана еще с длиной дня.

Ленинградский ученый В. С. Мошков добился того, что южные абрикосы и белая акация выдерживали ленинградскую зиму без искусственного укрытия (обычно это необходимо). Мошков закрывал деревца специальной покрышкой, то есть укорачивал длину светового дня. Все процессы, связанные с периодом покоя, наступали быстрее, и в результате нежное деревцо, чувствительное даже к небольшим заморозкам, переносило большие морозы.

Стволы и ветви наших деревьев стоят открыто на воздухе. Заметьте, где расположены их почки. На высоте до тридцати и более метров над почвой и греющим снежным покровом!

Вот почему видов деревьев и кустарников у нас совсем немного. Лишь около 8 процентов нашей флоры представлено деревянистыми растениями. А вот во влажных тропических странах они составляют около 60 процентов флоры. Там все деревья вечнозеленые, почки не имеют многих характерных признаков, отличающих зимующие почки наших широт. Да там зимующих почек вовсе не образуется.

Некоторые наши деревья, как говорилось выше, в условиях влажных тропиков сначала ежегодно сбрасывают листья, повторяют там период покоя, но постепенно утрачивают эту особенность.

Например, вишня и персик стали на Цейлоне вечнозелеными растениями.

Как это могло случиться?

Среди наших деревьев имеются виды, формы и отдельные экземпляры с различной глубиной и продолжительностью зимнего покоя, — это мы теперь знаем. Если в наших широтах глубина и продолжительность зимнего покоя является весьма важным, жизненно необходимым свойством многих растений, то это же свойство в странах с влажнотропическим климатом не имеет такого значения. В наших широтах естественным отбором будут отбираться и закрепляться растения с более продолжительным и глубоким покоем. В странах влажных тропиков такие растения не займут преимущественного положения, естественный отбор не отметит их среди других. Полезный у нас признак в других условиях становится несущественным, перестает быть «точкой приложения» естественного отбора. Немудрено, что он совсем может исчезнуть, как исчезла способность и потребность в зимнем покое у вишни на Цейлоне.

Период покоя у наших растений тесно связан с историей каждого вида. У разных видов период покоя имеет различную продолжительность. Холодоустойчивость растений также колеблется у разных растений.

Зимний покой растений — важное приспособление растений наших широт, сложившееся исторически и закрепленное в процессе естественного отбора. Это явление еще далеко не изучено полностью.

Пониманию и разрешению вопроса о зимнем периоде в жизни растений очень помогла практика садоводов по искусственной выгонке растений зимой.

Рядом приемов можно сократить, задержать и даже переместить сроки периода покоя и роста растений. Когда за окном лежит глубокий снег и весна кажется такой далекой, — в классе, в комнате можно иметь в цвету сирень, ландыш, гиацинты. Можно вызвать усиленную жизнедеятельность их зимой и, наоборот, предоставить им вынужденный покой летом. Для этого применяют такие приемы, как промораживание, теплые и паровые ванны, окуривание дымом, непрерывное электроосвещение и другое. Если подогреть воду до 30–35° и опустить в нее ветки или корневища растений часов на 9, то после такого «принятия ванны» растения развертывают почки уже через несколько дней.

Зима у нас не только холодное, но и сухое время года. Порою растения у нас не столько вымерзают, сколько высыхают.

28 января 1933 года И. В. Мичурин писал своему ученику и помощнику П. Н. Яковлеву: «…Морозы у нас сильные, нередко –34 °C, но главное воздух чересчур сухой — даже отчасти снег испаряется от сухости открытого воздуха, да и в комнате гигрометр стоит на нуле, а барометр стоит „на засухе“. Предполагаю, что это отразится плохо на растениях. Пожалуй, не замерзнут, а высохнут некоторые растения, как это было в зиму 1905/1906 года».

Нашим растениям зимой приходится выдерживать и холод и засуху! Но они неплохо защищены против невзгод.

Наблюдали ли вы за развитием молодого побега какого-либо дерева? Не правда ли, он похож вначале на стебель травы? Но вот побег начинает принимать серый или бурый цвет, теряя весеннюю сочность. Под кожицей стебля развивается особая ткань — пробковая. Протоплазма ее клеток отмирает, а стенки пропитываются пробковым веществом (потому и ткань называется пробковой).

Год от года пробковые слои прибывают. Они непроницаемы для жидкости и хорошо предохраняют ствол и ветви от испарения воды. Зимой почки на деревьях прикрыты еще чешуйками. Помогает и корка — это отмирающие каждый год участки коры. Корка богата воздухом, а поэтому она плохой проводник тепла. Зимой корка предохраняет ствол от холода, летом — от нагрева солнечными лучами.

Вы сами укажите другие приспособления деревьев к жизни зимой. Вспомните клейкие вещества, скрепляющие чешуи почек, волоски чешуй, дыхательные «чечевички» деревьев, толстую пленку кожицы хвоинок и многое другое.

Всё это связано с основной жизненной особенностью многих наших растений: прерывать свое развитие осенью, находиться зимой в состоянии покоя и продолжать развитие по окончании его.

Об этом вы уже отчасти знаете из той главы, где рассказывалось о подснежном развитии некоторых раннецветущих растений. Разными способами подземные части этих растений оказываются осенью глубже в почве, в то время как нежные надземные органы их совсем погибают. Корни, корневища, клубни, — всё это переполнено органическими веществами. Почва и снежное одеяло хорошо защищают от стужи подземные части растений.

Но ведь весною и летом подземные части этих растений очень близки к поверхности почвы, — как же они оказываются зимой на большой глубине? Это очень сложное явление. Сущность его в том, что корни и другие органы растений обладают чувствительностью по отношению к внешним раздражениям и отвечают на них изменениями в направлении роста — тропизмами. Например, опытами установлено, что кончик корня изгибается в сторону сырого слоя почвы, а не сухого, в сторону более питательного слоя, а не тощего. Это же наблюдается у деревьев. Интересные наблюдения проведены на Крайнем Севере за корневой системой сосны. Ее корень сначала растет в вертикальном направлении, то есть нормально, затем сильно изгибается и растет в горизонтальном направлении. Дело объясняется так: летом оттаивают только верхние слои почвы; под ними слои вечной мерзлоты. Корень растет нормально в оттаивающих слоях. Затем в силу чувствительности к холоду, а возможно, и механического противодействия мерзлым слоям, корень растет горизонтально, даже вопреки силе земного притяжения.

Под воздействием холода корни растений способны сокращаться в своей центральной части. При этом клубни луковицы и корневища втягиваются глубже в почву, под ее защиту. У всем известной ежевики осенью стягивается сильно разросшийся корень, и верхушечная почка оказывается в почве. Там она и перезимовывает. Среда — почва, слой снега, лесная подстилка — влияет на глубину залегания подземных частей растения. У экземпляров одного и того же вида в связи с условиями обитания (луг, лес, полянка) эта глубина сильно изменяется.

У многих растений перезимовывают и листья. Кто не знает розеток маргаритки, одуванчика, подорожника, сурепки, мокрицы, манжетки, глухой крапивы с их прижатыми к земле стеблями и листьями, весной выходящими из-под снега! Бывает, что зимующие надземные органы этих растений всё-таки вымерзают в малоснежные зимы. Но в зимы с хорошим снегопадом они выдерживают самые жестокие морозы.

Покопавшись в лесной подстилке глубокой осенью, но еще до выпадения снега, многое можно узнать о том, как зимуют наши травянистые многолетники. Можно, конечно, сделать это и позднее: выкопать растения уже из-под снега. У одних почки спрятаны под землей на подземных органах, — это у лютичных, хохлаток, медуницы, гусиного лука. У других — одуванчика, земляники, манжетки, маргаритки, злаков, осоки — почки находятся на самой поверхности земли, прикрытые старыми листьями, сучьями, стеблями.

В нашей флоре однолетники составляют около 18 процентов. Их легко узнать в природе: выдерните растение из земли, и если у него корень тонкий и слабо ветвится, — это обычно однолетнее растение. Луковиц, клубней, корневищ у однолетних растений не бывает. От них остаются на зиму семена. Из семян развиваются новые однолетние растения. Семена могут переносить и низкие температуры и высокие. Могут переносить длительную засуху. Ученый А. В. Кожевников описывает такой случай. В старом лесу расчистили площадку и взяли почвенные образцы разной глубины (до 24 см). Пробы поместили в оранжерее. Спустя некоторое время на них появились проростки растений тех видов, которые произрастали в лесу. Такой же опыт проделали на участке леса более молодого, 30–40-летнего возраста. Пробы дали не только ростки растений леса, но и ростки луговых и сорных. Откуда последние взялись? Ответ один: семена луговых и сорных растений сохранились в течение 30–40 лет после посадки леса.

Больше всего однолетники встречаются в засушливых областях и районах. Как ни различны растения степей, все они имеют много общих черт. Причина этого — в резко континентальных условиях. Зима в засушливых областях и районах — с метелями и вьюгами, сильными морозами, лето — жгучее, иссушающее; недостаток атмосферных осадков, выпадающих в определенное время года. Всё это неблагоприятно для развития растений. Всё же, как только стихнут вьюги и метели, а солнце растопит снег, — степь превращается в роскошный цветник.

Растительный мир развивается в степях с такой быстротой, что оставляет впечатление стремительного потока цветов. Но не успеешь и цветов пособирать вволю, как степь уже выжжена, а почва под жгучими лучами солнца становится твердой, как камень. В этих условиях естественный отбор вырабатывал такие формы, у которых период покоя очень длинный — вторая половина лета, осень и зима, — а период развития короток. Это луковичные, корневищные и однолетние растения. За 1½ месяца однолетники успевают расцвести, принести семена.

В течение длинного ряда веков жизнь наложила резкий отпечаток на степные растения, и мы застаем их во всеоружии перед лицом суровой природы. Только не нужно думать, что растения степей и пустынь — «засухолюбивые», вроде того, как иногда неправильно говорят — «тенелюбивые породы». Если условия года, лета в частности, более благоприятны для развития растений в степи, то они цветут всю вторую половину лета. Великий русский путешественник и ученый П. П. Семенов-Тян-Шанский говорил, что в 1856 году он застал Киргизскую степь цветущей в двадцатых числах августа. «…растительность ее сохранилась в полном блеске своих разнообразных цветущих травянистых растений».

Сталинские гидроэлектростанции и каналы, сооружаемые на Волге, на Дону, в Крыму и Туркмении, преобразуют природу нашей любимой Родины. Изменится климат степей и пустынь, создадутся в них трудом советского человека новые условия жизни для культурных и диких растений. Тогда и летом будет цвести родная степь…

Кустарнички наших лесов — брусника, толокнянка, — травянистые растения — линнея, лекарственная вероника, плаун и другие — не теряют на зиму своей листвы. Да и сам еловый и сосновый лес теряет ее лишь частично.

Почки плаунов, ползучей лекарственной вероники, брусники расположены невысоко над землей, но они хорошо защищены снежным покровом. Такие растения называются карликовыми. Они очень распространены в Арктике. Их способ перезимовки называют арктическим.

Обширные пространства на севере нашей великой Родины заняты тундрой. Там раскинулась она больше чем на триста миллионов гектаров. Климат тундры холодный. Даже в июле температура воздуха не выше +10–12 °C. В условиях тундры, где за короткую весну и лето прогревается очень небольшой слой почвы, но зато очень быстро прогревается, такое невысокое расположение почек несомненно выгодно.

Благодаря карликовому росту растений почки их хорошо защищены снегом, хотя и приподняты несколько над землей. Всего два месяца продолжается развитие растений в тундре, но оно идет очень быстро.

За две летних недели тундра становится неузнаваемой. Чудесный ковер ярких цветов расстилается, как только спадет снежный покров. Да, собственно говоря, совсем снег и не спадает. Он и летом остается то здесь, то там в ложбинах целыми сугробами, лишь постепенно стаивая. Быстро отцветает тундра, но яркие блики созревших ягод морошки, брусники, голубики делают ее очень нарядной. А бывает и так, что в конце лета случится снежный вихрь и засыплет ягоды. Стынут цветы под двадцати-тридцатиградусными морозами. Академик Л. С. Берг говорил, что снег в тундре может выпасть в любой месяц, но растения от этого не гибнут. Недаром про Арктику говорят, что она — настоящая лаборатория, где происходит испытание растений на морозоустойчивость. В то же время растения Арктики весьма чувствительны к теплу. П. П. Семенов-Тян-Шанский рассказывает про известняковый хребет Чернышова, пересекающий один из крупных притоков Печоры (реку Усу) в Большеземельской тундре. Там на склонах хребта есть теплые ключи, и около них растительность пробуждается в то время, когда кругом тундра еще вся под снегом.

Карликовый способ перезимовки встречается и у растений с опадающими на зиму листьями (черника, вереск). Можно найти на торфяных болотах виды, сходные с растительностью тундры.

Своеобразна зимовка растений подо льдом.

Поздней осенью у водных растений происходит настоящее «бегство вглубь», под воду. Это должно напомнить углубление в почву подземных органов сухопутных растений.

Многие водные растения образуют почки, которые опускаются на дно и там зимуют. Например, водокрас, роголист дают зимующие почки.

В конце лета водокрас образует почки с большим запасом питательных веществ. К осени эти почки отделяются от материнского растения и опускаются на дно. Почки зимуют на дне. Весной в перезимовавших почках водокраса усиливаются все жизненные процессы; почки поднимаются к поверхности и развиваются.

Все знают круглые плавающие листья кувшинок. Корневище их сидит в илистом дне, оно-то именно и перезимовывает, а листья погибают каждый год.

Вообще водные растения имеют ряд преимуществ перед сухопутными в отношении условий зимовья. Вода на известной глубине сохраняет одну и ту же температуру — около +4° в течение всей зимы, хотя есть случаи понижения температуры воды ниже +4 °C, например в водах Байкала. Большинство водных растений является многолетними и размножается вегетативно.

Мне бы хотелось предложить читателям такой вопрос: почему среди водных растений мало однолетников? Видимо, однолетники в воде проигрывают рядом с многолетниками? В чем же сравнительное преимущество многолетников?

Многие водные растения почти повсеместно распространены на земном шаре. Вот, например, все знают маленькое плавающее растение стоячих вод — ряску. К концу лета такие воды сплошь затягиваются ряской. Ее нет только в Африке. А вот еще: частуха-подорожник встречается по берегам рек, по болотам и сырым местам всех пяти частей света. Как объяснить это?

Как-то пришлось услышать в одной ленинградской школе доклад ученицы шестого класса о работе ее по изучению жизни наших растений под снегом. Девочка показала многие растения, выкопанные в школьном саду после морозов и до морозов. Первые продолжали свое развитие в живом уголке, вторые — нет. Девочка показала ветви древесных пород, срезанные в разное время осени и зимы. Только те ветви ивы, которые уже закончили свой период покоя, стали распускать листочки. В этой школе ученицы хорошо понимают, что такое период покоя у наших растений, а не просто рассказывают о нем по книгам. Они занимаются теперь ранней выгонкой растений, ставят опыты по управлению периодом покоя у растений. Девочки изучают зимовье наших сорняков. Это объекты, вполне доступные для изучения любому юннатскому кружку. В развитии сорняков наблюдаются такие особенности, которые не встречаются у других растений. У сорняков нет никакой подготовки к зиме. Она застает их в разных стадиях, сковывает в своих ледяных объятиях и освобождает ранней весной в том виде, как застала.

Посмотрите, какими стоят осенью на огородах ярутка, желтушник левкоидный, пастушья сумка, однолетний мятлик. Они сухие и ломаются при прикосновении. Но весной эти растения продолжают свое развитие. Никаких внешних приспособлений к перенесению холодов у них не заметно. Зато их протоплазма и клеточный сок отличаются особенной холодостойкостью. Отбор шел здесь именно в этом направлении. Изучение свойств этих растений может внести много нового в понимание жизненных свойств протоплазмы и клеточного сока. А может быть, зимуют только особые сезонные формы сорняков?

Всё это требует пристального изучения путем наблюдения.

Действительно, способы перезимовки наших растений весьма разнообразны; эти различия помогают выживанию видов.

Постарайтесь сами объяснить, каким образом различия в способах перезимовки могут помочь процветанию видов.