柠檬酸浸种引发对低磷胁迫下番茄幼苗生长及生理特性的影响*

靳 琇, 陈浩婷, 石 玉, 白龙强, 侯雷平, 张 毅

(山西农业大学园艺学院/山西省设施蔬菜提质增效协同创新中心 太谷 030801)

磷(P)是植物生长所必需的大量元素之一[1-2]。虽然土壤中磷含量很高, 但其往往难以移动, 植物可以吸收利用的有效磷含量低, 作物易表现为“遗传性磷缺乏”现象[3-4]。过量施用磷肥可以缓解植物缺磷现象, 但会加剧磷矿资源的短缺, 还易引发地下水富营养化等农业生态环境问题[5]。因此, 开展作物磷高效利用机理及调控机制研究对农业可持续发展具有重要意义。

柠檬酸作为一种重要的低分子量有机酸, 参与植物的许多生理代谢过程, 对植物耐寒性、耐旱性、抗重金属胁迫、抗养分胁迫能力等具有重要作用[6-8]。磷供应不足通常会导致作物根系分泌大量的低分子量有机酸(如草酸、柠檬酸等)被用来促进植物根系对磷的吸收, 这是一种植物遭受逆境胁迫的适应性反应机制[9-11]。据报道, 低磷胁迫显著促进了玉米(Zea mays)、水稻(Oryza sativa)等植物根系柠檬酸的分泌[12-13]。在白羽扇豆(Lupinus albus)和大豆(Glycine max)中, 低磷胁迫同时促进了柠檬酸和苹果酸的分泌[14-15]; 在大麦(Hordeum vulgare)中难溶性无机磷活化能力强的基因型分泌的柠檬酸较多, 表明柠檬酸的分泌是活化以及利用难溶性无机磷的重要机制[16]。植物根系主动或被动地分泌低分子量有机酸可以显著促进土壤磷素的释放, 其中柠檬酸活化磷素的效果最好, 这一过程是主动分泌的过程, 消耗能量, 会减少植株的生物量, 所以研究外源添加柠檬酸对提高磷肥利用率,减少磷肥施用量具有重要意义[17-18]。宋超等[19]的研究表明, 低分子量柠檬酸浸种处理对荞麦(Fagopyrum esculentum)种子的发芽率、发芽势、发芽速率以及胚轴长度都有显著的促进作用, 进而达到促进幼苗的根系生长效果。外源施用有机酸能够提高养分胁迫下土壤中大豆和白羽扇豆的根系活力,增加根系的总表面积和总长度, 从而增强根系吸收和利用养分的能力[14-15]。王志颖[20]的研究表明, 加入外源柠檬酸之后, 与单铝处理相比根系中柠檬酸的分泌显著增加, 从而减轻植物的毒害。外源柠檬酸不仅能够提高土壤中有效磷含量, 而且能够通过根系形态的改善截获更多的养分, 并通过根系生理功能的改变增强养分吸收, 促进植物生长。

番茄(Solanum lycopersicum)是我国栽培最广泛的蔬菜之一。在低磷条件下, 番茄的主要特征表现是植株矮小, 叶面积小, 茎、叶呈现紫红色; 短期缺磷胁迫下叶背紫红色, 叶片小并伴有褐色斑点, 长期缺磷会导致叶脉呈深紫色, 老叶变黄、开花结果期延迟[3,21]。经过浸种引发的种子可以提高萌发速率、幼苗整齐度、减少生产成本, 还可以提高植株苗期抗逆性[22-23]。因此, 本试验采用柠檬酸浸种引发的方法, 以‘中杂9号’番茄为试材, 筛选柠檬酸浸种引发的适宜浓度, 种子萌发后采用砂培法, 设置不同供磷水平, 研究柠檬酸浸种引发对低磷胁迫下番茄幼苗生长及生理特性的影响, 以探讨利用有机酸缓解番茄幼苗低磷胁迫的可行性, 旨在为低磷条件下柠檬酸对番茄在抗逆高效栽培中的应用提供一定理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验设计

本试验于2018年9月—2019年9月在山西农业大学园艺站进行。试验材料为‘中杂9号’番茄品种(从中国农业科学院蔬菜花卉研究所购入)。

1.1.1 种子萌发试验

选取籽粒饱满、大小均匀、无破损的番茄种子, 洗净后置于55 ℃水浴锅中温汤浸种15 min杀死表面病菌, 使用蒸馏水(对照)和不同浓度柠檬酸溶 液(2.5 mmol·L-1、5 mmol·L-1、7.5 mmol·L-1、10 mmol·L-1、12.5 mmol·L-1、15 mmol·L-1)于28 ℃黑暗环境下浸种8 h。在直径9 cm的培养皿中铺两层滤纸, 将番茄种子整齐规律地摆放在滤纸上(保证每个种子都有充足的空间), 每个处理3次重复, 每个重复50粒种子, 在温度28 ℃、湿度70%的恒温培养箱中进行催芽。每天定时补充相应溶液3 mL以确保培养环境的湿润, 8 d结束发芽试验。用30%HNO3将每个处理的pH调至6.0±0.2。

1.1.2 苗期试验

根据不同浓度柠檬酸溶液浸种对番茄种子萌发试验的结果, 选取柠檬酸浓度为7.5 mmol·L-1。将发芽种子播于装有石英砂的育苗盘中, 每盘播50(5×10)粒发芽种子。根据日本山崎番茄配方(正常磷浓度为0.66 mmol·L-1), 选择4个供磷水平(正常P浓度, 0.66 mmol·L-1; 无磷, 0 mmol·L-1; 轻度缺磷,0.44 mmol·L-1; 重度缺磷, 0.22 mmol·L-1), 从幼苗生长至第1真叶起开始进行不同处理, 定时定量浇灌营养液(pH调至6.0±0.2)。

本试验设置8个处理, 分别为: 蒸馏水浸种+正常P 0.66 mmol·L-1(CK)、柠檬酸浸种+P 0.66 mmol·L-1(CK+A)、蒸馏水浸种+P 0 mmol·L-1(P0)、柠檬酸浸种+P 0 mmol·L-1(P0+A)、蒸馏水浸种+P 0.22 mmol·L-1(P1)、柠檬酸浸种+P 0.22 mmol·L-1(P1+A)、蒸馏水浸种+P 0.44 mmol·L-1(P2)、柠檬酸浸种+P 0.44 mmol·L-1(P2+A)。在P0处理幼苗老叶叶背出现发紫(35 d)时取样, 进行各项指标的测定。

1.2 测定项目与方法

1.2.1 种子萌发指标

种子萌发试验中, 当胚根突破种皮2 mm时计算为萌发。每6 h统计1次发芽数, 第3 d计算发芽势, 第8 d终止番茄种子萌发试验, 计算番茄种子的发芽率、发芽势、发芽指数、发芽速率。

1.2.2 生长指标

苗期试验35 d时, 测定番茄幼苗的株高、茎粗、植株地上部及地下部干鲜重; 根系活力采用TTC还原法进行测定[24]; 根系形态指标采用根系扫描仪(MRS-9600TFU2L, 上海)测定; 叶绿素含量采用80%丙酮浸提法测定[24]。

1.2.3 生理指标

苗期试验35 d时, 取样测定各生理指标。丙二醛(MDA)含量采用2-硫代巴比妥酸法测定[24]; 酶液提取参考Gong等[25]的方法,、H2O2含量, SOD、POD活性的测定参考石玉[26]的方法, CAT活性的测定参考Noctor等[27]的方法, 1 min内转化1 μmol底物所需的酶量为1个活力单位(U)。甜菜碱含量参照刑静[28]的方法测定; 有机酸含量采用酸碱滴定法测定[24]; 可溶性糖含量采用硫酸-苯酚法测定[24]; 可溶性蛋白含量采用考马斯亮蓝染色法测定[24]; 总游离氨基酸含量采用茚三酮法测定[24]; 渗透势使用渗透仪(Vapor Pressure Osmometer 5520, USA)进行测定[29]。磷含量采用H2SO4-H2O2消化法消煮, 消化液用钼锑抗比色法测定[30]。

1.3 数据分析

试验数据采用SPSS 21.0统计软件进行方差分析, 用Duncan’s新复极差法进行多重比较(P＜0.05),用Microsoft Excel 2016对数据作图, 图中数据为平均值±标准差。

2 结果与分析

2.1 不同浓度柠檬酸浸种对番茄种子萌发指标的影响

由图1可以看出, 与蒸馏水浸种相比, 不同浓度的柠檬酸浸种均提高了种子的发芽率、发芽势和发芽指数。其中, 7.5 mmol·L-1柠檬酸浸种处理效果最为显著, 该浓度浸种引发下发芽率和发芽指数比蒸馏水浸种下显著提高32.97%和102.25%, 发芽势为对照的11倍。各处理的发芽速率与对照相比差异不显著。说明对于番茄种子发芽率、发芽势、发芽指数, 柠檬酸浸种引发浓度以7.5 mmol·L-1最佳。

2.2 柠檬酸浸种引发对低磷下番茄幼苗生长的影响

由表1可知, 与轻度缺磷(P2)处理相比, 无磷处理(P0)显著降低了地上部的鲜重(P＜0.05), 降幅为83.35%, 但地上部干重无显著变化。无磷、重度缺磷(P1)、轻度缺磷处理下番茄幼苗地上部干重和鲜重与对照相比显著降低(P＜0.05)。柠檬酸浸种处理下植株地上部、地下部干鲜重均有所上升。其中, 重度缺磷下, 柠檬酸浸种后地上部鲜重和地上部干重分别显著增加18.39%和63.64% (P＜0.05); 轻度缺磷下,柠檬酸浸种后地上部鲜重和地上部干重分别显著增加19.93%和66.67% (P＜0.05)。

表1 柠檬酸浸种引发对低磷胁迫下番茄幼苗形态指标的影响Table 1 Effects of seeds priming with citric acid on morphological indexes of tomato seedlings under low phosphorus stress

正常供磷水平(CK)、重度缺磷(P1)、轻度缺磷(P2)下, 柠檬酸浸种显著增加了番茄幼苗的株高和茎粗(P＜0.05)。重度缺磷水平下柠檬酸浸种(P1+A)的番茄幼苗株高增长最显著, 增幅为36.57%; 轻度缺磷水平下柠檬酸浸种后(P2+A)番茄幼苗茎粗增长最显著,增幅为21.69%。

与对照相比, 无磷(P0)、重度缺磷(P1)、轻度缺磷(P2)处理下番茄幼苗的根长、根系表面积均有不同程度显著降低(P＜0.05)。P0、P2处理下, 柠檬酸浸种后植株的根长分别显著提高15.73%和83.42% (P＜0.05), 根系表面积有所增加但未达显著水平。重度缺磷处理下柠檬酸浸种后(P1+A)植株根长和根系表面积与P1显著提高12.08%和35.45% (P＜0.05)。

由图2可以看出, 与对照相比, 无磷(P0)、缺磷(P1、P2)处理均显著降低了番茄幼苗的根系活力(P＜0.05), 经过柠檬酸浸种引发后根系活力显著增强(P＜0.05)。其中, 柠檬酸浸种下无磷(P0+A)处理的植株根系活力增加最显著, 是P0的2.14倍; 柠檬酸浸种下重度缺磷(P1+A)处理与P1相比, 增幅达52.16%; 柠檬酸浸种下轻度缺磷(P2+A)处理与P2相比, 增幅达19.02%。

由表2可知, 与对照相比, 缺磷(P1、P2)胁迫下番茄的叶绿素a (Chl a)、总叶绿素(Chl a+b)含量显著下降(P＜0.05), 叶绿素b (Chl b)、类胡萝卜素(Car.)P1处理下显著下降(P＜0.05), P2处理下有所下降但差异不显著。与无磷、缺磷胁迫相比, 柠檬酸浸种后植株叶片的叶绿素含量均显著提高(P＜0.05), 其中柠檬酸浸种重度缺磷(P1+A)处理下Chl a、Chl b、Car.和Chl a+b分别显著增加10.79%、13.30%、29.20%、11.40%; 柠檬酸浸种轻度缺磷(P2+A)处理下Chl a显著增加11.53%; 柠檬酸浸种无磷(P0+A)处理下Chl a、Chl b、Car.和Chl a+b分别显著增加16.26%、12.00%、194.94%和15.47%。

表2 柠檬酸浸种引发对低磷胁迫下番茄幼苗叶绿素的影响Table 2 Effect of seeds priming with citric acid on chlorophyll contents in tomato seedlings under low phosphorus stress

2.3 柠檬酸浸种引发对低磷下番茄幼苗抗氧化系统的影响

由图3A可知, 与对照相比, 无磷、低磷处理下番茄幼苗中丙二醛(MDA)含量都显著升高。不同供磷水平下, 柠檬酸浸种使无磷(P0+A)、重度缺磷(P1+A)、轻度缺磷(P2+A)处理较蒸馏水浸种处理下叶片MDA含量分别显著降低15.95%、12.94%和10.70% (P＜0.05), 根系MDA含量分别显著降低39.55%、23.26%和6.82% (P＜0.05)。

如图3B所示, 与对照相比, 无磷、重度缺磷处理番茄幼苗叶片含量显著增加(P＜0.05), 无磷、重度缺磷和轻度缺磷处理番茄根系含量显著增加(P＜0.05)。柠檬酸浸种下无磷处理(P0+A)相比无磷处理番茄幼苗叶片含量显著降低 27.16%(P＜0.05), 轻度缺磷处理(P2+A)处理根系含量显著降低51.48%(P＜0.05)。

如图3C所示, 与对照相比, 无磷、重度缺磷、轻度缺磷胁迫下番茄幼苗叶片H2O2含量显著增加(P＜0.05), 无磷处理下根系 H2O2含量显著增加(P＜0.05)。柠檬酸浸种后无磷处理(P0+A)比无磷处理番茄幼苗叶片和根系H2O2含量分别显著降低35.50%和26.24% (P＜0.05), 轻度缺磷处理(P2+A)叶片H2O2含量显著降低35.87% (P＜0.05)。

如表3所示, 蒸馏水浸种下, 对照中番茄幼苗叶片、根系中的SOD、POD、CAT活性最低, 随着供磷水平的降低, 酶活性显著升高(P＜0.05)。重度缺磷和无磷处理, 柠檬酸浸种下番茄幼苗叶片、根系中的SOD、POD、CAT活性均显著下降; 轻度缺磷处理下, 柠檬酸浸种使番茄幼苗叶片和根系中的SOD活性有所下降但不显著(P＞0.05), CAT、POD活性均显著升高(P＜0.05)。与蒸馏水浸种相比, 无磷处理下, 柠檬酸浸种显著降低了番茄幼苗叶片和根系的SOD活性, 降幅分别为39.93%和13.06%(P＜0.05); 重度缺磷下, 柠檬酸浸种显著降低了番茄幼苗叶片和根系的SOD酶活性, 降幅分别为16.36%和18.44% (P＜0.05)。无磷处理下, 与蒸馏水浸种相比, 柠檬酸浸种下番茄幼苗叶片和根系的POD分别显著降低24.77%和59.32% (P＜0.05)。与蒸馏水浸种相比, 无磷处理下, 柠檬酸浸种的番茄幼苗叶片、根系CAT活性显著降低39.06%和66.30%(P＜0.05)。

2.4 柠檬酸浸种引发对低磷下番茄幼苗渗透调节系统的影响

如图4所示, 与对照相比, 无磷、缺磷胁迫下番茄幼苗叶片和根系的渗透势显著降低(P＜0.05)。与单独无磷、重度缺磷、轻度缺磷处理相比, 柠檬酸浸种引发下均显著提高了叶片的渗透势, 增幅分别为36.61%、7.78%和7.69% (P＜0.05)。无磷胁迫下番茄幼苗根系有机酸含量有所增加, 但未达显著水平(P＞0.05)。柠檬酸浸种后, 重度缺磷处理(P1+A)番茄根系有机酸含量显著降低70.37% (P＜0.05), 轻度缺磷处理(P2+A)有机酸含量显著升高 54.30%(P＜0.05)。与对照相比, 无磷、缺磷条件下番茄叶片和根系可溶性蛋白含量显著提高(P＜0.05)。柠檬酸浸种后, 无磷和重度缺磷处理叶片可溶性蛋白含量分别显著降低4.90%、5.75% (P＜0.05)。轻度缺磷下, 柠檬酸浸种显著提高叶片可溶性蛋白含量, 增幅为8.79% (P＜0.05), 而根系可溶性蛋白含量显著降低6.86% (P＜0.05)。与对照相比, 无磷、缺磷胁迫显著提高了番茄幼苗叶片和根系可溶性糖含量(P＜0.05)。无磷处理下, 柠檬酸浸种后番茄幼苗的叶片、根系可溶糖含量显著提高15.72%和18.81% (P＜0.05); 重度缺磷、轻度缺磷处理, 柠檬酸浸种下番茄幼苗的叶片可溶性糖含量显著提高14.16%和19.13%(P＜0.05), 根系可溶性糖含量显著提高33.27%和19.21% (P＜0.05)。与对照相比, 无磷、低磷条件下番茄根系游离氨基酸含量显著升高(P＜0.05)。无磷处理下柠檬酸浸种后番茄叶片和根系的游离氨基酸含量分别显著升高51.62%和34.09% (P＜0.05), 重度缺磷处理下分别显著提高14.44%和19.89% (P＜0.05);轻度缺磷处理下, 叶片游离氨基酸含量变化不显著(P＞0.05), 根系显著增加20.25% (P＜0.05)。

无磷、低磷胁迫使得番茄幼苗叶片和根系甜菜碱含量均显著增加(P＜0.05)。同一供磷水平下, 与蒸馏水浸种相比, 柠檬酸浸种下番茄幼苗叶片和根系甜菜碱含量均显著降低, 其中无磷(P0+A)处理叶片中含量下降最显著, 降幅为30.37% (P＜0.05)。

2.5 柠檬酸浸种引发对低磷下番茄幼苗磷含量的影响

由图5可以看出, 无论在胁迫或非胁迫条件下,相同供磷水平间比较, 柠檬酸浸种使番茄根系磷含量均显著增加(P＜0.05)。柠檬酸浸种下, 重度缺磷胁迫(P1+A)和轻度缺磷胁迫(P2+A)下, 根系磷含量显著增加了11.78%和13.03% (P＜0.05)。

3 讨论与结论

许多研究表明, 柠檬酸能通过配位基交换反应、络合反应、酸溶解作用等机制显著增加磷的溶解性, 促进植物对磷的吸收及运输, 最终提高植物对磷素缺乏和环境的耐受性[8,31]。外源柠檬酸可以提高磷的有效性, 其作用方式有以下3个方面: 柠檬酸直接刺激作物根系的生长, 增加侧根数及土壤根系的覆盖深度, 增加磷素的吸收; 柠檬酸可以改变土壤中微生物群落或影响作物根系分泌物, 主要是酸性磷酸酶的活性, 活化土壤中难溶性磷[32]; 柠檬酸根竞争吸附可以使活性中心对磷素吸附能力降低,减少土壤固相对磷的吸附量[33]。因此在盆栽或大田试验中研究柠檬酸提高作物适应低磷胁迫的机制时,难以区分是柠檬酸对植物的直接刺激, 还是柠檬酸作用于土壤微生态或磷素从而间接缓解植物胁迫的效应。针对这一可能出现的问题, 本试验采用柠檬酸浸种的方法, 在排除土壤、基质、微生物的干扰条件下, 采用砂培法, 以‘中杂9号’番茄为试材, 设置不同供磷水平, 研究柠檬酸浸种对低磷胁迫下对番茄幼苗生长及生理特性的影响, 以探讨利用有机酸缓解番茄幼苗低磷胁迫的可行性。

柠檬酸对植物生长具有促进作用, 可增强对元素的吸收利用能力, 提高作物的抗性等功能[6]。且植物种子在萌发及幼苗生长时期对逆境环境十分敏感,其生长和生理特性极易受到周围环境的影响[34]。庄正等[35]的研究发现, 低浓度外源低分子有机酸具有促进杉木(Cunninghamia lanceolata)种子萌发及幼苗生长的作用, 且对杉木幼苗无明显伤害; 而高浓度外源低分子有机酸对杉木幼苗伤害严重; 黄玉婷等[36]在对黑麦草(Lolium perenne)的研究中也有类似结果。本试验结果表明, 柠檬酸浸种引发对番茄种子的萌发特性同样表现为低促高抑的效应(图1), 在种子催芽过程中, 柠檬酸处理下的培养皿后期出现发霉情况, 且浓度越高发霉越严重, 这是由于柠檬酸提供了充足碳源更适合霉菌的生长, 低浓度有机酸促进种子萌发的原因是增强了种子的抗氧化能力,高浓度下种子的抗氧化系统遭到破坏, 具体作用机制还有待进一步研究。

由于土壤特定的理化性质, 施入土壤中的磷肥有75%～90%被固定而不能被植物所利用[1,20]。当磷素供给量处于低水平时, 植株体内碳水化合物的合成将会受到影响, 并且细胞分裂受到阻碍, 从而使得作物生长速率下降[3]。有效磷缺乏已经成为限制农作物生长, 甚至农业发展的主要因素, 植物经过长期环境影响, 形成了对低磷环境的一系列响应机制, 以确保在低磷环境中的正常生长[37]。Wang等[38]发现, 低磷抑制油菜(Brassica napus)、马铃薯(Solanum tuberosum)和大麦根、茎的生长, 使根茎比下降, 生长受到严重阻碍, 甚至在处理前期出现叶片脱落的情况。本试验结果显示, 在低磷条件下番茄幼苗地上部干鲜重、地下部鲜重、株高、茎粗以及总根长、总根系表面积均显著降低(表1), 说明番茄幼苗生长均受到不同程度的抑制。与轻度缺磷处理相比, 无磷处理显著降低了地上部的鲜重, 但增加了地上部的干重, 可能由于植物鲜重与含水量关系紧密, 而无磷造成了植物叶片萎蔫失水[39]。不同供磷处理下, 番茄幼苗根长、根系表面积在柠檬酸浸种处理后显著高于蒸馏水浸种; 无磷条件下,P0+A处理的植株根系活力增加最显著, 是P0处理的2.14倍, 这是由于柠檬酸作为种子引发液体处理幼苗时, 根系最先被影响且受影响程度比其他部分更加显著的原因[40]。作物根系有机酸的积累和释放是植物抵御低磷环境的重要生理机制[41]。本试验结果显示, 低磷胁迫下的番茄幼苗根系中的有机酸含量明显高于对照, 说明低磷胁迫下会促进根系释放有机酸, 以提高植株的磷素吸收; 并且柠檬酸浸种处理后显著提高了番茄幼苗根系中的有机酸含量及磷含量, 这是由于柠檬酸刺激番茄幼苗根系生长,影响养分的吸收运输, 使其在低磷胁迫下能够维持正常生长[42]。这与龚芳芳等[43]在刺梨(Rosa roxbunghii)上的研究结果不同, 外源柠檬酸的施入明显降低了刺梨实生苗根系土壤中柠檬酸和草酸含量,增加了苹果酸、酒石酸、乙酸和琥珀酸的含量, 可能与柠檬酸和草酸容易与土壤中的金属离子形成沉淀有关。叶绿素作为植物光合作用的重要物质基础,含量可以作为衡量植物抗逆性的生理指标之一[44]。与低磷胁迫相比, 柠檬酸浸种处理后的番茄幼苗生物量、叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素、叶绿素总含量均有不同程度的上升, 李迟园[45]对玉米和马乐元等[41]对小冠花(Coronilla varia)的研究也取得了类似的结果, 这是因为柠檬酸可提高低磷胁迫下番茄幼苗根系中的磷含量, 从而提高叶绿素含量, 同时柠檬酸可保护非生物胁迫下的叶绿体结构, 延缓叶绿素的降解, 维持叶片中的叶绿素含量[44,46]。

植物在胁迫条件下快速积累渗透调节物质, 以维持细胞渗透势的平衡, 起到保护细胞适应逆境的作用[51]。可溶性蛋白, 可溶性糖和甜菜碱是作物重要的渗透调节物质, 可以增强细胞的持水能力、维持许多代谢关键酶原有的机能活性, 进而保持细胞膜在胁迫下的完整性, 保证植株能够正常生长[31]。黄玉婷等[36]的研究表明, 铝胁迫下黑麦草根系和茎叶中可溶性蛋白和可溶性糖含量显著升高, 是植株应对逆境环境的机制之一。本研究结果显示: 低磷胁迫下, 番茄幼苗叶片和根系中的可溶性蛋白、可溶性糖、游离氨基酸及甜菜碱含量增加, 表明低磷胁迫可以促进番茄幼苗体内渗透调节物质的合成以应对胁迫环境。Yao等[52]对马尾松(Pinus massoniana)的研究表明, 外源柠檬酸显著提高了马尾松中可溶性蛋白及可溶性糖的含量, 增强了马尾松对渗透平衡的调节能力。本研究结果显示, 在相同供磷水平处理下, 柠檬酸浸种与蒸馏水浸种相比, 番茄幼苗叶片和根系中的可溶性糖显著增加, 可能是由于柠檬酸浸种缓解低磷胁迫后植物需要大量能量, 所以作为能源物质的可溶性糖被大量产生以恢复植物正常生长[52]。鄢盛尧等[53]在油菜上研究发现, 与对照相比, 加入外源柠檬酸后, 油菜根系释放的总游离氨基酸含量升高, 但脯氨酸含量显著下降, 这说明各种氨基酸对逆境胁迫的响应并不相同[54]。本试验结果显示, 与对照相比, 低磷胁迫下, 番茄幼苗叶片和根系中游离氨基酸含量无明显变化, 可溶性蛋白、甜菜碱含量显著升高, 这表明番茄幼苗可以通过调节不同渗透调节物质含量以减轻低磷胁迫对植物产生的伤害, 在加入外源柠檬酸之后, 番茄幼苗叶片和根系中的游离氨基酸含量升高, 可溶性蛋白、甜菜碱含量均降低, 与渗透势的变化趋势一致,这说明外源柠檬酸的加入可以协助番茄缓解低磷胁迫产生的不利影响, 可溶性蛋白和甜菜碱含量降低的原因可能是因为柠檬酸浸种引发缓解了低磷胁迫对番茄幼苗的抑制作用, 使植株细胞渗透物质含量恢复正常[55], 甜菜碱和可溶性蛋白可能是调控柠檬酸缓解番茄幼苗低磷胁迫的主导渗透调节物质。

综上所述, 适宜浓度的柠檬酸浸种提高了番茄种子的萌发率, 而其缓解番茄缺磷症状的原因可能在于柠檬酸浸种能引发根系有机酸的积累和分泌,使与阳离子结合的磷酸盐活化, 促进了根系对磷的吸收; 同时, 柠檬酸浸种引发增强了番茄植株的抗氧化保护和渗透调节能力, 缓解了低磷胁迫对植株的抑制效应。