Опыты, проведенные в свое время научными сотрудниками Института физиологии растений АН во главе с И.И. Тумановым по определению морозостойкости у древесных растений в условиях Подмосковья, показали, что в период вегетации побеги вымерзают уже при температурах немного ниже -5°С. С сентября начинается повышение устойчивости, особенно после наступления морозов. Наибольшую устойчивость приобретают растения в самый суровый период зимы
Опыты, проведенные в свое время научными сотрудниками Института физиологии растений АН во главе с И.И. Тумановым по определению морозостойкости у древесных растений в условиях Подмосковья, показали, что в период вегетации побеги вымерзают уже при температурах немного ниже -5°С. С сентября начинается повышение устойчивости, особенно после наступления морозов. Наибольшую устойчивость приобретают растения в самый суровый период зимы. Таким образом, те морозы, которые повреждают и губят растения, находящиеся в вегетирующем состоянии, после первой фазы 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 способны без значительных повреждений, выдерживать морозы: у яблони сорта Грушовка московская до -40°С, у ели – до -50°С, у березы – до -65°С. Даже у одного и того же дерева максимальная устойчивость может по годам колебаться, например, у березы между -50 и -65°С. В холодные зимы она бывает выше, чем в теплые.
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 фазы 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, березы и черной 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) березы бородавчатой, срезанные 9 апреля в лесопарке Главного ботанического сада в Москве).
2). Одногодичный прирост двух сортов черной смородины: сорт Лия плодородная (из сада на Ленинских горах в Москве) и сорт Лакстон (из сада Бирюлевской плодоовощной станции), срезанные 11 марта.
В начале весны побеги березы, и смородины еще не начали расти и сохранили способность к закаливанию. Срезанные ветви были завернуты в целлофан и поставлены в фитотроне в охлаждаемые шкафы при -5°С. Для березы 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 учет результатов был сделан спустя 12 суток. После охлаждения в жидком водороде все почки на ветвях березы бородавчатой распустились, живыми сохранились также мужские и женские соцветия. По всем признакам ветви, промороженные при -253°С, ничем не отличались от контроля. Пыльца березы (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 березы, срезанные одновременно с того же дерева, но не получившие лабораторного закаливания, полностью вымерзли при -40°С. Аналогичные результаты получены и для обоих сортов черной смородины. Без лабораторного закаливания ее побеги также погибли при -40°С. После медленного и длительного понижения температуры до -60°С ветви черной смородины выдержали -253°С без повреждений. Все ее 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 путем 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 березы 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 фазы закаливания. Чем растение потенциально менее морозостойко, тем более медленным должно быть охлаждение. Для березы 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 ее необходимо закаливать отрицательными температурами в течение 12 суток. У яблони сорта Антоновка не удалось получить такой морозостойкости при закаливании ее в течение 24 суток. Более длительное время необходимо выдерживать деревья 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 растениями в период наиболее сильных морозов. Оптимальный режим охлаждения зависит от наследственных свойств растений и от успешности прохождения первой фазы закаливания. Абрикос, например, необходимо выдерживать при слабых морозах более длительное время. Оптимальный режим второй фазы 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, хорошем завершении первой фазы закалки и правильном выполнении режимов охлаждения и оттаивания. Многое из описанного имеет познавательный характер, а отдельное применимо и на практике.
В.Н. Шаламов