Co oznacza odporność zmierzona w doświadczeniu

Przeżycie mrozu zależy od tego, które tkanki pozostały sprawne i czy roślina może odtworzyć organy po ociepleniu. Mrozoodporność komórek, brak martwicy członu i wznowienie wzrostu całego kaktusa opisują różne wyniki. Zimotrwałość obejmuje dodatkowo przebieg całego sezonu, warunki w strefie korzeniowej i stan rośliny po odwilży. Doświadczenia z wyciętą tkanką pozwalają porównywać fizjologię, natomiast próby terenowe ujawniają skutki łącznego działania pogody i stanowiska. [Nobel i De la Barrera 2003] [Ishikawa i Gusta 1996] [Guevara i wsp. 2000]

W wielu pracach wskaźnik LT₅₀ jest temperaturą, przy której zdolność komórek do pobierania czerwieni obojętnej spada do połowy wartości kontrolnej. Barwnik gromadzi się w żywych komórkach, a wynik służy do oceny uszkodzeń tkanek. W badaniu Ishikawy i Gusty LT₀ oznaczało najniższą badaną temperaturę bez widocznych uszkodzeń wszystkich ocenianych członów, a LT₅₀ wiązano z uszkodzeniem połowy tkanki. Rozwinięcie skrótu trzeba zatem odczytać z metody każdej publikacji. [Loik i Nobel 1993b, s. 1724–1725] [Ishikawa i Gusta 1996, s. 1891–1892]

Chłodzenie może przebiegać z różną szybkością, lód może być inicjowany albo powstawać spontanicznie, a ekspozycja trwać godzinę lub wiele nocy. Równie ważny jest sposób rozmrażania i termin oceny. W pracy Nobla z 1990 roku część temperatur wyznaczano dla całkowitego zaniku barwienia komórek, a wyniki dla reżimu 5/−5°C w tabeli były ekstrapolacją. Nie można ich zestawić jako równoważnych z eksperymentalnym LT₅₀ z innych prac. [Nobel 1990, s. 315–318] [Ishikawa i Gusta 1996]

Lód pozakomórkowy i odwodnienie protoplastu

Tkanka może pozostawać przechłodzona, czyli zawierać ciekłą wodę poniżej jej równowagowej temperatury zamarzania. Powstanie pierwszych kryształów wywołuje egzotermę, krótkotrwały wzrost temperatury związany z uwolnieniem ciepła krzepnięcia. U badanego materiału Coryphantha vivipara po przechłodzeniu do około −6°C rejestrowano wzrost temperatury do około −2°C. Sam początek tworzenia lodu poza protoplastem nie oznaczał natychmiastowej śmierci tkanki. [Nobel 1981, s. 195–197] [Nobel 1982]

Lód w przestrzeniach pozakomórkowych obniża potencjał wody i powoduje jej odpływ z komórek. Protoplast, żywa zawartość komórki otoczona błoną, kurczy się. Wewnątrz wzrasta stężenie rozpuszczonych substancji, a błony i białka muszą zachować sprawność mimo utraty wody. Po rozmrożeniu potrzebne jest odwrócenie tych zmian. Tolerancja zamarzania pozakomórkowego zależy więc również od tolerancji odwodnienia. [Goldstein i Nobel 1994] [Loik i Nobel 1991]

Aklimatyzacja nie zawsze zwiększa zdolność do głębokiego przechłodzenia. Po utrzymywaniu trzech opuncji w temperaturach dnia i nocy 10/0°C Goldstein i Nobel stwierdzili inicjowanie lodu przy wyższej temperaturze niż u roślin prowadzonych w 30/20°C. W miękiszu asymilacyjnym O. ficus-indica średnia zmieniła się z −4,9 do −2,1°C, a u materiału oznaczonego jako O. humifusa z −3,6 do −2,8°C. Pomiary obejmowały cztery rośliny na gatunek. Wcześniejsze, stopniowe tworzenie lodu może umożliwiać bardziej uporządkowany odpływ wody z komórek. Ta interpretacja wyjaśnia, dlaczego silniejsza odporność może współistnieć z mniejszym przechłodzeniem. [Goldstein i Nobel 1994, s. 679, tab. V]

Pomiary metodą magnetycznego rezonansu jądrowego wskazywały, że przy −15°C u zimowego materiału O. humifusa co najmniej około 10% wody pozostawało ciekłe. U dwóch bardziej wrażliwych opuncji udział ciekłej wody spadał poniżej 10% już przy około −10°C. Przypisanie części sygnałów do przedziału wewnątrz- i pozakomórkowego jest interpretacją właściwości relaksacyjnych wody, a nie bezpośrednim obrazem rozmieszczenia lodu. [Goldstein i Nobel 1994, s. 679–680]

Utrata wody, cukry i mannitol

Jesienny spadek uwodnienia zmniejsza objętość pędu i zwiększa stężenie jego roztworów. W doświadczeniu Loika i Nobla materiał z Bald Knob w Wirginii, oznaczony jako O. humifusa, po przeniesieniu z 25/15°C do 5/−5°C tracił wodę mimo utrzymywania wilgotnego podłoża. Po siedmiu tygodniach grubość miękiszu asymilacyjnego i wodonośnego zmniejszyła się odpowiednio o 61% i 65%. Serie pomiarowe obejmowały po pięć członów. Wzrost ciśnienia osmotycznego nie dowodził tu syntezy nowych osmolitów, ponieważ po porównaniu tkanek przy pełnym nasyceniu wodą ciśnienie osmotyczne było niższe. [Loik i Nobel 1991, s. 342–344]

Inny protokół ujawnił wzrost zawartości rozpuszczalnych cukrów i mannitolu. W pracy z 1994 roku porównano cztery rośliny każdego gatunku po 3–4 tygodniach w 30/20°C lub 10/0°C. U O. humifusa zawartość fruktozy w miękiszu asymilacyjnym wzrosła z 15,3 do 69,0 mmol/kg świeżej masy, glukozy z 18,9 do 54,1, a sacharozy z 8,4 do 19,7. Udział samego zagęszczenia przez utratę wody i syntezy substancji rozpuszczonych zależy zatem od gatunku, tkanek oraz przebiegu aklimatyzacji. [Goldstein i Nobel 1994, s. 677–679, tab. II–IV] [Loik i Nobel 1991]

Ciśnienie osmotyczne miękiszu asymilacyjnego po dwóch reżimach temperatury (MPa)
Materiał oznaczony w badaniu30/20°C, dzień/noc10/0°C, dzień/noc
Opuntia ficus-indica0,70 ± 0,020,80 ± 0,01
Opuntia humifusa0,88 ± 0,051,23 ± 0,06
Opuntia streptacantha0,71 ± 0,020,83 ± 0,03

Średnie ± błąd standardowy, n = 4 rośliny na gatunek. Zestawienie przepisano z tabeli II. Dodatnie ciśnienie osmotyczne jest innym zapisem wielkości osmotycznej niż ujemny potencjał osmotyczny. Wyniki dotyczą materiału opisanego przez autorów, w tym historycznego ujęcia O. humifusa. [Goldstein i Nobel 1994, s. 677, tab. II]

Cukry i poliole, do których należy mannitol, obniżają temperaturę zamarzania roztworu. Ten efekt jest jednak zbyt mały, aby sam wyjaśnić tolerancję głębokiego mrozu. W pracy z 1991 roku wzrost ciśnienia osmotycznego o 0,56 MPa odpowiadał obniżeniu temperatury zamarzania jedynie o około 0,43°C. Autorzy rozważali dodatkową ochronę błon i białek oraz zmianę właściwości wody. Takie mechanizmy trzeba odróżnić od bezpośrednio zmierzonych stężeń związków. [Loik i Nobel 1991, s. 345] [Goldstein i Nobel 1994]

Śluz jako składnik gospodarki wodnej

Śluz kaktusów obejmuje hydrofilowe polisacharydy wiążące wodę. Jego obecność w apoplaście, czyli układzie ścian komórkowych i przestrzeni poza protoplastami, wpływa na podział wody między przedziały tkanki. U O. ficus-indica po 13 dniach w 10/0°C stwierdzono wzrost ilości śluzu i udziału wody pozakomórkowej. Początek tworzenia lodu przesuwał się ku wyższej temperaturze także w doświadczeniach z wyizolowanym śluzem. [Goldstein i Nobel 1991, s. 956–960]

Wstępnie związana poza komórkami woda może zasilać rosnący lód i ograniczać gwałtowność odpływu z protoplastów. Jest to hipoteza funkcjonalna zgodna z wynikami badań stosunków wodnych. Ilość śluzu nie daje jednak uniwersalnej miary odporności. W doświadczeniu na O. humifusa rosła w przeliczeniu na powierzchnię, natomiast u dwudziestu populacji O. fragilis średnio malała. Różnica pokazuje odmienność reakcji gatunków i warunków doświadczeń. [Loik i Nobel 1991, s. 343–345] [Loik i Nobel 1993b, s. 1728–1730]

Kwas abscysynowy i sygnalizacja aklimatyzacji

Kwas abscysynowy, ABA, jest hormonem uczestniczącym w odpowiedzi rośliny na zmianę stosunków wodnych i temperatury. Loik i Nobel porównali Ferocactus viridescens, Opuntia ficus-indica i O. fragilis. Po 14 dniach przejścia z 30/20°C do 10/0°C LT₅₀ poprawiło się odpowiednio o 1,7, 2,2 i 14,6°C. Wielkość reakcji była zatem silnie zależna od badanego gatunku. [Loik i Nobel 1993a, s. 872–874]

Podanie ABA w temperaturach 30/20°C częściowo odtwarzało odpowiedź na chłód. Po czterech dniach oprysku roztworem 7,5 × 10⁻⁵ mol/l tolerancja wzrosła odpowiednio o 0,5, 4,1 i 23,4°C. Były to serie po pięć roślin, oceniane przez pobieranie czerwieni obojętnej po godzinnej ekspozycji próbek w temperaturze testowej. Różnice odpowiedzi świadczą także o różnej wrażliwości tkanek na sygnał hormonalny. [Loik i Nobel 1993a, s. 872–875]

Eksperymentalne wstrzykiwanie wody do pędów ograniczało wzrost zawartości ABA i znosiło znaczną część hartowania. U O. fragilis po 14 dniach LT₅₀ wynosiło −3,5°C w wariancie z wprowadzaniem wody i −20,6°C bez tego zabiegu. Wstrzyknięcie wody do tkanek nie jest odpowiednikiem zwykłego podlewania. Wyniki uzasadniają udział uwodnienia i sygnalizacji ABA, lecz nie stanowią sprawdzonej metody hartowania kaktusów preparatem hormonalnym. [Loik i Nobel 1993a, s. 874–875]

Sezonowość odporności na kanadyjskiej prerii

U opuncji z okolic Pike Lake w Saskatchewan duża zimowa odporność współistniała z bardzo małą odpornością nowych przyrostów. Ishikawa i Gusta zbierali materiał od września 1985 do września 1986 roku. Oddzielone człony umieszczali w wilgotnym piasku. Przez 12 godzin utrzymywali −3,5°C w celu zainicjowania lodu, następnie chłodzili o 2°C na godzinę do −12°C i o 5°C na godzinę do niższych temperatur. Rozmrażanie prowadzono przez noc przy 4°C. [Ishikawa i Gusta 1996, s. 1891]

Na temperaturę przypadało co najmniej pięć członów, a testy powtarzano trzykrotnie. Martwicę oceniano po czterech tygodniach w 22°C. Zdolność do tworzenia korzeni i nowych pędów kontrolowano dodatkowo przez 2–3 miesiące, w dwóch powtórzeniach doświadczenia regeneracyjnego. Te warunki są niezbędną częścią interpretacji poniższej tabeli. [Ishikawa i Gusta 1996, s. 1891–1893]

Sezonowa zmiana tolerancji członów z Saskatchewan
Data i materiałWoda (% świeżej masy)LT₀: brak widocznych uszkodzeńLT₅₀: uszkodzenie tkanki
6 IX 1985, dojrzałe człony O. fragilis84,3%−7°C−10°C
10 X 1985, O. fragilis71,9%−50°Cponiżej −70°C
10 XII 1985, O. fragilis69,6%−50°Cponiżej −70°C
8 IV 1986, O. fragilis72,5%−30°Cponiżej −60°C
18 VI 1986, młode człony O. fragilis91,0%nie wyznaczonośmierć po zamrożeniu przy −3,5°C
10 XII 1985, O. polyacantha67,6%−40°C−55°C

Dane z tabeli 2. LT₀ jest najniższą zbadaną temperaturą, przy której wszystkie oceniane człony pozostawały bez widocznych uszkodzeń. Wynik dla czerwcowych przyrostów opisuje śmierć po zainicjowaniu zamarzania, a nie wyznaczone LT₅₀. Rozdzielenie tych kryteriów zapobiega pozornemu porównywaniu identycznych wielkości. [Ishikawa i Gusta 1996, s. 1893, tab. 2]

Część zimowych członów O. fragilis przeżywała zanurzenie w ciekłym azocie dopiero po wstępnym zamrożeniu do −40°C. Ten etap powodował silne odwodnienie przed dalszym schłodzeniem. Wstępne zamrożenie tylko do −20 lub −30°C nie zapewniało takiego wyniku. Jest to doświadczenie nad kriotolerancją oddzielonego materiału, które nie opisuje zimowania w ogrodzie. [Ishikawa i Gusta 1996, s. 1892–1894]

Dwadzieścia populacji Opuntia fragilis

Loik i Nobel porównali materiał z dwudziestu lokalizacji po wspólnym okresie uprawy. Następnie rośliny przeniesiono z temperatur dnia i nocy 25/15°C na 14 dni do 5/−5°C, przy dwunastogodzinnym oświetleniu i podlewaniu. Dla populacji badano pięć członów. Próbki chłodzono o 8–10°C na godzinę, utrzymywano godzinę w temperaturze testowej i ogrzewano o 5°C na godzinę. LT₅₀ wyznaczano ze spadku zdolności komórek do barwienia, względem kontroli przy 0°C. [Loik i Nobel 1993b, s. 1723–1725]

LT₅₀ po aklimatyzacji oraz poprawa względem 25/15°C
Pochodzenie materiałuLT₅₀ (°C)Poprawa tolerancji (°C)
Peace River, Alberta−39,020,0
Fort St. John, Kolumbia Brytyjska−44,324,3
Goose Lake, Saskatchewan−41,123,4
Cache Creek, Kolumbia Brytyjska−34,914,9
Bird River, Manitoba−22,617,2
Vernon, Kolumbia Brytyjska−30,111,1
Hornby Island, Kolumbia Brytyjska−19,112,1
Lethbridge, Alberta−28,319,0
Virden, Manitoba−48,919,9
Minot, Dakota Północna−40,217,2
Plymouth, Waszyngton−20,611,1
Eau Claire, Wisconsin−25,518,8
Kaladar, Ontario−20,415,4
Thermopolis, Wyoming−28,617,6
Salt Lake City, Utah−25,017,0
Leadville, Kolorado−22,416,4
Princeton, Kolorado−15,614,2
Russell, Kansas−23,319,3
Loa, Utah−23,613,6
Albuquerque, Nowy Meksyk−27,619,6

Wartości z tabeli 2, s. 1727. Dodatnia poprawa oznacza przesunięcie LT₅₀ ku niższej temperaturze. Zakres końcowy wynosi od −15,6°C dla Princeton do −48,9°C dla Virden, a średnia około −29°C. W tekście publikacji jako najmniej odporną po aklimatyzacji wskazano Hornby Island, jednak tabela zawiera wyższą wartość dla Princeton. W atlasie zachowano wszystkie wartości tabelaryczne i jawną informację o tej rozbieżności. [Loik i Nobel 1993b, s. 1726–1727, tab. 2]

Odporność była silniej związana z minimalnymi temperaturami klimatu miejsca pochodzenia niż z samą wysokością nad poziomem morza. Wielkość utraty wody, zmiana ciśnienia osmotycznego i ilość śluzu nie wyjaśniały natomiast prostym związkiem liniowym różnic LT₅₀ między populacjami. Bardziej pomarszczony okaz nie musi być bardziej odporny. Pochodzenie ma znaczenie, lecz wynik doświadczenia obejmuje konkretny materiał, a nie każdą roślinę z etykietą danej miejscowości. [Loik i Nobel 1993b, s. 1727–1730]

Pęd, korzeń, owoc i merystem mają różne reakcje

Nobel i De la Barrera badali klon 1279 O. ficus-indica. Młode człony i owoce porównywano po dwóch tygodniach w 20/10°C lub 30/20°C, a ukorzenione roczne człony i młode korzenie po siedmiu tygodniach. Tkanki utrzymywano przez 60 minut w temperaturze testowej. Każda średnia opierała się na 5–7 roślinach. Aklimatyzacja pędu była wyraźniejsza niż reakcja owoców i korzeni. [Nobel i De la Barrera 2003, s. 272–275]

LT₅₀ organów klonu 1279 Opuntia ficus-indica (°C)
Organ i wiekPo 20/10°CPo 30/20°C
Człon roczny−7,6 ± 0,2−6,7 ± 0,2
Człon sześciotygodniowy−7,8 ± 0,2−6,5 ± 0,1
Owoc sześciotygodniowy−6,3 ± 0,3−6,3 ± 0,2
Korzeń sześciotygodniowy−6,5 ± 0,2−6,4 ± 0,2

Średnie ± błąd standardowy z tabeli 1. Różnice między reżimami były istotne dla członów, natomiast nieistotne dla owoców i korzeni. Ochrona termiczna przez glebę i fizjologiczna zdolność tkanki korzenia do hartowania to odrębne właściwości. Wniosek uprawowy dotyczy potrzeby osobnej kontroli strefy korzeniowej, szczególnie przy przenoszeniu obserwacji gruntowych do pojemników. [Nobel i De la Barrera 2003, s. 275–278]

Merystem jest tkanką zdolną do podziałów i wytwarzania nowych struktur. Zutta i współautorzy pobierali go z pąków pachwinowych areoli, a nie z głównego wierzchołka pędu. Po 100 dniach w temperaturach 10/5°C porównali jego żywotność z miękiszem asymilacyjnym. W każdej serii było pięć roślin, a ekspozycja próbek trwała godzinę. Badane merystemy okazały się odporniejsze od sąsiadującej tkanki fotosyntetyzującej. [Zutta i wsp. 2011, s. 2–4]

LT₅₀ tkanek po 100 dniach w 10/5°C (°C)
Materiał w publikacjiMiękisz asymilacyjnyMerystem areoli
Nopalea cochenillifera−9,1 ± 0,4−11,3 ± 0,4
Opuntia robusta−8,8 ± 0,4−11,2 ± 0,4
Selenicereus megalanthus−6,5 ± 0,3−7,4 ± 0,4

Średnie ± błąd standardowy, n = 5. Większa tolerancja pąków może pozwalać na odtworzenie części pędu po uszkodzeniu. Nie oznacza jednak przeżycia całej rośliny przy LT₅₀. Nazwa Nopalea cochenillifera w pracy odpowiada synonimowi przyjętej w POWO Opuntia cochenillifera. Rekord nomenklatoryczny [2-WWW]. [Zutta i wsp. 2011, s. 4–5]

Pelecyphora vivipara i ocena regeneracji

Materiał badany przez Nobla w 1981 r. pochodził z Mercury Valley w Nevadzie i należy obecnie do Pelecyphora vivipara (w pracy Coryphantha vivipara var. deserti). W próbach przeżycia badano po pięć roślin na temperaturę. Noc trwała dziewięć godzin, a temperatura pędu pozostawała bliska wartości docelowej przez ostatnie cztery godziny. Kolejne próby wykonywano przy spadających temperaturach, w odstępach około tygodnia; wynik dla −12°C uzyskano później. Przed każdą ekspozycją potwierdzano dodatnie nocne pobieranie CO₂. [Nobel 1981, s. 195, ryc. 2]

Za przeżywającą uznawano roślinę, która w ciągu dwóch miesięcy po ekspozycji ponownie osiągnęła dodatni nocny bilans CO₂. Po −12°C kryterium spełniło pięć roślin, po −15°C trzy, a po −20°C żadna. Wyniki odnoszą się do opisanego materiału, czasu ekspozycji i fizjologicznej definicji przeżycia. [Nobel 1981, s. 195–196, ryc. 2]

Osobna seria pomiarów na jednej roślinie pokazała przebieg regeneracji po nocy przy −10°C. Maksymalna szybkość nocnego pobierania CO₂ zmalała następnej nocy o około 70%, a temperatura jej maksimum przesunęła się z 10 do 6°C. Czwartej nocy krzywa wymiany gazowej wróciła w przybliżeniu do stanu wyjściowego. U trzech roślin, które przeżyły próbę −15°C, bilans nocny przez dziesięć nocy pozostawał ujemny; czternastej nocy szybkość pobierania wynosiła średnio 23% wartości początkowej, a po dwóch miesiącach około połowy. Ocena regeneracji obejmowała więc wielodniowy przebieg wymiany gazowej. [Nobel 1981, s. 195–197, ryc. 1–2]

Zimowy bilans węgla i uszkodzenia od chłodu

Zdolność do przeżycia mrozu współistnieje z sezonowym ograniczeniem fotosyntezy. Koch i Kennedy badali materiał z Iowa oznaczony jako O. humifusa. Nocne pobieranie CO₂ było typowe dla miesięcy od kwietnia do września, a zimą zmiany kwasowości były małe. W marcu i październiku rejestrowali pobieranie w późniejszej części dnia i nocne wydzielanie CO₂. Pomiary gazowe prowadzono na zebranych pędach w warunkach odtwarzających warunki terenowe, a nie jako całoroczny ciągły pomiar tej samej rośliny w siedlisku. [Koch i Kennedy 1980, s. 391–394]

Nocny przyrost kwasowości nie zawsze oznacza dopływ węgla z atmosfery. Część CO₂ może pochodzić z oddychania i być ponownie wiązana. W odrębnym doświadczeniu Nobla pobieranie CO₂ przez wybraną opuncję trwało także przy ujemnej temperaturze tkanki, lecz tkanka była przechłodzona i nie zamarzła. Odporność na zamarzanie, możliwość fotosyntezy w chłodzie oraz zamknięty obieg węgla oddechowego wymagają oddzielnych pomiarów. [Koch i Kennedy 1980] [Nobel 1990, s. 319–321]

Kaktusy ciepłolubne mogą doznawać uszkodzeń od chłodu również bez wykazania zamarznięcia tkanek. Kondo i współautorzy porównali terminy przenoszenia odmiany Maya, opisanej jako Nopalea cochenillifera, z ogrzewanej szklarni do warunków zewnętrznych w Nagoi. Wczesne przeniesienie, przy średniej temperaturze pierwszych dwóch tygodni około 15–16°C, sprzyjało aklimatyzacji. Późniejsze warianty o niższej temperaturze początkowej były bardziej uszkadzane. Wynik zależał od sezonu, terminu i towarzyszącego oświetlenia. [Kondo i wsp. 2023, s. 213–218]

U roślin tolerujących późniejszy chłód obserwowano inne położenie chloroplastów i ich kontakt z pozostałymi organellami, a u uszkadzanych obrzmiewanie i dezorganizację tylakoidów, czyli błon aparatu fotosyntetycznego. Aktywność dysmutazy ponadtlenkowej, enzymu uczestniczącego w usuwaniu reaktywnych form tlenu, lepiej wracała do wcześniejszego poziomu u roślin aklimatyzowanych. Ocenę enzymatyczną oparto na trzech roślinach w wariancie. Związek tych cech z przeżyciem nie dowodzi, że sam wzrost aktywności jednego enzymu jest wystarczającą przyczyną odporności. [Kondo i wsp. 2023, s. 216–223]

Rośliny odporniejsze w tym doświadczeniu nie miały najgrubszej kutykuli. Różniło się również pokrycie powierzchni woskami. Nie można zatem oceniać tolerancji chłodu wyłącznie po grubości osłony pędu albo wyglądzie nalotu. Praca opisuje aklimatyzację do chłodu konkretnej odmiany, bez wyznaczenia temperatury bezpiecznego zimowania w polskim ogrodzie. [Kondo i wsp. 2023, s. 217–223]

Badania terenowe i rzeczywista zima

Temperatura minimalna nie opisuje długości stresu. W próbie Russella i Felkera w Kingsville w Teksasie 49 materiałów opuncji przeszło zimą 1984/1985 siedem epizodów mrozu, łącznie 129 godzin. Minimum wyniosło −9°C, a pomiar wykonywano poza tkankami roślin. Plan zakładał po 15 roślin na materiał, lecz część prób była mniejsza z powodu strat podczas przesadzania albo niedostępności roślin. Materiały miały różne terminy sadzenia, część przybyła dopiero jesienią i na początku zimy. Oceniany udział martwej części nadziemnej nie wykluczał późniejszego odbicia od podstawy. [Russell i Felker 1987, s. 546–549]

W Mendoza w sierpniu 1999 roku podczas dwóch kolejnych nocy notowano −16 i −17°C, przy wielogodzinnym utrzymywaniu się temperatur poniżej −10°C. Guevara i współautorzy porównali sześcioelementowy zestaw klonów, po 15 trzyletnich roślin na materiał i stanowisko. Wiek był istotnym kontekstem. W odrębnej próbie roślin dziewięciomiesięcznych oceniano cztery środkowe rośliny z każdego sześcioroślinnego poletka. Średnie uszkodzenie młodych członów O. ficus-indica wyniosło 98,1%, podczas gdy trzyletnie materiały tego gatunku wykazywały znacznie mniejsze uszkodzenia. [Guevara i wsp. 2000, s. 200–204]

Uszkodzenie członów trzyletnich opuncji po mrozie w Mendoza (%)
Materiał nazwany w publikacjiRówninaWydmaŚrednia
O. paraguayensis0,00,70,3
O. robusta3,00,92,0
O. spinulifera3,76,55,1
O. ficus-indica „San Rafael”19,210,614,9
O. ficus-indica „Cuenca”25,723,624,6
O. ficus-indica „San Juan”52,616,134,4

Dane z tabeli 3. Ocenę wykonano 15 dni po mrozie, z wyłączeniem matecznych członów. Nie jest to procent martwych całych roślin. Różnice między klonami były istotne, lecz porównanie równiny i wydmy wewnątrz poszczególnych klonów nie wykazało istotnych różnic. Nazwy materiałów pozostawiono w ujęciu autorów. Jeden epizod nie pozwala wyznaczyć zimotrwałości w Polsce. [Guevara i wsp. 2000, s. 202–204]

W opublikowanej w 2022 roku próbie w Bozeni w Rumunii porównano dziesięć taksonów, po dziesięć roślin pod osłoną i bez osłony. Najniższa podana temperatura wyniosła −21,9°C. Wszystkie nieosłonięte rośliny oznaczone jako Echinocereus coccineus zwiędły i obumarły, a uszkodzenia występowały także w wariancie osłoniętym. Część opuncji i cylindropuncji była mało uszkodzona. Próba obejmowała jeden podzielony ogród skalny, bez opisania pochodzenia poszczególnych roślin i konstrukcji osłony na poziomie pozwalającym wiernie odtworzyć zabieg. Jej wynik jest ostrzeżeniem przed przypisywaniem jednakowej zimotrwałości wszystkim kaktusom z handlowej grupy „mrozoodporne”. [Szekely-Varga i wsp. 2022, s. 739–743]

Znaczenie temperatury rośliny i wnioski dla uprawy

Nocny bilans cieplny zależy od wymiany promieniowania, ruchu powietrza, kształtu pędu, cierni i owłosienia. Temperatura powierzchni rośliny może różnić się od temperatury powietrza. Śnieg dodatkowo zmienia warunki przy gruncie. W kanadyjskim badaniu przy minimum powietrza około −38°C rejestrowano pod pokrywą śnieżną około −17°C przy opuncjach. Ochrona przez mikrostanowisko działa obok wewnętrznej tolerancji tkanek. [Nobel 1980, s. 10–14] [Ishikawa i Gusta 1996, s. 1892]

Ilustracja opuncji ze śniegiem na brzegach członów w skalistym, zimowym krajobrazie.

Opuncja w zimowym otoczeniu

Opuncja w zimowym otoczeniu — ilustracja poglądowa. [Ishikawa i Gusta 1996] [Nobel 1980]

Powiększ planszę ↗

Wniosek uprawowy z całego zestawu badań dotyczy dokumentowania pochodzenia i fazy rozwoju, stopniowej aklimatyzacji oraz osobnej oceny pędu i korzeni. Letni przyrost opuncji wymaga innej oceny niż jej zahartowany człon zimowy. W pomiarach zapisuj położenie czujnika, długość mrozu i odwilży, obecność śniegu oraz osłonę przed opadem. Wynik wiosenny powinien obejmować martwicę, tworzenie korzeni i późniejszy wzrost. [Ishikawa i Gusta 1996] [Loik i Nobel 1993b] [Nobel i De la Barrera 2003] [Guevara i wsp. 2000]

Wilgotna gleba nie uniemożliwiała fizjologicznego odwodnienia w doświadczeniach komorowych, lecz próby terenowe wskazują na znaczenie stanowiska i warunków zimowych. Dlatego laboratoryjnego hartowania w podlewanym podłożu nie należy zamieniać w zalecenie utrzymywania mokrej rabaty. W polskiej uprawie działający odpływ wody, przewiewna osłona dobrana do materiału oraz kontrola strefy korzeniowej wymagają oceny razem z temperaturą. [Loik i Nobel 1991] [Koch i Kennedy 1980] [Fleischer i Schütz 1978]

Dalsze wskazówki dotyczące stanowiska zawiera opracowanie mrozoodporności i zimotrwałości w praktyce kolekcjonerskiej. Dział zimowania porównuje grunt, pojemniki i uprawę pod osłonami. Tabele tego artykułu zachowują warunki eksperymentów i nie wyznaczają temperatur zalecanych dla całego gatunku. [Nobel i De la Barrera 2003] [Ishikawa i Gusta 1996] [Loik i Nobel 1993b]

Podstawa opracowania

Opracowanie na podstawie pełnych tekstów 17 publikacji z lat 1980–2023. Dane liczbowe zachowują materiał, aklimatyzację i kryterium oceny. Tabele odczytano z obrazów stron oryginalnych prac. Nazwy historyczne opisują materiał badany przez autorów.

Artykuł2023

Morphological and antioxidant responses of Nopalea cochenillifera cv. Maya (edible Opuntia sp. “Kasugai Saboten”) to chilling acclimatization

Kondo A., Ito M., Takeda Y., Kurahashi Y., Toh S., Funaguma T., Morphological and antioxidant responses of Nopalea cochenillifera cv. Maya (edible Opuntia sp. “Kasugai Saboten”) to chilling acclimatization, Journal of Plant Research, 2023, 136(2):211-225, doi: 10.1007/s10265-023-01437-9

Doświadczenie porównuje rośliny przenoszone na zewnątrz w różnych terminach. Obejmuje ultrastrukturę komórek, woski i aktywność dysmutazy ponadtlenkowej w kontekście aklimatyzacji oraz uszkodzeń chłodowych.

Fizjologia i anatomiaRodzajNopaleaOpuntia
Artykuł1993a

Exogenous Abscisic Acid Mimics Cold Acclimation for Cacti Differing in Freezing Tolerance

Loik M. E., Nobel P. S., Exogenous Abscisic Acid Mimics Cold Acclimation for Cacti Differing in Freezing Tolerance, Plant Physiology, 1993, 103(3):871-876, doi: 10.1104/pp.103.3.871

Badanie porównuje reakcje trzech opuncji na chłód, zewnętrznie podany ABA i eksperymentalne utrzymanie uwodnienia. Przedstawia sygnalizację aklimatyzacji, ze szczególnie silną odpowiedzią Opuntia fragilis.

Fizjologia i anatomiaRodzajFerocactusOpuntia
Artykuł1994

Water Relations and Low-Temperature Acclimation for Cactus Species Varying in Freezing Tolerance

Goldstein G., Nobel P. S., Water Relations and Low-Temperature Acclimation for Cactus Species Varying in Freezing Tolerance, Plant Physiology, 1994, 104(2):675-681, doi: 10.1104/pp.104.2.675

Badanie porównuje gospodarkę wodną, cukry, mannitol, śluz i powstawanie lodu u trzech opuncji. Analizy obejmują materiał po aklimatyzacji w temperaturach dnia i nocy 10/0°C, w tym rośliny oznaczone historycznie jako Opuntia humifusa.

Fizjologia i anatomiaRodzajOpuntia
Artykuł2022

Could cactuses endure winter in Romanian climatic conditions?

Szekely-Varga Z., Csorba A. B., Molnár K., Iakab M., Biró-Janka B., Kentelky E., Could cactuses endure winter in Romanian climatic conditions?, Scientific Papers. Series B, Horticulture, 2022, 66(1):738-744

Jednosezonowa próba w Bozeni porównuje dziesięć taksonów na osłoniętej i nieosłoniętej części rabaty. Każda kombinacja obejmowała dziesięć roślin, a uszkodzenia oceniano skalą porządkową.

Fizjologia i anatomiaRodzajCylindropuntiaEchinocereusOpuntia
Artykuł2011

Low- and High-Temperature Tolerance and Acclimation for Chlorenchyma versus Meristem of the Cultivated Cacti Nopalea cochenillifera, Opuntia robusta, and Selenicereus megalanthus

Zutta B. R., Nobel P. S., Aramians A. M., Sahaghian A., Low- and High-Temperature Tolerance and Acclimation for Chlorenchyma versus Meristem of the Cultivated Cacti Nopalea cochenillifera, Opuntia robusta, and Selenicereus megalanthus, Journal of Botany, 2011, 2011:347168, doi: 10.1155/2011/347168

Badanie porównuje żywotność miękiszu asymilacyjnego i merystemów pąków pachwinowych trzech uprawianych kaktusów. Obejmuje godzinną ekspozycję na niską temperaturę po różnych warunkach aklimatyzacji.

Fizjologia i anatomiaRodzajNopaleaOpuntiaSelenicereus
Artykuł2003

Tolerances and acclimation to low and high temperatures for cladodes, fruits and roots of a widely cultivated cactus, Opuntia ficus-indica

Nobel P. S., De la Barrera E., Tolerances and acclimation to low and high temperatures for cladodes, fruits and roots of a widely cultivated cactus, Opuntia ficus-indica, New Phytologist, 2003, 157(2):271-279, doi: 10.1046/j.1469-8137.2003.00675.x

Doświadczenie porównuje człony w różnym wieku, owoce i młode korzenie klonu Opuntia ficus-indica. Przedstawia wartości LT₅₀ oraz różnice zdolności aklimatyzacji między organami.

Fizjologia i anatomiaRodzajOpuntia
Artykuł1996

Freezing and heat tolerance of Opuntia cacti native to the Canadian prairie provinces

Ishikawa M., Gusta L. V., Freezing and heat tolerance of Opuntia cacti native to the Canadian prairie provinces, Canadian Journal of Botany, 1996, 74(12):1890-1895, doi: 10.1139/b96-226

Sezonowe badania materiału z Saskatchewan obejmują zamrażanie członów, późniejszą martwicę i regenerację. Porównują zahartowane człony zimowe z młodymi przyrostami.

Fizjologia i anatomiaRodzajOpuntia
Artykuł1980

Effects of seasonal changes in the Midwest on Crassulacean Acid Metabolism (CAM) in Opuntia humifusa Raf.

Koch K. E., Kennedy R. A., Effects of seasonal changes in the Midwest on Crassulacean Acid Metabolism (CAM) in Opuntia humifusa Raf., Oecologia, 1980, 45(3):390-395, doi: 10.1007/BF00540212

Badanie rocznego cyklu roślin z Iowa łączy pomiary wymiany gazowej, kwasowości i uwodnienia. Opisuje sezonowość nocnego pobierania CO₂ u materiału oznaczonego w 1980 roku jako Opuntia humifusa.

Fizjologia i anatomiaRodzajOpuntia
Artykuł1991

Water relations and mucopolysaccharide increases for a winter hardy cactus during acclimation to subzero temperatures

Loik M. E., Nobel P. S., Water relations and mucopolysaccharide increases for a winter hardy cactus during acclimation to subzero temperatures, Oecologia, 1991, 88(3):340-346, doi: 10.1007/BF00317576

Doświadczenie obejmuje siedmiotygodniową aklimatyzację materiału oznaczonego jako Opuntia humifusa z Bald Knob w Wirginii. Analiza rozróżnia zagęszczanie roztworu przez utratę wody i przyrost substancji osmotycznie czynnych oraz rozpatruje rolę śluzu.

Fizjologia i anatomiaRodzajOpuntia
Artykuł1993b

Freezing Tolerance and Water Relations of Opuntia fragilis from Canada and the United States

Loik M. E., Nobel P. S., Freezing Tolerance and Water Relations of Opuntia fragilis from Canada and the United States, Ecology, 1993, 74(6):1722-1732, doi: 10.2307/1939931

Doświadczenie porównuje odporność na zamarzanie dwudziestu populacji Opuntia fragilis po aklimatyzacji w jednolitych warunkach. Autorzy zestawiają wartości LT₅₀ i utratę wody, wykazując duże różnice między pochodzeniami oraz brak prostego związku tych dwóch cech.

Fizjologia i anatomiaRodzajOpuntia
Artykuł2000

Frost hardiness and production of Opuntia forage clones in the Mendoza plain, Argentina

Guevara J. C., Gonnet J. M., Estevez O. R., Frost hardiness and production of Opuntia forage clones in the Mendoza plain, Argentina, Journal of Arid Environments, 2000, 46(2):199-207, doi: 10.1006/jare.2000.0664

Doświadczenie terenowe porównuje uszkodzenia klonów paszowych po silnym mrozie w 1999 roku. Uwzględnia wiek roślin i miejsce posadzenia.

Fizjologia i anatomiaRodzajOpuntia
Artykuł1980

Influences of Minimum Stem Temperatures on Ranges of Cacti in Southwestern United States and Central Chile

Nobel P. S., Influences of Minimum Stem Temperatures on Ranges of Cacti in Southwestern United States and Central Chile, Oecologia, 1980, 47(1):10-15, doi: 10.1007/BF00541769

Pomiary i model bilansu cieplnego wiążą budowę pędu, ciernie oraz owłosienie z temperaturą tkanek. Praca wyjaśnia zależność temperatury rośliny od otoczenia i jej własnej struktury.

Fizjologia i anatomiaRodzajFerocactus
Artykuł1981

Influence of Freezing Temperatures on a Cactus, Coryphantha vivipara

Nobel P. S., Influence of Freezing Temperatures on a Cactus, Coryphantha vivipara, Oecologia, 1981, 48(2):194-198, doi: 10.1007/BF00347964

Doświadczenia na materiale Coryphantha vivipara var. deserti z Nevady łączą obserwacje temperatury pędu, przeżycia i odzyskiwania wymiany gazowej z analizą tworzenia lodu. Badano zmianę objętości protoplastów, osmotyczne własności soku oraz żywotność komórek po mrozie. Stopniowe obniżanie temperatury utrzymywania roślin zwiększało tolerancję komórek ocenianą przez przyżyciowe barwienie.

Fizjologia i anatomiaRodzajCoryphanthaPelecyphora
Artykuł1982

Low-Temperature Tolerance and Cold Hardening of Cacti

Nobel P. S., Low-Temperature Tolerance and Cold Hardening of Cacti, Ecology, 1982, 63(6):1650-1656, doi: 10.2307/1940106

Porównanie kaktusów w kontrolowanych warunkach obejmuje tolerancję komórek, zakres hartowania i temperaturę pędu. Ocenę uszkodzenia oparto na zmianie zdolności tkanek do pobierania barwnika.

Fizjologia i anatomiaRodzajCoryphanthaDenmozaFerocactusOpuntiaPediocactusPelecyphora
Artykuł1990

Low-temperature tolerance and CO₂ uptake for platyopuntias—a laboratory assessment

Nobel P. S., Low-temperature tolerance and CO₂ uptake for platyopuntias—a laboratory assessment, Journal of Arid Environments, 1990, 18(3):313-324

Badanie czternastu materiałów uprawnych łączy tolerancję chłodu z pomiarami wymiany gazowej. Obejmuje także pobieranie CO₂ przez przechłodzone, pozostające w stanie niezamarzniętym tkanki.

Fizjologia i anatomiaRodzajOpuntia
Artykuł1991

Changes in Osmotic Pressure and Mucilage during Low-Temperature Acclimation of Opuntia ficus-indica

Goldstein G., Nobel P. S., Changes in Osmotic Pressure and Mucilage during Low-Temperature Acclimation of Opuntia ficus-indica, Plant Physiology, 1991, 97(3):954-961, doi: 10.1104/pp.97.3.954

Analiza Opuntia ficus-indica obejmuje cukry, glicerol, śluz i wodę pozostającą w stanie ciekłym podczas chłodzenia. Pomiary NMR dostarczają danych o nukleacji lodu i zmianach przedziałów wodnych po aklimatyzacji.

Fizjologia i anatomiaRodzajOpuntia
Artykuł1987

Comparative cold-hardiness of Opuntia spp. and cvs grown for fruit, vegetable and fodder production

Russell C., Felker P., Comparative cold-hardiness of Opuntia spp. and cvs grown for fruit, vegetable and fodder production, Journal of Horticultural Science, 1987, 62(4):545-550, doi: 10.1080/14620316.1987.11515819

Próba terenowa porównuje 49 materiałów opuncji po serii mrozów w Teksasie. Obejmuje rośliny o różnym wieku i terminach sadzenia.

Fizjologia i anatomiaRodzajOpuntia
Książka1978

Kaktusy

[Fleischer Z., Schütz B., Kaktusy, Państwowe Wydawnictwo Rolnicze i Leśne, Warszawa, 1978, wyd. I, tłum. Kabiesz Z., Prajer Z.]

Państwowe Wydawnictwo Rolnicze i Leśne, Warszawa, wydanie I. Tłumaczenie — Zofia Kabiesz i Zbigniew Prajer. Podstawa historyczna i uprawowa. Nazwy oraz interpretacje aktualizowane osobno.

Fizjologia i anatomia
[2-WWW]Portal źródłowy

Plants of the World Online — Royal Botanic Gardens, Kew

https://powo.science.kew.org/

Nazwy przyjęte, synonimy i rozmieszczenie. Cytowanie przy taksonie prowadzi do jego rekordu.

Dostęp 2026-10-08.