В. Н. Шаламов. Потенциальные возможности морозостойкости древесных растений

В. Н. Шаламов

Потенциальные возможности морозостойкости древесных растений

Здесь я хочу рассказать об интересных опытах по определению морозоустойчивости у древесных растений, проведённых в середине прошлого столетия научными сотрудниками Института физиологии растений АН СССР во главе с членом-корреспондентом АН И. И. Тумановым в условиях Подмосковья.

Эти проведённые опыты показали, что в период вегетации побеги у древесных растений вымерзают уже при температуре немного ниже -5°С. С сентября после завершения роста и вступления растений в период покоя начинается повышение устойчивости, особенно после наступления морозов. Наибольшую устойчивость они приобретают в самый суровый период зимы. Таким образом, те морозы, которые повреждают и губят растения, находящиеся в вегетирующем состоянии, после первой стадии закаливания становятся полезными – они повышают их устойчивость. Реагирование на внешние условия одного и того же растения после его физиологической перестройки резко изменяется. При естественном закаливании в условиях Подмосковья ветви этих растений способны без значительных повреждений выдерживать морозы: у яблони сорта Грушовка московская – до -40°С, у ели – до -50°С, у берёзы – до -65°С. Даже у одного и того же растения максимальная устойчивость может по годам колебаться, например, у берёзы между -50 и -65°С. В холодные зимы она бывает выше, чем в тёплые.

Наблюдения за развитием морозостойкости у древесных растений в природной обстановке позволили начать работу уже в лаборатории по выяснению вопроса: какие отрицательные температуры необходимы деревьям для успешного прохождения второй стадии закаливания? Так, путем дополнительного лабораторного закаливания (медленное ступенчатое охлаждение на 5°С в сутки) удалось поднять морозостойкость яблони до -60°С, ели – до -70°С, берёзы и чёрной смородины – до -195°С. Последующие опыты позволили улучшить методику закаливания и получить растения, которые выносили любые сверхнизкие температуры. Для примера можно привести опыты со следующими растениями:

1). 3-годичный прирост (разветвленные ветви) берёзы бородавчатой, срезанные 9 апреля в лесопарке Главного ботанического сада АН в Москве.

2). Одногодичный прирост двух сортов чёрной смородины: сорт Лия плодородная из Ботанического сада МГУ на Ленинских горах в Москве и сорт Лакстон из сада Московской плодоовощной опытной станции, срезанные 11 марта.

В начале весны побеги берёзы и смородины ещё не начали расти и сохранили способность к закаливанию. Срезанные ветви были завёрнуты в целлофан и поставлены в фитотроне в охлаждаемые шкафы при -5°С. Для берёзы температура постепенно понижалась каждые сутки на 5° и на 11-й день достигла -60°С. После такого закаливания пучок ветвей погрузили в жидкий азот, в котором он находился 2 суток. Смородина закаливалась более длительное время: 3 суток при -5°С, 10 суток при -10°С, 7 суток при -15°С, 6 суток при -20°С, 3 суток при -25°С, 3 суток при -30°С, 1 сутки при -35°С, 1 сутки при -40°С, 1 сутки при -45°С, 1 сутки при -50°С и 4 суток при -60°С.

После выдерживании при -60°С все пучки быстро погружали в жидкий азот, в котором они находились 3 суток. Затем пучок ветвей быстро переносили из жидкого азота в пустой дьюаровский сосуд, охлаждаемый жидким азотом, и наливали в него жидкий водород. В жидком водороде растения находились в течение 2-х часов, после чего их переносили в сосуд с жидким азотом. Последний медленно испарялся в течение 6 суток. В таких условиях ветви медленно нагревались, затем их помещали в оранжерею для отрастания.

Первый учёт результатов был сделан спустя 12 суток. После охлаждения в жидком водороде все почки на ветвях берёзы бородавчатой распустились, живыми сохранились также мужские и женские соцветия. По всем признакам ветви, промороженные при -253°С, ничем не отличались от контроля. Пыльца берёзы (после промораживания в жидком водороде) прорастала в капле 5%-ного раствора сахарозы при 25°С в течение 2 часов приблизительно на 30%. Такой же результат был и в контроле. Ветви берёзы, срезанные одновременно с того же дерева, но не получившие лабораторного закаливания, полностью вымерзли при -40°С. Аналогичные результаты получены и для обоих сортов чёрной смородины. Без лабораторного закаливания её побеги также погибли при -40°С. После медленного и длительного понижения температуры до -60°С ветви чёрной смородины выдержали -253°С без повреждений. Все её почки, как листовые, так и цветочные, распустились. Черенки после обработки жидким водородом не утратили способность образовывать новые корни. Пыльца прорастала. Однако было замечено, что после -253°С ветви смородины немного отставали в росте.

Указанные опыты позволили предположить, что протопласт у ряда древесных растений после надлежащей подготовки способен выносить при сверхнизких температурах очень плотную упаковку молекул, сухое состояние, отсутствие необходимых газов, прекращать обмен и передвижение веществ. Таким путём жизнь растительного организма может, по-видимому, приостанавливаться. Поскольку при этом жизненная структура протопласта сохраняется, то после возвращения в благоприятные условия в клетках восстанавливается нормальный ход физиологических процессов.

В данных опытах ветви берёзы и черной смородины без повреждений выносили температуры -253°С. В экспериментах Беккереля сухие семена, споры и подсушенные мелкие организмы выживали даже при температуре близкой к -273°С. В данных исследованиях ветви древесных растений после выдерживания их при -253°С находились также в сухом состоянии, так как в них вся вода была в твердом состоянии, при температурах ниже -253°С исключается образование льда в протопласте. Поэтому весьма вероятно, что дальнейшее понижение температуры до абсолютного нуля не вызывает отмирания растений.

Здесь обращает на себя внимание то, что для успешного закаливания растений необходимо медленное понижение отрицательных температур в период второй стадии закаливания. Чем растение потенциально менее морозостойко, тем более медленным должно быть охлаждение. Для берёзы достаточно снижать температуру с -5 до -6°С в течение 15 суток, чтобы она затем могла выдерживать температуру жидкого азота. Для получения такой устойчивости у сосны её необходимо закаливать отрицательными температурами в течение 12 суток. У яблони сорта Антоновка не удалось получить такой морозостойкости при закаливании её в течение 24 суток. Более длительное время необходимо выдерживать деревесные растения и при умеренных морозах от -10 до -30°С, хотя закаливание может продолжаться и при более низких температурах, примерно до -60°С. Дальнейшее понижение температуры может проводиться быстрее. Сезонные определения показали, что максимальная морозостойкость приобретается древесными растениями в период наиболее сильных морозов. Оптимальный режим охлаждения зависит от наследственных свойств растений и от успешности прохождения первой стадии закаливания. Абрикос, например, необходимо выдерживать при слабых морозах более длительное время. Оптимальный режим второй стадии закаливания винограда для слабоморозостойких форм от -3 до -22°С, для морозостойких – от -6 до -30°С.

Рассказывая об описанных опытах, выполненных в Институте физиологии АН, я решил довести до сведения читателей насколько высокой морозостойкостью могут обладать древесные растения при своевременном завершении роста и вступлении в состояние покоя, хорошем завершении первой стадии закалки и правильном выполнении режимов охлаждения и оттаивания во второй стадии закалки. Многое из описанного имеет познавательный характер, а отдельное применимо и на практике.