Zima potrafi zaskoczyć wielu z nas. Nieprzygotowani na ujemne temperatury, opady śniegu i towarzyszące im zjawiska gorączkowo wyciągamy z szafy ciepłe ubrania i zmieniamy opony na zimowe. Co ciekawe, rośliny w naszym klimacie rokrocznie nie dają się zaskoczyć zimie, bowiem zawsze są do niej przygotowane na długo przed tym nim ona nadejdzie. Strategia życiowa roślin klimatu umiarkowanego zakłada, że przechodzą one okres spoczynku podczas zimy w celu przetrwania niekorzystnych warunków.

Już z końcem lata obserwujemy, jak przyroda przygotowuje się do zimowego snu. Zwierzęta gromadzą zapasy na zimę, zapadają w sen lub odlatują do ciepłych krajów. Roślinom jest trudniej – nie mogą się przemieszczać, więc przystosowania do przetrwania trudnych warunków obejmują ich budowę i metabolizm. Rośliny jednoroczne zapewniają sobie ciągłość istnienia poprzez nasiona – zimujące w uschniętych kwiatostanach lub w glebie. Rośliny zielne wieloletnie zimują często w postaci organów przetrwalnych znajdujących się pod ziemią – korzeni, kłączy czy cebul.

Spoczynek zimowy roślin poprzedza zahamowanie lub ograniczenie wzrostu, starzenie się liści i wycofywanie z nich składników pokarmowych, rozwój organów przetrwalnych, zmniejszenie aktywności metabolicznej oraz formowanie pąka zimowego chroniącego merystemy wierzchołkowe pędów. Rośliny przechodzą w stan spoczynku – odwracalnego zahamowania aktywności wzrostowej i metabolicznej. Proces ten jest indukowany w zależności od gatunku, skracającym się dniem i obniżającą się temperaturą. Zmiany fotoperiodyczne mają charakter cykliczny, powtarzają się rok rocznie. Spadek temperatury jest trudniejszy do przewidzenia – zależy on wprawdzie od położenia geograficznego i klimatu, jednak wykresy temperaturowe w różnych latach często znacznie odbiegają od siebie. Za detekcję zmian fotoperiodu odpowiada fitochrom A, który następnie angażuje kwas abscysynowy (ABA) i etylen, dwa fitohormony biorące udział w indukcji spoczynku. Kwas abscysynowy, który jest hormonem odpowiedzi na stres – indukuje i utrzymuje spoczynek w pąkach i nasionach.

Zastosowanie metod genomicznych, proteomicznych i metabolomicznych pozwoliło stwierdzić, że komórki roślinne pozostają aktywne podczas spoczynku. Następują w nich jednak zmiany hormonalne i metaboliczne. Przy spadku temperatury spada płynność membran i białek z nimi związanych – sztywniejsze membrany to aktywacja kanałów wapniowych i napływ wapnia do komórki. Spadek temperatury to również depolimeryzaja elementów cytoszkieletu– mikrotubul, (cytoszkielet to sieć włókien białkowych zanurzonych w cytozolu komórki). Spadek temperatury poniżej zera to już zamarzanie wody w przestrzeniach międzykomórkowych, odwodnienie cytozolu komórek, tworzenie kryształów wody w przestrzeniach międzykomórkowych – co może powodować mechanicznie uszkodzenia błon biologicznych i innych organelli. Prowadzi to do zniszczenia i śmierci komórek, co daje efekt tzw. wymarzania roślin. Rośliny wytworzyły szereg adaptacji przeciw wymarzaniu – wykształcają wielowarstwowe tkanki okrywowe, zrzucają liście na zimę, gromadzą w komórkach substancje obniżające temperaturę zamarzania.

Faza właściwego spoczynku głębokiego (endospoczynku) charakteryzuje się tym, że roślina jest odporna na mróz nawet podczas czasowych ociepleń, spoczynek nie zostaje wtedy przerwany a roślina jest niezdolna do wzrostu. Do przerwania tego stanu niezbędna jest czasowa ekspozycja na chłód. Spoczynek ten indukowany jest przez niskie temperatury a regulowany czynnikami endogennymi uniemożliwiającymi wzrost niezależnie od bodźców środowiska.

Rośliny zimozielone obejmujące rośliny iglaste i liściaste niezrzucające liści zimą przeprowadzają fotosyntezę mniej intensywnie niż podczas sezonu wegetacyjnego. Iglaki radzą sobie z niskimi temperaturami i zimową suszą poprzez budowę liści – igieł. Igły mają budowę kseromorficzną – zewnętrzna warstwa komórek jest silnie zgrubiała i pokryta kutyną (mieszaniną wosków), powierzchnia asymilacyjna jest niewielka w odniesieniu do „prawdziwych” liści. Korowina iglaków jest gruba i wielowarstwowa. Rośliny zimozielone m.in. borówka brusznica czy bluszcz mają grube, skórzaste liście, otoczone warstwą wosku, chroniącą je i zabezpieczającą przed transpiracją. Wiecznie zielone rośliny zachowują aktywność metaboliczną dostosowując ją jednak do warunków zimowych.  Ujemne temperatury indukują dehydratację, która narusza status wodny rośliny i powoduje osmotyczny i oksydacyjny stres. W roślinach spoczynek oznacza blokadę transportu międzykomórkowego w komórkach tkanek przewodzących. Z końcem okresu wegetacji pory w sitach rurek sitowych ulegają zasklepieniu kalozą, która wiosną ulega rozpuszczeniu a komórki odzyskują drożność. Pąki są odporne na nagłe spadki temperatur i dopiero pod koniec tej fazy pękają. W pylnikach formują się wtedy ziarna pyłku, słupek zaczyna rosnąć.

Odpowiedź roślin na spoczynek zależy również od gatunku i odmiany rośliny. Warunkiem ustąpienia spoczynku jest niska temperatura aplikowana przez odpowiednio długi czas. Głównym zadaniem spoczynku zimowego roślin jest zapobieganie nagłemu wzrostowi/kiełkowaniu w warunkach wysoce dla nich niekorzystnych.

Rośliny do perfekcji opanowały sztukę chronienia się przed zimnem, o nasze rodzime gatunki nie musimy się więc martwić. Rośliny z cieplejszych stref klimatycznych sadzone w naszych ogrodach potrzebują za to naszej opieki i często dodatkowych okryć zimowych. Ale to już jest temat na inną opowieść ????

Magdalena Bederska-Błaszczyk