生活在北方或高寒地帶的人們,常常會在冬天的早晨看到被凍裂的樹幹,到中午氣溫逐漸升高後,裡面還有汁液流出。如果土壤水分狀況好的話,只會短時間出現樹葉萎蔫,多數樹木並不會因此死亡。

  這是因爲,冰只凝結在細胞之外,也就是說在細胞壁和由死細胞壁組成的輸導組織中,那裡汁液中的水相對自由,有毛細作用和滲透作用,但沒有對流移動,而且細胞內的原生質和液泡沒有冰晶形成。細胞原生質內有許多細胞器,它們都有非透水的生物膜,能將內部的水分子與外界隔開,無法自由移動。細胞的液泡內儲存了許多濃度很高的親水蛋白質、代謝物質和離子,水分子同樣也受到了束縛。

  看一看雪花漂亮的六角形晶體結構,就能見到其中水分子是如何排隊守秩序的。在它們的中心都有一個稱作晶核的雜質顆粒,它們結成冰也一樣需要這樣的晶核。植物細胞外汁液的水在冰點以下就會排起隊來結成冰,而被生物膜隔離開的細胞質和液泡中的水分子,則已經排在了其他分子外面,也就不易結起冰來。這就是樹皮韌皮部活組織的情況。

  冬天夜間樹幹被凍起來的時候,細胞外汁液中的部分水分子結成了冰,留下的汁液就會變濃,引起細胞內的水分子通過細胞膜質上的水通道流向細胞外,繼續參與冰晶的擴大。水分子從液泡流向細胞質,再流向細胞外,一定時間後,細胞質膜多數部位就會與細胞壁分離開來,形成質壁分離。這時細胞雖然還活著,但需要忍受特別高溶質濃度的鹽害。

  白天升溫後,細胞壁外的冰慢慢地融化,汁液被稀釋,水分子就流回了細胞質,再流回液泡,不再質壁分離,恢復正常狀態,而且每個晝夜都能如此循環往復。如果細胞質膜經不起這樣的折騰,細胞就會被機械力撕裂而死亡。樹幹被凍裂後,如果根系能補充到這個過程中損失的水分,樹皮活細胞可能通過代謝作用慢慢修復所產生的傷害。