番石榴(Psidium guajava)为热带果树, 原产热带美洲的秘鲁、墨西哥, 现在热带和亚热带地区均有栽培, 生长最适温度为23 ~ 28 ℃, 不耐低温, 因其投产早, 产量高, 果实富含维生素C, 果汁深受市场欢迎, 近年来逐渐成为台湾重要果树之一, 2000年种植面积达7 554 hm², 产量达158 269 kg(2000年台湾农业年报)。随着台湾番石榴品种的引进, 目前福建、广东、海南等省引种栽培面积正迅速扩大, 但低温寒害常给引种番石榴生产带来严重威胁。如1999年我国南方的寒害, 使广东、福建南部的引进番石榴不但当年冬季果绝收, 而且使许多幼树死亡。关于果树耐寒性研究, 国内外已有大量报道。纪忠雄(1983)从束缚水、糖、电导法、TTC和过氧化物酶等多种生理生化指标对柑桔(Citrus L.)抗寒性进行过研究。番石榴耐寒性研究鲜见报道(佘文琴等, 2001)。本试验拟通过测定低温胁迫下不同品种番石榴叶片细胞膜透性, 束缚水自由水比值, 可溶性蛋白质、可溶性糖含量等生理生化指标, 研究番石榴耐寒性, 为亚热带地区引种台湾番石榴提供科学依据。

1 材料与方法 1.1 材料

试验于2000 —2001年进行, 供试材料选自福州义序宏辉园艺场4 a生番石榴。品种为台湾引进的珍珠番石榴、无籽番石榴以及土种番石榴。选生长正常, 长势较一致的植株12株, 每4株为1小区, 重复3次, 随机排列。样品均采自树冠外围生长枝, 从顶端算起第3片展开成熟叶片。测定时间为2000年12月20日—2001年1月15日。

1.2 方法 1.2.1 叶片电渗率的测定

各试验叶片样品置于室温(10 ~ 12 ℃)、3、1、-1、-3、-4 ℃处理3、6、12、18、24 h后取出, 用直径0.6 cm打孔器打孔, 各处理称叶样3 g, 重复3次。叶样置于有盖的锥形瓶中, 加无离子水30 mL, 静置于20 ℃恒温箱中浸提12 h, 取出用DDS -11型电导仪测定浸提液的电导率, 测毕将其放入已沸的水浴锅中煮沸30 min, 再在20 ℃的恒温箱中静置12 h, 测定电导率。每处理测10个数据, 测定结果按下列公式计算:电解质渗出率(%)=(低温处理电导率煮沸后电导率)×100%。

1.2.2 自由水、束缚水含量的测定

用马林契克法测定, 用2WA -J阿贝折射仪测定糖及还原糖的含量, 换算成自由水、束缚水含量。

1.2.3 可溶性蛋白质的测定

用Folin酚试剂法测定。以牛血清蛋白质为标准蛋白质。

1.2.4 可溶性糖的测定

用蒽酮比色法测定。于722型分光光度计(620 nm)下比色。

上述试验均重复3次。

2 结果与分析 2.1 低温胁迫下番石榴叶片细胞膜透性的变化 2.1.1 低温胁迫对番石榴叶片相对电渗率的影响

在低温下, 叶片组织细胞的膜透性增大, 造成电解质外渗, 温度愈低, 电解质渗透愈多。表 1可见, 番石榴各品种用高于-1 ℃温度处理6 h, 叶片电渗率差异不明显, 土种番石榴和珍珠番石榴在室温条件下电渗率分别为28.53%和30.12%, 3 ℃时为30.53%和32.19%, 1 ℃时为35.24%和38.43%, -1 ℃时为40.15%和43.32%, 无籽番石榴情况也类似。说明温度在-1 ℃以上, 番石榴叶片细胞膜具有自我调节功能, 细胞膜透性小, 电渗率变幅不大。当温度从-1 ℃降到-3 ℃时, 番石榴中耐寒性较弱的珍珠番石榴、无籽番石榴的电渗率值发生了较大变化; 当温度进一步降到-4 ℃时, 番石榴各测试品种的电渗率值发生了更大的变化(见图 1)。这说明在-4 ℃时因细胞已严重冻伤, 细胞膜丧失了选择机能, 细胞内电解质大量外渗, 表现出高的渗出率。台湾引进的珍珠番石榴、无籽番石榴的电渗率急剧增加, 无籽番石榴在-3 ℃时电渗率比-1 ℃时增加了20.00%, 珍珠番石榴在-3 ℃时电渗率比-1 ℃时增加了20.45%, 而土种番石榴仅增加了13.40%。值得注意的是, 当温度进一步降低到-4 ℃时, 各品种电渗率均继续急剧增加, 无籽番石榴在-4 ℃时电渗率比-1 ℃时增加了54.01%, 珍珠番石榴也增加了38.78%, 土种番石榴增加了32.35%(见图 1)。若以Skumaran等(1972)提出以电渗率50%为组织受冻温度(LT50)的标准, -3 ℃经6 h, 除土种番石榴电渗率为45.53%, 其余2个品种均超过50%临界线, 表明已受冻害。-4 ℃经6 h, 土种番石榴电渗率亦超过50%的临界线, 该结果与实地冻害情况是一致的。

2.1.2 低温持续时间对番石榴叶片电渗率变化的影响

以珍珠番石榴和土种番石榴为材料, 测定不同持续低温下叶片的电渗率。表 2表明, 低温胁迫下叶片的电渗率随低温持续时间延长而增加, 如-1 ℃处理3 h土种番石榴电渗率为37.43%, 处理24 h则增加至44.48%, 与-1 ℃处理3 h相比土种番石榴电渗率增加了7.05%, 珍珠番石榴电渗率也从39.64%增加到47.89%, 增加了8.25%。珍珠番石榴在-1 ℃经24 h电渗率和-3 ℃经3 h相似。值得注意的是, 土种番石榴-3 ℃处理6 h, 其电渗率为45.53%, 但处理18 h, 其电渗率亦达52.14%, 表明虽未达到临界低温, 但低温胁迫持续时间长, 同样会使番石榴遭受冻害。珍珠番石榴在-3、-4 ℃随低温持续时间的延长, 电渗率急剧增大(表 2), -3 ℃处理3 h, 电渗率为48.83%, 处理6 h即增加到52.18%, 处理24 h则增加到70.84%;-4 ℃处理3 h, 电渗率为58.94%, 处理24 h则增加到79.81%。说明低温持续时间长会使膜透性增大, 造成冻害。

2.2 越冬期番石榴叶片的水分状况

束缚水不易移动、蒸腾和结冰, 其含量高, 会使原生质粘性增大、代谢降低, 有利植物耐寒性的提高。比较耐冻害的植物都会有大量的结合水, 同时能冻结的自由水含量相对的减少。刘星辉等(1990)、马翠兰等(1998)分别在香蕉(Musa nana)、柚(Citrus grandis)等品种研究中证明束缚水自由水比值大小与其耐寒性大小呈正相关。表 3表明, 在越冬期番石榴各品种叶片束缚水含量、束缚水自由水比值不同。土种番石榴束缚水含量最高, 为33.81%, 而珍珠、无籽番石榴分别为23.52%、26.09%;其束缚水自由水比值亦以土种番石榴1.57为最高, 珍珠、无籽番石榴分别为0.96、1.07。束缚水含量最高, 束缚水自由水比值最大的土种番石榴相对台湾引进的无籽、珍珠番石榴较耐寒。这与1999年12月底福建省冻害后义序宏辉园艺场调查结果一致。

2.3 越冬期番石榴叶片可溶性蛋白质、可溶性糖的含量 2.3.1 可溶性蛋白质

可溶性蛋白质的亲水性很强, 含量增加可显著增强细胞的保水力, 可有效保护植物不受冻害。可溶性蛋白质在植物抗寒性中的作用已有报道(姚胜蕊等, 1991), 如耐寒性较强的大久保桃(Amygdalus persica)花芽蛋白质含量高于耐寒性较弱的五月鲜桃。从表 4可见, 越冬期番石榴不同品种叶片可溶性蛋白质含量不同, 土种番石榴的可溶性蛋白质含量高于台湾引进的珍珠番石榴和无籽番石榴, 为3.118 mg·g^-1, 珍珠番石榴和无籽番石榴分别为1.438 mg·g^-1和1.091 mg·g^-1。

2.3.2 可溶性糖

糖在抗寒中作用包括提高细胞渗透浓度, 降低水势和冰点, 增加保水力以及诱导蛋白质合成等。通常在越冬期, 植物细胞内可溶性糖含量最高, 细胞的含糖量常与植物抗寒性呈正相关。表 4表明, 越冬期番石榴不同品种叶片可溶性糖含量不同。土种番石榴可溶性糖含量比台湾引进的珍珠番石榴和无籽番石榴高, 为4.12%, 珍珠、无籽番石榴分别为2.41%、2.29%。

3 讨论 3.1 番石榴的临界低温

番石榴为热带果树, 喜温忌冻, 在南亚热带地区虽有栽培, 但常遭冻害。本文参照田间实地冻害情况, 认为番石榴能够忍受的临界温度为-3 ~ -4 ℃, 视品种而异。土番石榴比较耐寒, 在-3 ℃、6 h电渗率为45.53%, 而台湾引进的无籽、珍珠番石榴电渗率分别为54.53%、52.18%, 均超过半致死温度的电渗率, 说明已受冻害, 引种时应予以注意。同时应该指出, 番石榴能够忍受的临界低温还与低温持续时间有关, 如土种番石榴-3 ℃胁迫6 h, 其电渗率为45.53%, 但-3 ℃胁迫18 h, 其电渗率亦达52.14%, 超过半致死温度的电渗率, 说明其已受冻害。

3.2 番石榴不同品种耐寒性的差异

番石榴不同品种耐寒性存在着差异, 这与其越冬期的生理基础有关。土种番石榴, 叶片束缚水含量、束缚水自由水比值较高, 分别为33.81%、1.57, 这与越冬期间有较多可溶性糖、可溶性蛋白质有关。土种番石榴可溶性糖和可溶性蛋白质含量最高, 分别为4.12%、3.118 mg·g^-1FW。可溶性糖和可溶性蛋白质是植物耐寒性的主要保护物质, 糖类能增加细胞液的渗透压, 加强细胞吸水、保水能力, 原生质不会脱水凝固。糖的关键作用是通过提高渗透浓度, 达到一定临界水平来启动内源ABA的形成, 或使它从束缚水状态释放(刘祖琪等, 1994)。因此土种番石榴的耐寒性强于台湾珍珠和无籽番石榴。