Bạn đã bao giờ tự hỏi vì sao có những loài cây vẫn xanh tươi ngay cả khi vạn vật xung quanh đều chìm trong băng giá?
Trong khi hầu hết các loài thực vật héo rũ, lụi tàn hoặc chết đi dưới cái lạnh cắt da cắt thịt, thì có những loài khác lại sinh trưởng mạnh mẽ trong điều kiện đóng băng.
Từ những cánh rừng thông phủ đầy tuyết đến các loài hoa núi cao nở xuyên qua lớp băng, thực vật chịu lạnh thực sự là những kẻ sống sót kiên cường. Nhưng điều gì khiến chúng trở nên bền bỉ đến vậy? Hãy cùng khám phá bí ẩn khoa học đằng sau khả năng phi thường này.
Hiểu về stress lạnh ở thực vật
“Stress lạnh” là thuật ngữ chỉ những tổn thương mà thực vật phải chịu do nhiệt độ thấp. Có hai dạng chính: tổn thương do lạnh (0–15°C) và tổn thương do băng giá (dưới 0°C). Phần lớn thực vật không thể chịu được sự hình thành băng trong tế bào — nó làm màng tế bào vỡ tung và khiến tế bào chết. Đây chính là lý do vì sao băng giá lại nguy hiểm đến vậy.
Thế nhưng, một số loài đã tiến hóa các cơ chế phòng vệ, giúp chúng không chỉ tồn tại mà đôi khi còn phát triển trong những điều kiện khắc nghiệt ấy.
Siêu năng lực #1: Protein chống đông
Một trong những chiến lược ấn tượng nhất là sản xuất protein chống đông (AFPs). Những protein này bám vào các tinh thể băng và ngăn chúng phát triển — giống như chất chống đông trong động cơ xe. Nhờ vậy, băng không thể xuyên thủng thành tế bào.
Các nhà khoa học lần đầu phát hiện AFPs ở loài cá sống trong vùng băng giá, nhưng nay chúng ta biết rằng một số loài cây như lúa mạch mùa đông (Secale cereale) và cà rốt cũng tạo ra chúng. Những protein này cho phép nước trong tế bào thực vật vẫn giữ ở trạng thái lỏng — ngay cả ở mức nhiệt độ dưới 0°C!
Siêu năng lực #2: Tính linh hoạt của màng tế bào
Những loài cây sống sót qua mùa đông thường có màng tế bào linh hoạt hơn. Bình thường, lạnh làm màng tế bào cứng lại và dễ rách, nhưng thực vật chịu lạnh đã thích nghi bằng cách thay đổi loại lipid (chất béo) trong màng, khiến chúng trở nên mềm dẻo và ít bị tổn thương hơn.
Điều này giúp tế bào duy trì nguyên vẹn và hoạt động tốt ngay cả trong băng giá. Hãy hình dung nó như việc bạn mặc nhiều lớp quần áo — giữ ấm nhờ sự linh hoạt!
Siêu năng lực #3: Tích lũy đường và muối
Khi sắp có sương giá, nhiều loài thực vật chịu lạnh tăng cường sản sinh đường và muối. Vì sao vậy? Những chất này hạ thấp điểm đóng băng của nước trong tế bào, tương tự như muối làm tan băng trên đường.
Các loại đường như sucrose, glucose và fructans hoạt động như chất bảo vệ đông lạnh tự nhiên. Chúng ngăn chặn sự hình thành băng và đồng thời cung cấp năng lượng dự trữ khi quang hợp giảm sút do thiếu ánh sáng mùa đông.
Siêu năng lực #4: Ngủ đông và tăng trưởng chậm
Một chiến lược thông minh khác là “ngủ đông” theo mùa. Nhiều loài cây chuẩn bị cho mùa lạnh bằng cách bước vào trạng thái nghỉ, giảm tốc độ tăng trưởng, tiết kiệm năng lượng và ngừng ra lá hay hoa mới.
Cây rụng lá, chẳng hạn, sẽ rụng toàn bộ lá để giảm mất nước và hạn chế tổn thương do băng. Các loài cây lâu năm tích trữ năng lượng trong rễ hoặc củ dưới lòng đất. Khi mùa xuân trở lại, chúng nhanh chóng hồi sinh và phát triển mạnh mẽ.
Những kẻ sống sót trong tuyết: Ví dụ từ tự nhiên
Một số loài thực vật cứng cỏi nhất thế giới sinh sống ở những vùng khí hậu khắc nghiệt:
- Cây lá kim (thông, vân sam): Lá kim hình kim giúp giảm mất nước và có lớp sáp bảo vệ chống đông.
- Cây đệm núi cao: Mọc thành từng cụm dày, giữ nhiệt và chắn gió, tồn tại ngay cả trên đỉnh núi.
- Liễu Bắc Cực: Cây mọc sát mặt đất để tránh gió lạnh và có sắc tố sẫm hấp thụ nhiều ánh sáng mặt trời.
- Địa y và rêu: Xuất hiện cả ở Nam Cực, chúng rơi vào trạng thái ngủ đông khi bị đóng băng và hồi sinh khi tan băng.
Các nhà khoa học nghiên cứu khả năng chịu lạnh như thế nào?
Các nhà thực vật học và sinh lý học nghiên cứu những “chiến binh xanh” này để hiểu rõ sinh học của chúng. Những năm gần đây, các nhà khoa học đã lập bản đồ gen chịu lạnh bằng công cụ sinh học phân tử.
Chẳng hạn, họ phát hiện họ gen CBF (C-repeat binding factor) điều khiển phản ứng lạnh ở cây mô hình Arabidopsis thaliana. Hiểu rõ những gen này giúp lai tạo hoặc chỉnh sửa gen để tạo ra giống cây trồng có thể chịu được rét đậm rét hại — điều vô cùng quan trọng trong thời kỳ biến đổi khí hậu.
Các nghiên cứu đăng trên Plant Physiology và Frontiers in Plant Science liên tục mang đến những phát hiện mới mỗi năm.
Ứng dụng trong nông nghiệp và làm vườn
Tại sao nghiên cứu này lại quan trọng đến vậy? Biến đổi khí hậu đã làm gia tăng nguy cơ sương giá bất ngờ và thời tiết khắc nghiệt. Nếu cây trồng không chịu được lạnh, mùa màng có thể thất bát, dẫn đến khủng hoảng lương thực và tổn thất kinh tế.
Nhờ phát triển các giống lúa mì, lúa gạo và ngô chịu lạnh bằng kỹ thuật di truyền hoặc lai tạo, các nhà khoa học giúp nông dân duy trì sản lượng ngay cả trong khí hậu lạnh giá hoặc biến động.
Người làm vườn cũng được hưởng lợi: các loài như hoa hồng Giáng sinh (hellebores), diên vĩ Siberia và các giống tùng bách lùn giúp cảnh quan vẫn rực rỡ ngay trong sương giá.
Làm thế nào để bảo vệ cây vườn khỏi lạnh?
Nếu bạn sống ở vùng khí hậu lạnh và muốn cây cối trong vườn phát triển, hãy thử vài mẹo sau:
- Phủ gốc dày vào cuối thu để giữ ấm cho rễ.
- Dùng vải phủ chống sương cho cây non vào ban đêm.
- Chọn giống cây bản địa hoặc chịu lạnh phù hợp với vùng khí hậu.
- Tránh bón phân muộn vào cuối mùa, vì nó kích thích mầm non dễ tổn thương trước sương giá.
- Tưới nước đầy đủ trước khi có sương — cây đủ nước sẽ chống chịu lạnh tốt hơn.
Kết luận: Thích nghi trước băng giá
Khả năng của thực vật sống sót trong băng giá quả thực phi thường. Với protein chống đông, cơ chế hóa học từ đường và muối, cùng chiến lược ngủ đông, chúng cho thấy sự sống có thể kiên cường đến mức nào ngay cả trong điều kiện khắc nghiệt nhất.
Vì vậy, lần tới khi bạn bắt gặp một cây thông phủ tuyết hay một bông hoa nghệ tây vươn mình xuyên qua băng, hãy dừng lại và trân trọng sức mạnh tĩnh lặng của thiên nhiên. Những loài thực vật ấy không chỉ là kẻ sống sót — chúng là bậc thầy thích nghi với băng giá.
Bạn có đang trồng loài cây chịu lạnh nào không? Hoặc đã từng thấy những loài thực vật ấn tượng trong mùa đông khắc nghiệt? Hãy chia sẻ trải nghiệm của bạn cùng chúng tôi nhé!
