在抗冻前植物需要做哪些准备

秋天气温低于15℃时，植物启动了过冬的准备，那就是不让晶核出现和降低冰点浓度。

许多年来，农业生产中为了防止植物霜冻伤害，常采用放烟雾方法让冰晶结在空气中而不结在叶子表面，十分有效。科学家发现，植物表面普遍存在一种细菌，可以成为晶核，于是在20世纪60年代培养出一个新型变种，这个变种不会形成冰核，从而阻碍它们被当作晶核，在农业生产中大获成功。

有些植物有自己的办法，能在它们的叶面分泌一种被称为抗冻蛋白的奇妙蛋白质。这种蛋白质首先在极地海洋鱼类的血液中被发现，它不仅让水的冰点下降，还可以让水分子在它们的周围有序地排列起来，只形成二维而不是三维的冰晶。科学家猜测，这也许就是极地海洋鱼类的血液冻不起来的原因。后来，在燕麦的叶面上和植株体内也发现了有类似结构的分子蛋白，据猜测它们能阻止叶面的冰晶通过气孔扩展到叶片组织内。

有些植物为了降低细胞内外的溶液冰点，在液泡里积累较多的钾离子、钙离子、抗氧化物质、糖分、淀粉、亲水的氨基酸、亲水的蛋白质等。细胞还向细胞壁分泌很多物质，调节细胞壁中溶液状况。例如著名的加拿大枫糖，就是在秋天积累大量淀粉在树皮中防冻，到春天转化成的蔗糖。

秋天，植物也在细胞质膜和所有生物膜中增加不饱和脂肪酸的组成，改善它们的弹性和流动性，有利于经受昼夜冻融引起的质壁分离的折腾，尽管这些准备让植物付出减缓生长繁殖速度的代价。有时秋天气温冷热反复无常，在植物还未做好准备时降温冰冻突然来临，植物就会受到空前的严重伤害。

冰晶是水汽在冰核上凝华增长而形成的固态水成物，细胞外小冰晶能不能变大要看细胞壁是否可被压缩。草本植物细胞壁里纤维素多，木质素少，小冰晶很容易合并成大冰块，所以它们的抗冻能力较差。一般的北方树木，冰晶会在树皮和树芯之间合并成冰块，冰块过大可能将树皮冻裂。在西伯利亚有些树木，有特别多木质素的坚硬细胞壁，它们干脆不给小冰晶合起来冻裂树皮的机会，因此能在-60°至-50℃下生存。

此外，能在植物组织里找到冰块的地方是休眠花芽外的基部。在苹果、梨和桃树的整个休眠花芽内部的水分有耐寒的本领，在-20℃，甚至-40℃也不会形成冰晶，这被称为器官过冷现象。在严冬，树干冻裂，果树上的休眠花芽却避免了结冰的伤害，确保了来年春天树木开花结果。（苏维埃）

【实验场】观察水或溶液的过冷现象

找一个干净的饮水瓶。在盖上钻个孔插入一个能显示零摄氏度以下数字的干净温度计。用净水冲洗两次以上。用密封剂（如硅胶）密封温度计和瓶盖的间隙。在这个瓶子里倒入蒸馏水，水面浸没温度计球部。旋上盖让瓶子静止一天，轻轻地把它放到冰箱冻格里，确保可以看到温度计上的数字。在冰箱里静止几个小时，其间不时检查温度，不要以任何方式移动或搅拌瓶子。

如果一切顺利，水会冷却至低于0℃还没结冰，这也就是水过冷了。将这个瓶子取出，轻轻放上桌子，瞬间摇一下（不超过一秒钟），这时水会突然冻结成固体。

你会同时注意到，这时水温上升了。这怎么可能？为什么？

【微问题】南方的植物不能在北方生长，是不是因为它们体内缺少抗冻蛋白？

【关键词】冰核　冰晶　抗冻蛋白