1. 引言
色氨酸是生物合成蛋白质所必需的氨基酸之一，人和动物无法自身合成，必须通过植物来获得，因此色氨酸是植物性食物的重要营养成分之一 [1]。色氨酸也是植物合成生长素、植保素、芥子苷油等物质的前体物质 [2] [3] [4]。生长素最重要的生理作用是使细胞进行伸长生长，促进植物生长 [5]。植保素是植物在遭受胁迫后产生的一种代谢物质，芥子甘油是一种次生代谢物，两者均在抵御病虫害等过程中发挥着重要的作用 [6]。
色氨酸在农业生产中具有重要的作用。在植物的幼苗期施用一定浓度的色氨酸液肥不仅能显著提高作物的产量，而且能促进植物对矿质元素N、P和K的吸收，提高果实生物量和品质等 [7] [8] [9]。此外，色氨酸处理对植物的抗逆能力具有积极作用，研究表明施加外源色氨酸能显著提高植物对干旱、盐碱及重金属等胁迫的抗性 [10] [11] [12]。色氨酸可以通过微生物发酵、酶促反应以及化学方法合成，随着生物技术的不断发展，微生物发酵成为了生产色氨酸的主要方式且生产成本越来越低 [13]。此外，色氨酸对人畜和环境安全，无副作用。因此，在农业生产中通过施用外源色氨酸来调控植物的生长发育并提高植物的抗逆性是一种成本低且安全有效的技术手段。番茄是世界范围内广泛栽培的蔬菜之一，具有巨大的经济价值。壮苗的培育是番茄优质高效生产的基础。已经有大量的研究关注于不同的基质添加物、光照条件、营养液配方等对番茄幼苗生长量和生理特性的影响，筛选出了较适合培育番茄壮苗的不同环境条件 [14] [15] [16] [17]。目前，已有研究揭示了外源色氨酸处理番茄膨大期对果实品质的影响 [18]。然而，外源施用色氨酸对番茄幼苗生长发育的影响及其在番茄壮苗培育中的作用未见报道。本试验研究了不同浓度外源色氨酸处理对番茄幼苗生长和生理特性的影响，以期为利用外源色氨酸处理培育番茄壮苗和提高番茄幼苗的抗逆性提供理论参考。
2. 材料与方法
2.1. 试验材料
试验于2022年3~4月在华南农业大学园艺学院试验基地进行，试验材料为“奥特[以色列A380]”番茄种子，购于广东科农蔬菜种业有限公司；试验用色氨酸为L-型分析纯药品(纯度99%)，购于广州鼎国生物技术有限公司。
2.2. 试验设计
番茄种子催芽后于2022年3月5日播种于50孔穴盘，混合基质配方为泥炭：椰糠：珍珠岩 = 2:1:1。与前人对番茄果实膨大期进行叶片外源喷施色氨酸处理不同 [18]，本试验在番茄幼苗第2片真叶露出时进行外源色氨酸处理，浓度分别为0 (对照，CK)、50、100、200、400 mg/L。用喷壶向番茄叶片上喷洒配置好的上述4种不同浓度的色氨酸溶液，喷至叶面润湿并有液滴滴落为止。每个处理设置3次重复，每个重复50株番茄苗。番茄幼苗每3天浇灌1次1/2剂量的Hoagland营养液，其余时间根据实际情况浇灌清水。番茄幼苗长至2叶1心(23 d苗龄)时取样测定相关指标。
2.3. 指标测定
处理结束后，每个处理随机选取10株番茄幼苗测量形态指标。用电子天平测量番茄幼苗植株鲜重和干重，用直尺测量株高，用游标卡尺测量茎粗，用Image J软件计算番茄叶面积。叶片的叶绿素和类胡萝卜素含量采用无水乙醇 + 丙酮溶液(体积比1:1)提取、分光光度计测定 [19]，叶片的可溶性糖含量采用蒽酮比色法测定，可溶性蛋白含量采用考马斯亮蓝法测定，POD活性测定采用愈创木酚法 [20]，SOD活性测定采用氮蓝四唑(NBT)法，MDA含量采用分光光度法测定 [21]。综合指标中的比叶重计算方式为叶片鲜重(mg)/叶面积(cm2)，壮苗指数为(茎粗/株高 + 根部鲜重/地上部鲜重) × 全株鲜重 [22]。
2.4. 数据处理
数据分析使用SPSS 26.0软件，采用Duncan多重比较方法对数据进行方差分析，用Origin 2021软件作图。
3. 结果与分析
3.1. 不同浓度色氨酸处理对番茄幼苗各项生长指标的影响
随着色氨酸浓度的提高，番茄幼苗的株高和下胚轴长度均呈现先升高后降低的趋势(表1)，100 mg/L色氨酸处理的幼苗株高最大，50 mg/L色氨酸处理的幼苗下胚轴长度最大。200 mg/L色氨酸处理的下胚轴粗和叶面积均最大，且比对照分别提高了20.7%和5.1%，差异显著。番茄幼苗的比叶重随着色氨酸浓度的提高呈现出先升高后降低的趋势，在200 mg/L处理时达到最大，与对照相比提高了23.6%。由此可见，200 mg/L的色氨酸处理可以促进番茄幼苗的生长。
Table 1. Effects of different concentrations of tryptophan on morphological indexes of tomato seedlings
表1. 不同浓度色氨酸处理对番茄幼苗形态指标的影响
注：表中同列数据后面的不同小写字母代表处理间显著达到差异水平(P < 0.05)。下同。
不同浓度色氨酸对番茄幼苗的鲜重和干重具有显著影响(表2)。随着色氨酸浓度的提高，番茄幼苗的地下鲜重、地下干重、地上鲜重、地上干重、全株干重和壮苗指数均呈先升高后降低的趋势，并略有波动，50 mg/L色氨酸处理时最小，200 mg/L色氨酸处理时最大，且均与对照相比差异显著。200 mg/L的色氨酸处理番茄幼苗的地下鲜重、地下干重与对照相比分别提高了8.3%和56.2%；地上鲜重、地上干重与对照相比分别提高了16.0%和58.5%；全株干重和壮苗指数与对照相比分别提高了58.1%和58.5%。结果表明，200 mg/L的色氨酸喷施番茄幼苗最有利于提高植株的生物量与壮苗培育。
Table 2. Effects of different concentrations of tryptophan on biomass and strong seedling index of tomato seedlings
表2. 不同浓度色氨酸处理对番茄幼苗生物量和壮苗指数的影响
3.2. 不同浓度色氨酸处理对番茄幼苗光合色素含量的影响
不同浓度色氨酸处理对番茄幼苗光合色素含量具有显著影响(图1)。番茄叶片的叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素和叶绿素(a + b)含量均随着色氨酸浓度增加呈现先升高后降低的趋势，所有处理的光合色素含量均高于对照。叶绿素a、类胡萝卜素和叶绿素(a + b)含量以200 mg/L色氨酸处理的最高，与对照相比分别提高了23.8%、19.4%和14.3%；叶绿素b含量以100 mg/L色氨酸处理的最高，达到了0.4603 mg/g，与对照相比提高了19.2%，200 mg/L色氨酸处理的次之，但与对照相比显著增加。不同浓度色氨酸处理之间的类胡萝卜素含量差异不显著。综上所述，200 mg/L色氨酸处理最有利于番茄幼苗的光合色素形成。
注：图中色氨酸浓度分别为CK = 0 mg/L、T1 = 50 mg/L、T2 = 100 mg/L、T3 = 200 mg/L、T4 = 400 mg/L；图柱中的不同小写字母代表处理间显著达到差异水平(P < 0.05)。下同。
Figure 1. Effects of different concentrations of tryptophan on photosynthetic pigment content in tomato seedlings
图1. 不同浓度色氨酸处理对番茄幼苗光合色素含量的影响
3.3. 不同浓度色氨酸处理对番茄幼苗可溶性糖、可溶性蛋白含量的影响
由图2可知，200 mg/L色氨酸处理时番茄叶片中的可溶性糖含量最高，与对照相比无显著性差异，但显著高于400 mg/L的色氨酸处理。100 mg/L色氨酸处理的番茄叶片中可溶性蛋白含量最高，其次是200 mg/L的色氨酸处理，与对照相比分别提高了29.8%和19.6%，两者之间差异不显著。这表明适宜浓度的色氨酸处理能较好的促进番茄幼苗叶片中的可溶性糖和可溶性蛋白积累。
Figure 2. Effects of different concentrations of tryptophan on soluble sugar and soluble protein contents of tomato seedlings
图2. 不同浓度色氨酸处理对番茄幼苗可溶性糖、可溶性蛋白含量的影响
3.4. 不同浓度色氨酸处理对番茄幼苗抗氧化酶活性和MDA含量的影响
不同浓度色氨酸处理显著影响了番茄幼苗的抗氧化酶活性和MDA含量(图3)。SOD活性随色氨酸浓度增加而呈先升高后降低的趋势，在200 mg/L色氨酸处理时达到最大，与对照相比提高了14.6%，显著高于50 mg/L和400 mg/L色氨酸处理。各个处理间的POD活性无显著性差异，但当色氨酸浓度为200 mg/L时，POD活性最高。50 mg/L~200 mg/L色氨酸处理时叶片中的MDA含量显著低于对照和T4处理。以上结果表明，200 mg/L色氨酸处理能提高番茄幼苗叶片中抗氧化酶(SOD、POD)活性，降低MDA含量，提高番茄幼苗抵抗逆境的能力。
Figure 3. Effects of different concentrations of tryptophan on antioxidant enzyme activity and MDA content in tomato seedlings
图3. 不同浓度色氨酸处理对番茄幼苗抗氧化酶活性和MDA含量的影响
4. 讨论
前人研究表明，外源色氨酸处理能够促进油菜、草莓等植物的生长发育 [6] [8]。本研究中发现，200 mg/L的外源色氨酸处理显著促进番茄幼苗的生长，这与色氨酸对油菜幼苗的生长促进作用是一致的。不同的是，100 mg/L色氨酸对油菜幼苗的生长促进效果最为显著，而本文中，200 mg/L的外源色氨酸处理最有利于番茄幼苗的生长发育，这可能是由于不同蔬菜种类对外源色氨酸的敏感度不同导致的。
光合色素在光合作用过程中发挥重要的作用，研究发现在辣椒叶面喷施50~200 mg/L色氨酸能显著提高叶片的光合色素含量 [23]。本研究也发现100、200 mg/L的色氨酸处理使得番茄幼苗叶片中叶绿素和类胡萝卜素含量增加，并在色氨酸浓度为200 mg/L时的处理效果最为显著。植株的干物质积累主要来自光合作用，外源色氨酸处理可能通过增强番茄幼苗的光合作用从而促进了植株生长。
幼苗叶片的可溶性糖和可溶性蛋白含量反映了植株的碳氮代谢状况和渗透调节能力。本研究发现，200 mg/L的色氨酸处理能显著提高番茄叶片可溶性糖含量，添加100 mg/L的色氨酸显著增加番茄叶片中的可溶性蛋白含量。综合来看，200 mg/L的色氨酸处理对番茄叶片可溶性糖和可溶性蛋白的促进效果最佳。
色氨酸处理还能够增强植株的抗逆胁迫能力。本研究发现，虽然各个处理间的POD活性和MDA含量差异不显著，但在200 mg/L色氨酸处理下，抗氧化酶(SOD、POD)的活性增强，且MDA含量降低，表明200 mg/L的色氨酸处理可能提高番茄幼苗的抗逆性。
5. 结论
200 mg/L的色氨酸页面喷施处理最有利于番茄幼苗的生长和壮苗培育，这种促进作用主要是通过提高光合色素含量、抗逆性和碳氮代谢实现的。
基金项目
广东省重点领域研发计划项目(2019B020219002, 2020B0202010006)；广东省现代农业产业共性关键技术研发创新团队项目(2022KJ131)。
NOTES
*通讯作者。