Was passiert mit Pflanzen im Winter?

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Kandidat der Biowissenschaften W. I. Artamonow
Chemie und Leben Nr. 2, 1979, S. 36-39

Von der Zauberin Winter
Ist der Wald bezaubert, steht –
Und unter dem Schneegefranse;
Unbeweglich, stumm.
Mit wunderbarem Leben glänzt er.
Und steht er bezaubert, —
Nicht ein Toter und nicht lebendig, –
Von einem Zaubertraum umfangen.
Ganz umhüllt, ganz umfangen
Mit einer leichten Flaumkette.
F. I. TJUTSCHEW

Pflanzen erscheinen uns im Winterwald völlig leblos. Und dennoch verlässt das Leben auch im Winter, bei den strengsten Frösten, die Bäume und Sträucher nicht vollständig. Die Pflanzen ruhen in dieser Zeit nur, sammeln Kräfte, um mit dem Einzug des Frühlings die winterlichen Fesseln abzuwerfen. «Was wir den Schlaf der Natur nennen, – schrieb S. Pokrowski, – ist nur eine besondere Form des Lebens, voller tiefer Bedeutung und Sinn.» Eine solche Lebensform pflanzlicher Organismen wird als Ruhezustand bezeichnet.

«NICHT TOT UND NICHT LEBENDIG. «

Im tiefen Ruhezustand ist der Stoffwechsel der Pflanze stark gehemmt und das sichtbare Wachstum stoppt. Allerdings bedeutet dies nicht, dass alle Lebensprozesse vollständig zum Stillstand gekommen sind. Einige von ihnen laufen auch während der Winterruhe weiter. Beispielsweise wird Stärke in Zucker und Fette umgewandelt, Zucker werden bei der Atmung verbraucht. Zwar ist die Intensität im Winter 200-400 Mal geringer als im Sommer.

Auch Wachstumsprozesse finden zu dieser Zeit statt, sie zeigen sich jedoch nicht äußerlich. Der Zustand der Winterruhe — eine Phase besonders intensiver Aktivität des sogenannten Bildungsgewebes oder Meristems, aus dem neue Zellen und Gewebe entstehen. Sowohl bei immergrünen als auch bei laubabwerfenden Pflanzen werden zu dieser Zeit Blattanlagen in vegetativen Knospen und Blütenelemente in Blütenknospen angelegt. Ohne dies wäre der bevorstehende Übergang des pflanzlichen Organismus zu aktivem Leben im Frühjahr schlichtweg unmöglich. Deshalb ist für eine große Anzahl von Pflanzen, und vor allem für alle mehrjährigen Formen, die Ruhe eine notwendige Bedingung für normales Wachstum während der Vegetationsperiode.

Die Fähigkeit, in einen Ruhezustand zu versinken, haben Pflanzen im Laufe der Evolution entwickelt — es ist eine wichtige Anpassung an das periodische Auftreten ungünstiger äußerer Bedingungen. Dies wird erneut durch die Tatsache bestätigt, dass Pflanzen manchmal nicht nur im Winter, sondern auch im Sommer aufhören zu wachsen. Zum Beispiel werfen einige von ihnen bei Trockenheit die Blätter ab und stellen das Wachstum vollständig ein — genauso wie im Spätherbst. Ein solcher Ruhezustand wird als erzwungene Ruhe bezeichnet. Im erzwungenen Ruhezustand befinden sich Waldbäume und Sträucher auch am Ende des Winters — zu dieser Zeit wird ihr Zustand nur durch ungünstige äußere Bedingungen erklärt. Wenn man im Januar-Februar im Wald einen Birkenzweig abschneidet, ihn ins Zimmer bringt und ins Wasser stellt, dann werden die Blattknospen bald zu wachsen beginnen und Triebe hervorbringen.

Wenn man jedoch denselben Zweig im Oktober oder November abschneidet oder in einen warmen Raum bringt, wird er sich sehr lange nicht entfalten. Zu dieser Zeit befindet sich die Pflanze in einem Zustand der sogenannten tiefen Ruhe, die selbst durch das Eintreten der günstigsten Wachstumsbedingungen nicht gestört werden kann. Die tiefe Ruhe — eine notwendige Entwicklungsphase der Pflanze, die die Vegetationsperiode ablöst.

Die Dauer der Ruheperiode ist bei verschiedenen Bäumen und Sträuchern unterschiedlich. Einige Pflanzen — Holunder, Geißblatt, Faulbaum, Flieder, Schwarze Johannisbeere — zeichnen sich durch eine kurze Ruheperiode aus; bei ihnen endet die tiefe Ruhe unter natürlichen Bedingungen bereits im Oktober. Wenn man sie im Gewächshaus kultiviert, verhalten sie sich wie immergrüne Pflanzen: Die Knospen, die im Frühjahr des nächsten Jahres Triebe hervorbringen sollten, öffnen sich bereits im November, lange bevor die Pflanze die alten Blätter abwirft. Möglicherweise waren diese Pflanzen in der Vergangenheit tatsächlich immergrün. Im Laufe der Evolution, als das Klima kälter wurde, passten sie sich an die neuen Bedingungen an, begannen im Winter die Blätter abzuwerfen, behielten aber die Fähigkeit, die Ruheperiode bei relativ hohen Temperaturen zu durchlaufen.

Deutlich länger — bis Januar — dauert die Ruheperiode bei der Warzen-Birke, dem Weißdorn und der Silber-Pappel. Und die längste Ruheperiode haben die Winter-Linde, der Tataren-Ahorn, die Sibirische Fichte und die Wald-Kiefer. Die überwinternden Knospen der Linde sind beispielsweise fast ein halbes Jahr lang nicht keimfähig. Bei Eiche, Buche und Esche befinden sich die Knospen bis Ende April im Ruhezustand.

In einen Zustand tiefer Ruhe verfallen Bäume und Sträucher sehr früh — dann, wenn das Wetter ihnen scheinbar noch normales Wachstum erlaubt. Im europäischen Teil der UdSSR gehen viele von ihnen beispielsweise bereits im Juli-August in den Ruhezustand über.

Das Signal zur Ruhephase ist für sie die Verkürzung der Tageslichtlänge. Die Veränderung der Tageslänge nehmen bei Pflanzen die Blätter wahr, und in deren Abwesenheit — die Knospen. Wenn die Tage kürzer werden, ändert sich in den Pflanzen das Verhältnis zwischen Phytohormonen, die Wachstumsprozesse stimulieren und hemmen. In den Blättern steigt der Gehalt des wichtigsten natürlichen Wachstumsinhibitors — der Abscisinsäure, welche die Synthese von hydrolytischen Enzymen (Amylase, Proteinase und anderen) hemmt, die für das Aufbrechen der Knospen, die Keimung von Samen und andere vegetative Prozesse erforderlich sind. Aus den Blättern wird die Abscisinsäure in die Knospen transportiert und «schläfert» sie ein. Möglicherweise gibt es auch andere Inhibitoren, die beim Übergang der Pflanzen in die Ruhephase dieselbe Funktion erfüllen. Gleichzeitig nimmt in den Pflanzengeweben der Gehalt an natürlichen Wachstumsstimulatoren, wie beispielsweise Gibberellinen, ab.

Einige südliche Pflanzen, die man in nördlichen Breiten zu kultivieren versucht, gedeihen dort nur deshalb nicht, weil sie unter den neuen Bedingungen das Signal zum Eintritt in die Ruhephase nicht rechtzeitig wahrnehmen: Sie sind nämlich an eine ganz andere Tageslichtdauer gewöhnt. Wenn sie schließlich begreifen, dass der Winter vor der Tür steht, ist es bereits zu spät: Die Gewebe der Pflanzen, die in aktivem Wachstum von Frost überrascht werden, sterben ab. Kennt man jedoch die Faktoren, die den Eintritt in die Ruhephase beeinflussen, kann man erreichen, dass diese Pflanzen auch im Norden überwintern. Dazu kann man sie beispielsweise jeden Tag vor Einbruch der Dämmerung mit lichtundurchlässigen Hüllen abdecken. Indem wir so den natürlichen Lichttag verkürzen, zwingen wir die Pflanze, rechtzeitig mit der Vorbereitung auf den Winter zu beginnen.

Viele Leser haben wahrscheinlich schon bemerkt, dass Bäume, die in der Nähe von Straßenlaternen wachsen, im Herbst ihr Laub länger behalten als andere. Dies wurde erstmals zu Beginn dieses Jahrhunderts vom österreichischen Physiologen H. Molisch beobachtet. Er versuchte, dieses Phänomen mit Besonderheiten der Wasserverdunstung durch die Blätter zu erklären. Tatsächlich erklärt sich der späte Laubfall bei Pflanzen, die von Laternen beleuchtet werden, jedoch durch die künstliche Verlängerung des Tageslichts.

Auf den Übergang der Pflanzen in die Ruhephase hat auch die Temperatur einen Einfluss: Bei einigen Arten (vorwiegend südlichen Ursprungs — Esche, Rosskastanie, Flieder, Kirsche) ist die Senkung der Nachttemperaturen das Hauptsignal für die Ruhephase.

In der natürlichen Umgebung erfolgt die Temperatursenkung in der Regel genau zu der Zeit, wenn der Lichttag merklich kürzer wird. Es ist nicht verwunderlich, dass der Lebensrhythmus der Pflanzen durch das Zusammenwirken dieser beiden Faktoren gesteuert wird. Die Veränderung der Beleuchtungsstärke, die von den Pflanzen über das System der Phytohormone wahrgenommen wird, dient als erster Impuls für die Umstellung der physiologischen Prozesse, die dann unter dem Einfluss von Temperaturverschiebungen abgeschlossen wird.

Niedrige Temperaturen sind für manche Pflanzen während der Ruhephase einfach notwendig: Erst nach einer deutlichen Abkühlung (mindestens 0 °C über 3–4 Wochen) können sie später normal weiterwachsen. Dies war bereits in der Antike bekannt; so schrieb Plinius in seiner «Naturalis historia»: «Die rechtzeitig einsetzende Kälte trägt wesentlich zur Stärkung der Bäume bei, die sich dann hervorragend entwickeln; anderenfalls, wenn sie von Austern [warmen Südwinden – V. A.] gestreichelt werden, erschöpfen sie sich, besonders zur Blütezeit.» Dies wird auch durch Experimente bestätigt. Zerlegt man beispielsweise im Herbst denselben Blaubeerstrauch in zwei Teile und zieht den einen den ganzen Winter im Gewächshaus, während der andere in der natürlichen Umgebung bleibt, so wächst die Hälfte des Strauchs, die den Winter im Gewächshaus verbracht hat, im Sommer deutlich schlechter. Aus demselben Grund gehen Birn- und Pfirsichbäume, die ständig in einem beheizten Treibhaus wachsen, oft ein.

In den Tropen, scheinbar einem idealen Ort, wo es das ganze Jahr warm ist, wachsen die meisten Laub abwerfenden Pflanzen der gemäßigten Zone nicht besser als zu Hause. Auch hier liegt es daran, dass die «Gewächshausbedingungen» es ihnen nicht erlauben, in einen Ruhezustand zu verfallen, der notwendig ist, um Kräfte für die stürmische Entwicklung in der relativ kurzen Vegetationsperiode zu sammeln.

Pflanzen, die im Winter von Schnee bedeckt sind, ist unter seiner warmen Decke gar nicht so kalt. Aber wie widerstehen Bäume und Sträucher dem Frost, deren entblößte Zweige von der Kälte durchdrungen werden? Warum sterben ihre Knospen und Triebe nicht ab?

Die Widerstandsfähigkeit der Pflanzen gegen niedrige Temperaturen entsteht hauptsächlich durch innere Veränderungen in den Zellen, vor allem durch Veränderungen ihrer chemischen Zusammensetzung.

Die Rolle des Frostschutzmittels – einer Substanz, die die Gefriertemperatur der in den Zellvakuolen befindlichen Lösungen senkt – spielen Zucker: Sie sammeln sich im Zellsaft während der Vorbereitung der Pflanze auf den Winter. Wichtige Schutzfunktion übernehmen Zucker auch im Zytoplasma: Sie schützen dessen Proteine vor Koagulation (Gerinnung) bei sinkender Temperatur. Je mehr Zucker die Pflanzen in ihren Zellen angesammelt haben, desto besser sind sie auf niedrige Temperaturen vorbereitet. Es ist bekannt, dass Obstbäume, etwa Apfelbäume, die im Sommer besonders reichlich Früchte getragen haben, im Winter weniger frosthart sind. In diesem Fall werden die Nährstoffe hauptsächlich für die Fruchtbildung verwendet, und es wird wenig Zucker als Reserve eingelagert. Kein Wunder, dass solche Bäume leichter erfrieren.

Schlecht vertragen Frost auch jene Pflanzen, die im Herbst intensiv gewachsen sind – etwa infolge anhaltend warmen Wetters oder aufgrund reichlicher Stickstoffdüngung. Der Grund ist derselbe: Die Pflanzen sind schlecht auf den Winter vorbereitet; ihre Nährstoffe wurden für das Wachstum vegetativer Organe (Stängel, Blätter) verwendet und nicht als Reservekohlenhydrate eingelagert.

Die Frostresistenz der Pflanzen sinkt im Frühjahr, wenn der Zucker in den Lebensprozessen genutzt und in andere Verbindungen umgewandelt wird. Daher sind Frühlingsfröste für Pflanzen so gefährlich, obwohl die Temperatur dabei bei weitem nicht das Niveau der Winterfröste erreicht, das die Pflanzen problemlos überstanden haben.

Aber die Frostresistenz der Pflanzen erklärt sich nicht nur durch die Anhäufung von Zucker in ihren Geweben. Wie die Untersuchungen unseres bekannten Pflanzenphysiologen, des korrespondierenden Mitglieds der Akademie der Wissenschaften der UdSSR I. I. Tumanow und seiner Schüler gezeigt haben, ist die Ausbildung der Frosthärte ein komplexer, mehrstufiger Prozess. Die Abhärtung von Wintergetreide und Obstbäumen beginnt an sonnigen Herbsttagen, wenn die Photosynthese noch recht intensiv abläuft, die Atmungsprozesse aber bereits abgeschwächt sind. Dadurch reichern sich in den Geweben Zucker und andere Schutzstoffe an, die Zellen werden wasserärmer.

Danach ist das Zytoplasma bereit für die zweite Phase der Abhärtung, die bei regelmäßig wiederkehrenden leichten Frösten (von -2 bis -5 °C) abläuft. In dieser Zeit verändert sich die Ultrastruktur des Zytoplasmas, der Enzymapparat der Zellen wird umgebaut, wodurch sie die Fähigkeit erlangen, eine erhebliche Temperatursenkung zu ertragen. Jetzt macht die Kälte den Pflanzen nichts mehr aus.

Triebe unter dem Schnee

Im Februar, wenn noch häufig starke Fröste herrschen, kann man, nachdem man den Schnee in einem Laubwald weggeschaufelt hat, blassgelbe Triebe mit zusammengerollten Blättern und manchmal auch Knospen entdecken, die durch das abgefallene Laub gestoßen sind. Im Herbst waren diese Triebe hier nicht vorhanden.

Der Grund ist, dass der Boden in Laubwäldern im Winter nicht gefriert. Das liegt an dem hohen Humusgehalt und der tiefen Schneedecke, die eine hervorragende Wärmeisolierung bilden. Dadurch bleibt die Bodentemperatur hier den ganzen Winter über bei etwa 0 °C. In einem solchen Boden verbleibt ungefrorene Feuchtigkeit, die für Pflanzen verfügbar ist.

Was die für das Wachstum ebenso notwendigen Nährstoffe betrifft, so erfolgt die Entwicklung der Pflanzen unter dem Schnee auf Kosten der bereits vorhandenen, früher angelegten Reserven. Zum Beispiel befinden sich diese Reserven beim Lungenkraut und beim Windröschen in den Rhizomen, beim Blaustern und beim Gelbstern in den Zwiebeln, beim Scharbockskraut in den Knollen.

Die intensive Nutzung dieser als Reserve angelegten Nährstoffe im Atmungsprozess trägt zur Temperaturerhöhung der Pflanze selbst bei. Oft taut sogar der Schnee um sie herum. Im Februar beginnen beispielsweise die schon im Herbst angelegten Triebe des Huflattichs unter dem Schnee zu wachsen. Wenn man die Pflanze zu dieser Zeit ausgräbt, kann man sehen, dass sich um sie herum in der Schneedecke eine winzige Höhle aufgetaut hat.

Noch herrschen strenge Fröste, aber unter dem Schnee beginnt bereits der Frühling.

Herbst und Winter im Leben der Pflanzen. Ökologie – 6. Klasse. Lehrer – Sabelina G. N. – Präsentation

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2 In dieser Jahreszeit bereiten sich die Pflanzen auf den Winter vor. Die Äste der Bäume und Sträucher werden mit einer mehrschichtigen Korkschicht überzogen. Ihre toten, mit Luft gefüllten Zellen lassen keine Feuchtigkeit durch und schützen die inneren Gewebe vor Wasserverlust und Frost. Im Herbst werden die Knospen der Pflanzen endgültig ausgebildet. Bei vielen sind im Herbst in den Knospen nicht nur vegetative Triebe, sondern auch Blütenknospen angelegt. Viele Pflanzen lagern Nährstoffreserven ein. Bei mehrjährigen Kräutern werden sie in unterirdischen Organen – Rhizomen, Knollen, Zwiebeln, Wurzeln – gespeichert, bei Bäumen und Sträuchern hauptsächlich in den Stämmen. Herbst

3 Laubfall und seine Rolle im Leben der Pflanzen Das Hauptmerkmal des Herbstes in unseren Breiten ist der Laubfall. Zu Beginn färben sich die Blätter in leuchtenden Gold- und Purpurtönen. Der Laubfall schützt die Bäume erstens vor dem Austrocknen im Winter und zweitens vor dem Abbrechen der Äste unter der Schneelast. Auf den Laubfall bereiten sich die Pflanzen im Voraus vor. Bereits im Sommer, im Juli, wenn die Tage kürzer werden, bildet sich an der Basis der Blätter eine Trennschicht, die ein schnelles Abfallen der Blätter im Herbst gewährleistet. Ein üppiger Teppich aus gefallenen Blättern ist wichtig für das Leben der Waldpflanzen. Aus den gefallenen Blättern bildet sich die Waldstreu, die wie eine Decke den Boden bedeckt und ihn vor dem Durchfrieren schützt.

4 Vorbereitung der immergrünen Nadelbäume auf den Winter Im Herbst und Winter wird die grüne Farbe der Nadeln stumpfer als im Frühling und Sommer. Dies ist darauf zurückzuführen, dass die Chloroplasten im Herbst tiefer in die Zellen wandern. Außerdem werden im Herbst die Spaltöffnungsspalten an den Nadeln mit Harzpfropfen verschlossen. In diesem Zustand verdunsten die Nadeln im Winter 2-3 mal weniger Wasser als im Sommer. Aufgrund des Verschlusses der Spaltöffnungen gelangt kein Kohlendioxid in die Blätter und die Photosynthese wird eingestellt.

5 Winterannuelle Äußerlich zeigen sie keine Anzeichen der Vorbereitung auf den Winter. Als Winterannuelle werden einjährige Pflanzen bezeichnet, deren Samen im Herbst keimen. Sie sind unter den landwirtschaftlichen Kulturpflanzen weit verbreitet. Bei den Wintergetreiden wachsen im Herbst junge Pflanzen mit Rosettentrieben heran, die sogenannten Wintersaaten, die den Winter unter dem Schnee überdauern. Mit Eintritt des Winters werden die Winterannuellen frostbeständig: Zu dieser Zeit sammelt sich in ihrem Zellsaft Zucker an, und die Zellen können ungehindert gefrieren.

6 Winter Im Spätherbst, im November, tritt bei den meisten unserer Pflanzen eine tiefe Ruhephase ein. In diesem Zustand können die Pflanzen die strengen Winterbedingungen problemlos überstehen. Gegen Ende des Winters, im Februar, gehen die meisten Pflanzen von der tiefen Ruhephase in die erzwungene Ruhephase über. Triebe in der erzwungenen Ruhephase können zu wachsen beginnen, wenn sie in günstige Bedingungen geraten. Bei Schneeglöckchen, zum Beispiel bei Blausternchen, Anemonen, Corydalis, wird in den Knospen weiterhin die Bildung der Blüten fortgesetzt.

Was passiert mit Bäumen und Sträuchern im Spätherbst und Winter

Spätherbst, bald ist Winter. Gelegentlich schneit es und manchmal schmilzt der Schnee nicht, sondern bedeckt den Boden mit einer dünnen Schicht. Was passiert mit Bäumen und Sträuchern im Spätherbst und Winter.

Nach dem Laubfall zeigen Bäume und Sträucher keinerlei Lebenszeichen mehr. Das bedeutet, dass sie in den Zustand der Winterruhe eingetreten sind - eine Phase ohne äußere Aktivität und mit verlangsamtem Stoffwechsel. Den ganzen Winter über werden sie schlafen und nicht auf äußere Reize reagieren.

Von außen betrachtet erscheint dieser Winterschlaf ununterbrochen und ruhig, aber in Wirklichkeit durchläuft er zwei verschiedene Zustände. Zuerst, im späten Herbst und frühen Winter, fallen die Pflanzen in eine tiefe Ruhephase. Sie wird so genannt, weil sie mit gewöhnlichen Methoden nicht unterbrochen werden kann. Nehmen wir an, wir verlegen einen Apfelbaum in ein warmes Gewächshaus, auch dort wird er nicht erwachen. In der Zeit der tiefen Ruhephase überbrückt die Pflanze nicht nur die trüben Tage, sondern sie durchläuft Veränderungen, die für ihr weiteres Leben notwendig sind. Insbesondere in dieser Periode härten Bäume und Sträucher weiter ab – zum Zeitpunkt des Endes der tiefen Ruhephase wird die Frosthärte maximal möglich.

Die tiefe Ruhephase endet, wenn die Pflanze die benötigte Menge an niedrigen Temperaturen erhalten hat. Allerdings ist das Verlassen dieses Zustands äußerlich völlig unsichtbar. Der Unterschied wird offensichtlich, wenn wir unseren Apfelbaum in die Wärme bringen – der Baum wird austreiben und blühen. Von nun an werden die Pflanzen bis zum Eintritt der Wärme in einem Zustand der erzwungenen Ruhe sein, nur die ungünstigen Umweltbedingungen halten sie im Schlaf. Während der erzwungenen Ruhe entwickeln sich die Knospen weiter – langsam und unmerklich. Die Frosthärte wird nicht mehr zunehmen, sondern sogar allmählich nachlassen.

Die Widerstandsfähigkeit von Beerensträuchern und Obstbäumen wird im Winter auf eine harte Probe gestellt. Ob sie die Prüfung bestehen, wird Ihnen vorher niemand sagen können, weil man es nicht weiß. Verschiedene Kulturen haben eine unterschiedliche Winterhärte. Und selbst ein und dasselbe Exemplar reagiert nicht gleich auf Frost: Die Widerstandsfähigkeit hängt von den Bedingungen vor der Kälte ab. Zudem besitzen verschiedene Teile der Pflanze eine unterschiedliche Frosthärte.

Wie bekannt, ist Frost gefährlich, weil er das in den pflanzlichen Organismen enthaltene Wasser in Eis verwandeln und sie von innen durch wachsende Kristalle mit scharfen Kanten verletzen kann. Ein geringer Eisgehalt zwischen den Zellen ist für abgehärtete Pflanzen nicht schlimm, aber es wird viel schlimmer, wenn die Zellen selbst gefrieren. Um diese Gefahr zu minimieren, erlangen die Pflanzen im Prozess der Vorwinter-Abhärtung die Fähigkeit, sich vor der Eisbildung in den Zellen zu schützen. Aber jede Pflanze erreicht nur die Frosthärte, zu der die jeweilige Sorte unter den konkreten Bedingungen fähig ist. Essbare Heckenkirsche und Ussuri-Birne vertragen problemlos Fröste von 40°, südliche Kirsch- und Apfelsorten hingegen sterben bereits bei 20°.

Der oberirdische Teil von Bäumen und Sträuchern ist immer widerstandsfähiger als die Wurzeln. Denn sie leben im Boden, der viel langsamer abkühlt als die Luft und zudem durch Schnee isoliert wird. Die Wurzeln müssen nicht so frostresistent sein wie die allen Winden ausgesetzte Krone. Das Wurzelsystem von Samenunterlagen von Apfelbäumen hält Kälte bis minus 9 °C aus (bei halbzwerg- und zwergartigen sogar noch weniger), die Wurzeln von Pflaumenbäumen bis minus 10 °C. Und wenn es ohne Schnee friert, können die Wurzeln ernsthaft beschädigt werden. Daher gilt der Ratschlag „Halten Sie die Füße warm und den Kopf kalt“ auch für Pflanzen. Die reichliche Bewässerung vor dem Winter, die im Oktober bei trockenem Herbst empfohlen wird, zielt darauf ab, dass der Boden im Winter die Wärme besser speichert.

Verschiedene Details des oberirdischen Teils haben unterschiedliche Ausdauer. Fruchtknospen erfrieren häufiger als Wachstumsknospen. Im Frühling blühen die Pflanzen trotz äußerer Gesundheit schlecht und setzen, was sehr ärgerlich ist, keine Früchte an. Auch das Holz friert, was noch schlimmer ist, da die Pflanze den Rest ihrer Tage mit abgestorbenen Bereichen im Stamm oder in den Ästen verbringen muss (was bedeutet, dass man keine hohe Ernte mehr erwarten kann).

Wissenschaftler haben festgestellt, dass Pflanzen ihre maximale Frostbeständigkeit zum Zeitpunkt des Abschlusses der tiefen Ruhephase erreichen, die etwa Ende Dezember eintritt. Danach wird diese Fähigkeit auf die eine oder andere Weise abnehmen. Sie fällt sowohl allmählich, unabhängig von äußeren Faktoren, als auch sprunghaft – nach Tauwetterperioden, die die Wirkung der Abhärtung neutralisieren. Dabei sind einige Arten und Sorten besser an Tauwetter und wiederholte erneute Abhärtung danach angepasst, andere deutlich schlechter. Und je näher der Frühling rückt, desto verheerender sind starke Fröste für Ihren Garten.

Wenn der Winter schneereich ist, isoliert der flauschige Schnee die Wurzeln, Stämme, jungen Bäumchen und Sträucher gut. Gefährdet sind nur die Kronen einiger Obstbäume. Aber wenn es keinen Schnee gibt, kann starke Kälte alles gefrieren lassen, was gefroren werden kann.

Saisonale Veränderungen

Jahreszeiten sind Zeitabschnitte des Jahres, die sich durch Wetter und Temperatur unterscheiden. Sie wechseln im Laufe des Jahreszyklus. Pflanzen und Tiere passen sich hervorragend an diese saisonalen Veränderungen an.

Jahreszeiten auf der Erde

In den Tropen ist es nie sehr kalt oder sehr heiß, es gibt dort nur zwei Jahreszeiten: eine feuchte und regnerische, die andere trocken. Am Äquator (der mittleren gedachten Linie) ist es das ganze Jahr über heiß und feucht.

In den gemäßigten Zonen (außerhalb der Tropenlinien) gibt es Frühling, Sommer, Herbst und Winter. Normalerweise gilt: Je näher am Nord- oder Südpol, desto kühler der Sommer und desto kälter der Winter.

Saisonale Veränderungen bei Pflanzen

Um Nährstoffe zu produzieren und zu wachsen, benötigen grüne Pflanzen Sonnenlicht und Wasser. Am meisten wachsen sie im Frühling und Sommer oder in der Regenzeit. Sie überstehen den Winter oder die Trockenzeit auf unterschiedliche Weise. Viele Pflanzen haben eine sogenannte Ruheperiode. Viele Pflanzen speichern Nährstoffe in verdickten Teilen unter der Erde. Ihre oberirdischen Teile sterben ab, die Pflanzen ruhen bis zum Frühling. Karotten, Zwiebeln und Kartoffeln sind solche Pflanzen, die Nährstoffe speichern und vom Menschen genutzt werden.

Laubbäume

Laubbäume wie Eiche und Buche verlieren im Herbst ihr Laub, weil es zu dieser Zeit nicht genug Sonnenlicht gibt, um in den Blättern Nährstoffe zu bilden. Im Winter ruhen sie, und im Frühling erscheinen neue Blätter.

Immergrüne Bäume sind immer mit Laub bedeckt, das nie abfällt. Um mehr über immergrüne und laubabwerfende Bäume zu erfahren.

Bei einigen immergrünen Bäumen wie Kiefer und Fichte sind die Blätter lang und dünn und werden Nadeln genannt. Viele der immergrünen Bäume wachsen im hohen Norden, wo der Sommer kurz und kühl und der Winter streng ist. Durch die Erhaltung ihres Laubs können sie zu wachsen beginnen, sobald der Frühling kommt.

In Wüsten ist es normalerweise sehr trocken, manchmal gibt es überhaupt keinen Regen, und manchmal gibt es sehr kurze Regenzeiten. Samen keimen und treiben nur in der Regenzeit aus. Pflanzen blühen und produzieren sehr schnell Samen. In ihnen werden Nährstoffe gespeichert.

Jahreszeitliche Veränderungen bei Tieren

Manche Tiere, wie Reptilien, verringern ihre Aktivität und schlafen ein, um in der kalten oder trockenen Jahreszeit zu überleben. Wenn es wärmer wird, kehren sie zu einem aktiven Lebensstil zurück. Andere Tiere verhalten sich anders, sie haben ihre eigenen Überlebensstrategien in harten Zeiten.

Siebenschläfer

Enten

Manche Tiere, wie der Siebenschläfer, schlafen den ganzen Winter. Dieses Phänomen nennt man Winterschlaf. Den ganzen Sommer über fressen sie und sammeln Fett an, um im Winter schlafen zu können, ohne Nahrung zu sich zu nehmen.

Die meisten Säugetiere und Vögel bringen ihre Jungen im Frühling zur Welt, wenn es überall viel Nahrung gibt, sodass sie bis zum Winter heranwachsen und stark werden können.

Viele Tiere und Vögel unternehmen jedes Jahr lange Reisen, die als Wanderungen bezeichnet werden, an Orte mit mehr Nahrung. Zum Beispiel bauen Schwalben im Frühling Nester in Europa und fliegen im Herbst nach Afrika. Im Frühling, wenn es in Afrika sehr trocken wird, kehren sie zurück.

Karibus (in Europa und Asien als Rentiere bezeichnet) wandern ebenfalls und verbringen den Sommer nördlich des Polarkreises. Riesige Herden fressen Gras und andere kleine Pflanzen dort, wo das Eis schmilzt. Im Herbst ziehen sie nach Süden in die immergrünen Wälder und fressen Pflanzen wie Moos und Flechten, die unter dem Schnee liegen.

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Der Frühling tritt gerade erst in seine Rechte ein.

Offiziell hat sie bereits begonnen, denn der Saft spritzt schon an warmen Tagen aus der Wunde im Ahornstamm, doch andere Frühlingserscheinungen in der Pflanzenwelt sind noch sehr schwer zu bemerken. Und obwohl das Wetter feucht und warm ist und nur nachts leichter Frost knirscht, scheint es uns unzweifelhaft, dass die Schneedecke, die noch als geschlossene Schicht im Wald liegt, die Entwicklung der Pflanzen hemmt. Nur hier und da auf den Feldern, auf den Hügeln, werden große schneefreie Stellen sichtbar, auf denen Saatkrähen wichtig umhergehen; auch die Hänge steiler Schluchten und Eisenbahndämme sind längst schneefrei.

Es scheint, dass man derzeit nur auf diesen schneefreien Flächen etwas Interessantes in der Pflanzenwelt finden kann. Doch weitaus lohnender ist ein Ausflug in einen Laubwald, in einen Eichenhain, in einen Lindenwald oder in einen der alten, gut erhaltenen Parks in der Umgebung der Stadt.

Ist es nicht zu früh, in den Wald zu gehen? Gibt es dort jetzt wirklich etwas Interessantes? Ja, genau zu dieser Zeit kann man hier eines der interessantesten Phänomene im Leben unserer frühlingsblühenden Pflanzen beobachten.

Wie der Schnee im Wald schmilzt

Nachdem wir eine kleine Bodenfläche vom Schnee befreit haben, wollen wir sehen, was jetzt darunter im Wald vor sich geht. Dies sollte so vorsichtig wie möglich geschehen, um beim Entfernen der unteren Schneeschichten die darunter befindlichen Pflanzen nicht zu beschädigen. Wir werden hier neben den überwinterten immergrünen Stängeln der Goldnessel (Galeobdolon luteum), der Haselwurz (Asarum europaeum) und der Wimpern-Segge (Carex pilosa) eine ganze Reihe zarter, gelblicher oder kaum ergrünter Keimlinge sehen, die sich durch die Schicht des verdichteten vorjährigen Laubes gebohrt haben. Beim Wald-Bingelkraut (Mercurialis perennis), einer gewöhnlichen Waldpflanze, die im Sommer den Hintergrund der Krautschicht bildet, werden wir unter dem Schnee große bogenförmige Triebe mit Knospen entdecken. Ebenso finden wir junge Stängel mit Knospen und Blättern beim Lungenkraut (Pulmonaria officinalis), beim Scharbockskraut (Ficaria ranunculoides) und beim Gelben Windröschen (Anemone ranunculoides) – unseren gewöhnlichen Frühlingspflanzen – sowie beim Moschusblümchen (Adoxa moschatellina), beim Giersch und einigen anderen. Diese zarten Stängelchen mit noch jungen, eingerollten Blättchen unterscheiden sich deutlich von den groben ledrigen Teilen der überwinterten Pflanzen, sodass schwer anzunehmen ist, dass sie sich im Herbst oder im vorherigen Sommer entwickelt haben und in diesem Zustand überwintert sind. Außerdem sind im Herbst an der Bodenoberfläche bei all diesen Pflanzen keine so großen Keimlinge zu finden, geschweige denn entwickelte Blätter oder gar gefärbte Knospen, wie sie unter dem Schnee beim Lungenkraut nicht selten anzutreffen sind. Nur beim Wald-Bingelkraut kann man im Herbst unter der dicken Schicht gefallener Blätter kleine bogenförmig gekrümmte Triebe mit einem Büschel kaum sichtbarer winziger Blättchen bemerken.

Somit bleibt der Schluss, dass unsere Frühlingspflanzen die bemerkenswerte Fähigkeit besitzen, sich im Winter unter dem Schnee zu entwickeln. Wenn sie im Herbst mit ruhenden unterirdischen Organen — Rhizomen und Knollen — unter den Schnee gehen, kommen sie bereits mit entwickelten Stängeln, Blättern und oft sogar mit gefärbten Knospen daraus hervor. Im Wald während der Schneeschmelze durchbrechen die jungen Teile der Frühlingspflanzen den Schnee.

Wodurch erklärt sich das so eigentümliche Temperaturregime des Bodens im Laubwald? Zunächst einmal gibt es dort im Vergleich zum Nadelwald eine viel üppigere Waldstreu aus abgefallenen Blättern. Ihre Rolle im Leben des Waldes ist sehr groß. Ohne jetzt auf andere Aspekte einzugehen, weisen wir darauf hin, dass die Waldstreu ein extrem schlechter Wärmeleiter ist, aufgrund ihrer Lockerheit und der großen Anzahl von Lufthohlräumen, sowie weil sie aus Stoffen mit geringer Wärmeleitfähigkeit besteht. Außerdem ist die Waldstreu sehr wasserhaltig; Wasser hat etwa die doppelte Wärmekapazität wie der Boden. Somit verringert die Waldstreu die Wärmeleitfähigkeit des Bodens und verhindert seine Abkühlung im Winter; im Sommer schützt sie den Boden tagsüber vor Einstrahlung und nachts vor Ausstrahlung, wodurch sie die täglichen und jährlichen Temperaturschwankungen verringert. Im Frühjahr während der Schneeschmelze sowie während der winterlichen Tauperioden nimmt der nicht gefrierende Boden des Laubwaldes weiterhin normal die versickernde Feuchtigkeit auf, sodass sich hier nie eine Eiskruste bildet. All dies schafft günstige Bedingungen für die Entwicklung von Pflanzen unter dem Schnee.

Obwohl die Temperatur an der Oberfläche des schmelzenden Schnees deutlich ansteigen kann, bleibt sie in den unteren Schichten selbst während der stärksten Schneeschmelze unverändert — nahe Null oder sogar etwas darunter. Null Grad ist für die meisten Pflanzen die extrem niedrige Temperatur, bei der jedes Wachstum aufhört; insbesondere für Weizen liegt die Wachstumsgrenze bei Null. Für Ahorn und Kiefer liegt diese Grenze bei 7° Wärme, für Mais bei 9° und für Gurken bei 15°.

Was ermöglicht es den Frühlingspflanzen, sich bei so niedrigen Temperaturen zu entwickeln?

Hier ist zunächst zu beachten, dass alle Frühlingspflanzen (Schneeglöckchen) mehrjährig sind. Sie entwickeln sich aus unterirdischen Organen – Rhizomen, Zwiebeln oder Knollen – in denen Nährstoffe gespeichert werden. Somit erfolgt das Wachstum der Frühlingspflanzen in seinen ersten Stadien durch die Umwandlung bereits vorhandener organischer Substanzen, und der Prozess der Photosynthese, d.h. die Assimilation von Kohlendioxid, ist hier nicht erforderlich. Folglich ist die Entwicklung der Frühlingspflanzen viel weniger von äußeren Bedingungen abhängig.

Welche Nährstoffe befinden sich in den unterirdischen Vorratskammern?

Wenn man im Herbst die Rhizome der Anemone oder die Knöllchen des Scharbockskrauts aufschneidet, kann man mit einer einfachen Reaktion leicht das Vorhandensein von Stärke nachweisen. Sobald jedoch die Ruheperiode der Pflanzen endet und sie mit der Entwicklung beginnen, verwandelt sich die in den Rhizomen und Knöllchen gespeicherte Stärke in Zucker. Zucker unterscheiden sich von Stärke durch ihre Fähigkeit, sich in Wasser zu lösen; daher wandern sie durch die Pflanze zu den jungen, wachsenden Teilen und dienen als Energiequelle für die Atmung, die hier sehr intensiv abläuft. Diese Atmung ist gleichsam ein Verbrennen, wenn auch ein sehr langsames. Dabei wird Wärme freigesetzt; daher ist hier die Frage angebracht: Können die unter dem Schnee wachsenden Teile der Frühlingspflanzen durch die Atmung erwärmt werden? Jedem ist bekannt, wie Mist „brennt“, der die Temperatur in Treibhäusern auf 40º erhöht; diese Erwärmung ist vollständig der Atmungstätigkeit zahlreicher Bakterien und Pilze zuzuschreiben, die sich in frischem Mist in großer Menge entwickeln. Allerdings ist es recht schwierig, die Wärmeabgabe bei der Atmung höherer Pflanzen zu beobachten.

Wenn es uns mit den besten Instrumenten gelänge, die Temperatur von Blättern, die nicht von der Sonne erwärmt werden, oder das Innere eines Baumstamms zu messen, würden wir feststellen, dass sie etwas niedriger oder gleich der Umgebungstemperatur ist. Dies geschieht, weil die Pflanzen gleichzeitig mit einer gewissen Erwärmung durch die Atmung Wasser verdunsten und dabei Wärme verlieren. Um sich anschaulich zu überzeugen, wie groß der Wärmeverlust durch Verdunstung sein kann, gießen Sie sich eine schnell verdunstende Flüssigkeit, zum Beispiel Alkohol oder Äther, auf die Hände. Sie werden ein deutliches Kältegefühl verspüren. Je größer die Oberfläche der Pflanze, desto stärker erfolgt die Wärmeabstrahlung durch Verdunstung; daher verlieren Blätter, die normalerweise eine sehr große Oberfläche haben, schnell die durch die Atmung entstandene Wärme. Die Erwärmung von Pflanzen durch ihre Atmung kann in manchen Fällen direkt an ihren wachsenden Teilen beobachtet werden. Der berühmte französische Naturforscher und Naturphilosoph Lamarck bemerkte, dass sich die Blütenkolben von Arum italicum, einer Pflanze aus der Familie der Aronstabgewächse, erheblich erwärmen. Weitere Beobachtungen zeigten, dass die Blütenstände von Palmen, einigen Cycadeen sowie die Blüten der riesigen Seerose Victoria regia sich manchmal um 10º gegenüber der Umgebungstemperatur erwärmen.

Diesbezüglich stellt sich die Frage, ob es bei den jungen wachsenden Teilen unserer Frühlingspflanzen, die sich unter dem Schnee entwickeln, zu einer signifikanten Erwärmung durch die Atmung kommt. In alpinen Verhältnissen, wo der Schnee lange liegen bleibt, ist die Entwicklung unter dem Schnee eine ganz normale Erscheinung und dient als sehr wichtige Anpassung der Pflanzen an die kurze Vegetationsperiode. Dank dieser vorzeitigen Entwicklung können die Pflanzen hier ihren Zyklus abschließen und vor dem Herbst reife Samen hervorbringen. Kerner beschreibt die Blüte der Soldanellen im Schnee und weist darauf hin, dass ihre Knospen nur aufgrund der beim Atmen abgegebenen Wärme die Schneeschicht durchdringen können. Nach Meinung dieses Autors bildet die Pflanze durch das Schmelzen des Schnees um ihre wachsenden Teile besondere Höhlen und später, wenn sie die Schneeoberfläche erreicht, auch tiefe Trichter. In unseren Laubwäldern während der Schneeschmelze kann man an den unter dem Schnee hervorragenden Blättern und Stängeln von Frühlingspflanzen die Bildung von Trichtern beobachten, die offenbar vollständig von der Arbeit der Sonnenstrahlen abhängt und in dieser Hinsicht der Bildung von ringförmigen schneefreien Stellen um Bäume ähnelt, über die wir bereits gesprochen haben. Beim Ausgraben von Schnee haben wir nie Anzeichen dafür bemerkt, dass die Keimlinge von Frühlingspflanzen den Schnee um sich herum schmelzen können. Somit kann man annehmen, dass ihre Atmung zwar recht energisch abläuft, die Temperaturerhöhung dabei jedoch nicht so groß ist, dass sie einen merklichen Einfluss auf die umgebenden Schneekristalle hätte. Allerdings bleibt dies noch weitgehend im Bereich von Vermutungen, da spezielle genaue Untersuchungen mit präzisen Geräten in dieser Richtung noch nicht durchgeführt wurden. Wir haben bereits darauf hingewiesen, dass die jungen wachsenden Teile von Frühlingspflanzen infolge der Auflösung von Reservestoffen, hauptsächlich Stärke, reich an Zucker sind. Das bedeutet, dass ihre Zellen mit Zellsaft gefüllt sind, der eine konzentrierte Zuckerlösung darstellt. Eine starke Lösung gefriert bekanntlich bei einer deutlich niedrigeren Temperatur als destilliertes Wasser; daher können die zarten Keimlinge von Frühlingspflanzen Temperaturen unter null ohne größeren Schaden ertragen. Wichtig ist auch, dass selbst im Falle des Gefrierens der zarten Keimlinge von Frühlingspflanzen bei einem starken Temperaturabfall die gefrorenen Teile aufgrund der Schneedecke sehr langsam und allmählich auftauen, sodass das Gefrieren ohne Schaden für die Pflanzen verläuft.

Jede dieser Stufen erfordert für ihren Eintritt bestimmte Temperaturbedingungen. Wenn zum Beispiel Winterweizen ständig unter Temperaturen über +10 °C wächst, können die meisten Sorten keine Früchte tragen. Sie entwickeln sich auch dann nicht normal, wenn die Temperatur ständig unter +10 °C liegt. Für eine normale Entwicklung des Winterweizens ist es notwendig, dass die Samen in frühen Entwicklungsstadien niedrigen Temperaturen von 0 °C bis 2 °C ausgesetzt werden, d. h. sie müssen die Jarowisationsstufe durchlaufen. In der späteren Phase, beim Übergang zur Fruchtbildung, ist jedoch neben anderen Bedingungen eine relativ hohe Temperatur von nicht unter 10 °C erforderlich. Somit stellt ein und dieselbe Pflanze in verschiedenen Entwicklungsphasen unterschiedliche Anforderungen an die äußeren Bedingungen. Fehlen die notwendigen Bedingungen, so erfolgt kein Übergang von einer Stufe zur nächsten, und die Entwicklung der Pflanzen wird entweder konserviert oder verläuft abnormal. Insbesondere beim Übergang zu den Besonderheiten des Entwicklungsrhythmus unserer Schneeglöckchen kann man annehmen, dass die Pflanzen für ihre normale Entwicklung eine Art „Jarowisationsstufe“ bei niedrigen Temperaturen durchlaufen müssen. Nachdem der Boden im Wald durch Herbstfröste gefroren ist und die darin befindlichen unterirdischen Teile der Frühlingspflanzen erheblich abgekühlt wurden, beginnen die Pflanzen ihre Entwicklung im frühen Winter unter dem Schnee. Dass die Kühlung tatsächlich eine notwendige Voraussetzung für die Entwicklung einiger Frühlingspflanzen ist, belegen die Versuche des Akademiemitglieds Ljubimenko mit Knöllchen des Scharbockskrauts. Diese Knöllchen beginnen im Herbst zu keimen, dann wird ihre Entwicklung vollständig unterbrochen. Es gelingt, ihre Fortsetzung hervorzurufen, indem man die Knöllchen der Einwirkung niedriger Temperatur aussetzt. Unsere Versuche zeigten, dass eine mehrtägige Kühlung der Knöllchen auf eine Temperatur nahe null keine merkliche Wirkung hat. Offenbar ist entweder eine stärkere oder eine längere Kühlung erforderlich. Ähnliche Ergebnisse wurden auch in meinen Versuchen mit dem gewöhnlichen Lerchensporn (Corydalis solida) erzielt. Wenn man im Herbst Knollen dieser Pflanze ausgräbt, in Schalen pflanzt und ins Gewächshaus oder Zimmer stellt, dann entwickeln sie sich sehr lange nicht und durchlaufen eine Ruhephase. Die Entwicklung beginnt normalerweise erst im Januar, wobei in der Regel Zwergpflanzen entstehen, 2–3 cm hoch, mit einem kurzen, armseligen Blütenstand, der kaum aus dem grundständigen schuppigen Blatt hervortritt. Interessanterweise entwickeln sich bei solchen Exemplaren die Blätter fast nicht, sodass diese Pflanzen nicht assimilieren können und schnell absterben, ohne reife Früchte hervorgebracht zu haben. Wenn man jedoch im Herbst einen Teil der Gefäße mit Lerchenspornknollen unter Schnee im Garten liegen lässt, sie dann mitten im Winter nimmt und ins Gewächshaus bringt, entwickeln sich daraus normale Pflanzen, die reife Samen hervorbringen. Genau dasselbe Ergebnis erhält man bei Versuchen mit dem Treiben der Küchenschelle (Pulsatilla patens). Diese Versuche sind noch lange nicht ausreichend, um endgültige Schlüsse über die Bedingungen zu ziehen, die für die normale Entwicklung unserer Schneeglöckchen notwendig sind. Sie müssen wiederholt und an verschiedenen Objekten durchgeführt werden, und an dieser Sache könnten viele Leser teilnehmen.