结冰的叶子
结冰的叶子
一提到结冰，我们就会想到严寒的北方，可在冬季和春寒的季节，北方的落叶乔木大都停止了生长，只剩下了光秃秃的虬枝。叶子在哪儿，它还会结冰吗？
其实，在南方，在一些冬季寒冷的日子和春寒料峭的时候，气温也常常降低到了０℃以下，可是，那些绿衣不减的乔木的叶子为什么没有被冻坏呢？甚至有的还开出红艳多彩的花朵来。例如山茶花树，就在料峭春寒的春风里，顶着零下几摄氏度的酷寒，含苞怒放了。但是，你注意到了吗？在这万绿丛中一点红的瑰丽景色里，那山茶的花和叶为什么能耐得住那么低的气温呢？
如果我们亲自在春寒中去看望一下这个季节的花魁，我们就会发现，山茶树的叶子有时也会受冻，用手指弹一下还会发出很脆的声音，给人一个类似要脆折的感觉，可是用手捏一捏时，却感到有弹性，并且在手指的温热下，还感到好像有冰被融化了。和上面的情况相似的还有许多，例如茶树、冬青树、黄杨树以及一些能够越冬的蔬菜叶子。
如果我们把眼光投人到广阔的大自然，我们就会注意到，有着许许多多的植物具有良好的耐寒性能，上一节我们讲了鱼类的耐寒本领，看来，这并不是鱼类及动物的专利。像许许多多的北方针叶林带，我国的大兴安岭，俄罗斯的西伯利亚，以及加拿大的北方针叶林，欧洲北部遍布的寒带、亚寒带森林中的针叶树，它们都能够耐受严峻的冬寒，坚韧地生长着。如果我们把这种对耐寒性的考察进一步扩大到海洋时，还能够看到在比淡水结冰温度还要低的条件下，在那些没有冻结的海水中（其实际温度已低于０℃），仍然有海藻和属于显花植物的大叶藻在生长着。
其实，在大自然中，像上面那些植物一样，耐寒的植物还有很多，它们也可以在Ｏ℃以下进行生长。它们如同山茶树的叶子，不但在受冻之后依然能够活，而且只要不被冻坏，它们在０℃以下还能照样生长。
现在我们撇开生物学的观点先来考察一下溶液。例如食盐水，它就比纯水难结冰，这就是所说的冰点降低，为了要测定溶液的渗透压，其中就有一种是冰点降低法。已知低浓度溶液的冰点降低度和渗透压大小之间，基本上存在一种直线关系。
假如我们把上面所说的溶液看作是叶子中的溶液，或者更精确地说，是把它看作叶子细胞中的溶液，那它在叶子中就起着降低冰点的作用（这与鱼类的耐寒技术中增加血液中的盐类起到降低血液冰点的化学原理是一致的）。如果把食盐水换成糖水，也同样能起到降低冰点的作用。即糖溶液的浓度越高。叶细胞内的液体越不易被冻结。
植物在适应环境的过程中，形成了这样一种本领，常绿树在寒冬即将到来的时候，就把它以前贮存在枝和干中的淀粉转化成糖，然后输送到叶子中去，这就增大了叶子细胞液中的含糖量，于是叶细胞内以糖为主要溶质的溶液的浓度就增大了。当然其渗透压也随之升高，因此结冰的温度就更低了，也就是说“冰点降低度”更大了。这就是叶子在０℃以下，仍然不能冻结的首要原因。所以当叶子处在０℃与其细胞液冰点之间的温度，例如零下几度，它就不会被冻坏。
但是，从我们上面观察到的山茶的情况，山茶的叶子也产生了受冻的情况，下面我们来分析一下原困。
我们知道，叶子并不是满满地填充着组织和细胞的，在它们的组织和细胞之间都存在着许多空隙。这些空隙填充着一些液体，这种液体的浓度要比细胞内液体的浓度小，所以在气温下降时，它就要比细胞内的液体先结冰，这也就是说，在０℃和细胞内溶液的冰点之间还存在着另外一个冰点，即细胞间溶液冰点。气温再进一步降低时，细胞内的溶液也逐渐结冰。前者称为第一冰点后者称为第二冰点，即发生了所谓两步冰结。
上述叙述，实际上是由实验结果所推导出来的一种理论。但是这种理论是否适用于山茶树叶的受冻情况，是否适用于自然生长条件下的叶子受冻的过程，目前还很难证实。例如冬季的黄杨树叶，它的组织间隙已经结冰可予以证明，但是其细胞内部是否结冰，则无法证实。不过，在一般情况下，在叶子受冻时它的细胞内部也要结冰。
在叶子受冻时，叶细胞内维持生命现象的原生质，从它的结构和功能上讲，它能耐受低温和低温下结冰时所产生的脱水作用，即原生质有耐受低温和游离水减少的功能。例如，含游离水非常少的植物种子和孢子能够安全越冬，就是这种功能在极端情况下发挥作用的例子。
那些战胜了冰冻而生存下来的山茶树叶，随着气温回升的同时，叶中的冰也逐渐融化了。叶子中冰融化的过程与结冰的过程是一对逆反过程。在冰融化时，这时的冰变成了比它小的水，因此对承受一定压力的叶子结构失去了支撑，使叶子重新变得柔软，甚至是柔软得失去了往日的原形。这时，细胞内的渗透压由于水分溶加而下降（水分增加，溶液浓度降低），即原生质中的游离水增多了。
实际上，冬季的山茶树叶，每天都是在结冰到融化，然后又重新结冰这样反复过程中生活着（在我国南方，山茶树很多，气温也是有时夜晚在0℃以下）。因此，叶子不单纯由于结冰而导致死亡，也可以由于融化的过程中导致死亡。那些具有耐寒性能的叶子，则能巧妙地度过这两种不同的难关。
其实，叶子耐寒还不仅仅由于细胞内溶液的冰点降低这一种原因。它是一种适应环境的复杂的保护机制。例如北方的针叶树，它们的耐寒的独特之处还在于它们的叶子一律地呈针状，这也是一种缩小叶子表面积，从而保持自身的“体温”的耐寒本领。还有，在针叶树的针形叶子上还都有一层比南方树叶要厚许多的特殊的蜡质层，这也是它们自我保护的本领之一。当然，自然界的耐寒植物还有许多，其他的不为人知的耐寒奥秘有待于人类去发现。在我们的生活中，实际上我们经常地运用到一些防止植物受冻的知识。
例如，为了让小麦等农作物能够安全地越冬，如果事先进行一次人工冷冻，就能防止冻害。这是因为用人工的方法增加了叶中的糖分，增加了叶中的渗透压，因而使叶子得以战胜冬寒。
按照上述方式越冬的植物，一到开春，新芽就要变成嫩叶，这时气温如果突然下降，充满游离水的嫩叶，马上就要受害。我们大家都熟知的：晚春季节茶树还可能因为倒春寒而受霜害。因此，即使是一种耐寒性的植物，由于所处的季节和时间的不同，也有发生冻害的可能。显然，这和上面的情况是相同的道理。
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