冬天动物冬眠了，那植物怎么办？

是哪些植物，比你还抗冻？

冬天，人类可以通过穿衣戴帽来抵御寒冷，一件不够再加一件；动物可以通过增加毛量度过寒冬，毛量不够冬眠来凑。

而植物，仿佛被遗忘在冰天雪地之中，任凭风吹雪打，一动不动。即使是在世界上的极寒地带，一点其他活物都见不到的情况下，它们也可以奇迹般地在第二年焕发新生。

那么，问题来了，这些植物为啥会这么抗冻呢？

Part.1

极寒地带在哪里?

要知道抗冻植物分布在哪里，首先我们得知道世界上的极寒地带在哪里。

温度随纬度而变化，说到极寒地带，南北极自然是其中翘楚。北极圈内阿拉斯加境内陆区的年平均气温为-12.4℃，最热月的平均气温也只有3.9℃。

▲ 北极拉普兰地区萨勒克国家公园内薄雾笼罩的河流和山峰，可以看到绿色。图/《地球之冠·北极》

除了常年被冰雪覆盖的极地地区，这个世界上可以称之为极寒地带的，就只有气候恶劣的高山区了。例如青藏高原的藏北高原区，年均气温只有0～3℃，最热月平均气温在13℃，一年中月均温在0℃以下的月份长达6～7月。

这两个区域虽然地理地貌有很大的区别，但是气候条件却惊人的相似，除了气候多变、昼夜温差大、强烈紫外线、风大且气候干旱外，最显著的特点就表现在低温。

但正是这种独特的气候环境，造就了植物生物的多样性和独特性。

虽然这两个地区相隔甚远，但植物种类却惊人的相似，所以两个植物区系常常被当作一个实体，称为“北极-高山植物区”。（这里没有提到南极，因为南极仅有两种维管植物）。

如何在如此极端的环境中“保住小命”，这里的植物也各有各的生存秘笈。

Part.2

极寒地带“作战方案”

自上世纪初，就不断有关于分布于极端环境下植物的报道出现。例如，1938年，Shipton在喜马拉雅山脉中部珠穆朗玛峰北侧海拔6400m的碎石陡坡上，发现了鼠鞠、风毛菊。1973年，Rau在喜马拉雅山脉西北部的喀美特峰海拔6300m处，发现了喜马拉雅高原荠。

身处极寒环境中的植物，主要靠两招活命：提高自己的抵抗能力和耐受能力。

• 一年不行？多长几年

这种极端条件下，可供植物生长的时间不长，植物需要在气候条件适宜的情况下争分夺秒汲取养分，努力生长。

在这里，一年生植物犹如月光族的生活模式不适合极地严酷之地，在没有能量和资源存储和积累的情况下，要在几个月内必须完成开花结果，简直太难了。

而多年生植物懂得将能量不断存储累积在根茎并形成庞大的储能组织，营养物质的积累周期可长达数年，为开花结果和度过漫长冬日时提供足够的资源。

有证据显示，分布于高海拔和高纬度地区的植物种类中多年生植物占据了绝大部分，而二年生和一年生的植物种类仅仅只有很小的部分。例如，青藏高原东南部横断山区高山流石滩519种种子植物中，多年生植物有481种，占植物总数的93.4%。

• 怎么暖和怎么来

在这样的冰天雪地中，很难看到高大雄伟的植物，更多植株比较矮小，株型紧凑。这样做的好处一是可以减少狂风的袭击，二是可以抱团取暖。头顶上的冷风不容易吹进来，植株间的温度就相对较高，而且在相对低矮的地表微生境中，温度较高较稳定，可以保障植物的生长进程能够快速开展。

研究人员发现挪威虎耳草头上2米的空中温度只有0.5℃，在距离地面1厘米的地表温度可达3.5℃，而在几朵花的花苞之间，温度竟然可达6℃。假如说植物要是能够深藏在灌木丛或者石缝中，局部温度差异可以达到近22℃。是不是没想到抱团的策略能这么有效？

▲ 挪威虎耳草。图/Wikipedia

除了株型上的变化，全身披满绒毛和长毛无疑也是很好的保暖策略。这在极地植物中十分常见。植株上的绒毛不仅仅保护植物度过寒冬，在开花结果期间也起到关键作用，可以很好的保证花和果实这类重要的繁殖器官加速成熟而不受冻害。

像我们冬天盖绵被一样，在低矮的地表，懂得“盖被子”也是重要的生存技巧。许多植物会选择将自己藏在多年死亡掉落的老叶中“萌发”，这样能在很大程度上降低寒冷对植物生长带来的不利影响。

有的时候，面临突如其来的低温寒流，冰雪形成的天然冰壳也是重要的保温层，就像北极爱斯基摩人的冰屋，可以很大程度上隔绝极端低温带来的影响。

• “声东击西”保护法

在这样的环境中可以生存下来的植物都不是一般的植物，他们拥有自己的生活哲学。如此恶劣的环境，不可以过于贪婪，什么都想得到，懂得取舍才能换来生存的许可证。

比如巨大的莲座叶，在夜间可以相互折叠形成卷心菜的形状，保护卷叶内部的花芽不会受到夜间低温的伤害。

▲ 莲座叶在夜间折叠成卷心菜的形状来保护自己。图为卷心菜。图/Wikipedia

卷心菜的构造使得植物外部的结构即使受冷害死掉，也能保护内部的茎叶不被冻伤。

• “不畏寒冷”的内功

求人不如求己，外求不如内求。在酷寒地带，气候瞬息万变，在气温骤降时，一些极地植物会通过调节体内高的渗透压，让钙离子快速地汇入细胞液，从而抵御低温带来的破坏。

例如宽叶柳兰会在花期即使遇到零下3℃的低温，也能安然无恙。掌握了这招以后，一些生长在北极的灌木种类，甚至在生长期还能耐受零下8℃的低温。

▲ 宽叶柳兰。图/Wikipedia

高效的资源利用效率也是一项很重要的生存技能。一些北极植物由于叶绿素比例较高，能够在生长期保持更高的呼吸效率和光合作用率，将能量快速转化为糖和油脂类进行存储。

比如，羊胡子草可以通过中空的茎秆能够存储大量的二氧化碳，这些二氧化碳可参与光合作用，使得能量利用效率增加，让其能够在苔原快速增长并占据优势。

▲ 羊胡子草。图/Wikipedia

Part.3

神奇的抗冻植物有哪些？

• 棉毛植物

见名如见面，棉毛植物是一种全身密被绒毛的可爱植物。它们的花序，由高度被毛的苞片覆盖着。

其中最出名并且最具代表性的，莫过于菊科风毛菊属雪兔子亚属的植物了。

▲ 雪兔子的“绒毛”。图/Wikipedia

水母雪兔子的头状花序的颜色和植株的形状，起到了很好的吸收热量的作用，苞片和上面附生的毛被可以很好的保护繁殖器官免受积雪的伤害。

• 温室植物

这里所说的温室植物，可不是说适宜种植在温室中的植物。

对于这些植物来说，他们终生信奉一个原则“自己动手，丰衣足食”。既然自己没有住在温室里的命，那也只能自己给自己建造一个温室。

▲ 塔黄生长在恶劣的环境中。图/Wikipedia

比如说塔黄，具有的淡黄色半透明苞片，可能对包裹于其中的总状花序起到了类似于温室的保温作用。

塔黄的苞片不单单起到了阻挡冷风的作用，更像一个滤光板，它不含有叶绿体，却对于光合作用所需要的光及漫射光的透射率远大于其他光线，加强了保温作用和对温室植物对多云天气状况的适应能力。

• 气囊植物

除了“温室植物”和“棉毛植物”外，在青藏高原青海地区和横断山区西藏东南部还存在一种特殊的气囊植物。

气囊植物的特殊性，是花萼在果实成熟时会形成中空而且充满气体的囊状结构，将果实包裹其中。

▲ 气囊植物的一种：钉头果。图/Wikipedia

马尿泡属植物往往分布于山体的迎风坡面，所以可以借助这种特殊的气囊状结构，利用风力把果实传播到距离母株很远的生境中。

此外，气囊结构还可能具有保持温度的功能，让果实中的种子能够正常发育。

• 垫状植物

垫状植物是对具有半球形或球形表面植物的总称，是植物经过多年辐射性生长而形成的一种小枝紧密簇生结构。

垫状植物的结构，可能有助于保温。有研究者认为，它们的球形或半球形表面其实是一个十分理想的热量捕捉器，这种表面积大于体积的结构，有利于提高垫状植物获取热量的效率，还能增大光合作用面积。

对阿尔卑斯山无茎蝇子草的拱型结构内部温度和气温进行测量和比较后，进一步证实了垫状植物内部温度可以比同时期的外界气温高出10℃左右，可以很好的保护茎秆防止结冰。

植物为了抗冻，真是各出奇谋。而正是这样的策略，能够帮助它们更好地在极端环境中生存下去。

参考文献:

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[8] 张石宝, 2005.栎属高山栎组(壳斗科)和杓兰属(兰科)植物的吴征镒,1988.西藏植物区系的起源及其演化[A].吴征镒主编.西藏植物志第5卷[M].北京:科学出版社, 874—902

[9] 张石宝, 2005.栎属高山栎组(壳斗科)和杓兰属(兰科)植物的生理生态适应性[D].中国科学院研究生院博士学位论文