Замерзание воды, в результате которого образуется лед, кажется простым явлением, но сам переход жидкости в твердое состояния в растении отнюдь не так прост.
Хорошо известно, что существуют нежные растения, легко повреждаемые морозом, и выносливые растения, которые могут выдержать мороз и даже замораживание. Например, если температура в результате прихода арктического фронта упадёт до -3 градусов и останется не выше нуля в течение 62 часов, то у некоторых травянистых растений ущерб от замерзания будет заметен сразу, в то время как другие выживут с небольшими повреждениями. Так какие же свойства растений позволяют им избегать хоть сколько-нибудь серьёзных повреждений, в то время как другие растения морозы убивают?
Стандартная точка замерзания чистой воды составляет -5 градусов, после чего, если присутствует ледяное ядро или зародыш кристалла, образуется лед. В клетках растений, свободная (в основном чистая) вода замерзает при -5 градусах.
Тем не менее, клетки некоторых растений накапливают органические вещества, такие как сахара, аминокислоты и других растворенных в растворе частицы, изменяя тем самым концентрацию растворенного вещества в клеточном соке и, следовательно, снижая температуру замерзания содержимого клеток.
Вода в этих клетках уже не свободна, а связана. Из-за того что молекулы воды теперь связаны с органическими соединениями, точка замерзания понижается, что делает клетки более морозоустойчивыми и наделяя их способностью выдерживать температуру в -5 градусов или ниже без повреждений.
Описанные молекулы действуют как своего рода антифриз. Учёным удалось выделить антифризные белки и представить доказательства того, что в их присутствии, точка замерзания снижается. Эти молекулы обеспечивают устойчивость к замерзанию за счёт замедления зарождения и роста кристаллов льда.
Хладоустойчивые свойства клеток зависят от общей концентрации молекул растворенного вещества. Например, точка замерзания соленой воды ниже, чем у чистой воды, из-за наличия соли, растворенной в воде; тот же принцип применяется и при использовании соли на дорогах, позволяя защитить их от образования ледяной корки.
После описания льдообразования следует отметить, что реальный ущерб клеткам наносится при оттаивании. Когда содержимое клетки замораживается, клеточная стенка остается неповрежденной. И именно при оттаивании неровные края стенок ледяного кристалла пробивают клеточные стенки, и размороженное жидкое содержимое просачивается из клетки.
Поэтому замороженные ткани создают ощущение намокших при оттаивании. Точно так же замороженные плоды клубники теряют свою целостность при оттаивании; плод становится уже не таким прочным, но мягким и сырым. Содержимое клетки было заморожено и при оттаивании, клеточные стенки были разорваны, выпустив содержимое клетки в виде сока. Ткани, становятся полупрозрачными (из-за потери хлорофилла), вялыми и пропитанными жидкостью после замораживания, теряя жизнеспособность и уже не восстанавливаются.
