周映彤，王巖，孫銘禹，傘昱，姚星州，趙天宏

沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，遼寧 沈陽 110000

近地層臭氧（O3）是一種二次空氣污染物，過量的臭氧吸收會影響人體健康，導(dǎo)致作物減產(chǎn)乃至對生態(tài)系統(tǒng)功能造成嚴重損傷（Chen et al.，2019）。前人研究表明，臭氧是通過人為和自然排放的揮發(fā)性有機化合物（VOCs）、氮氧化物（NOx）和甲烷（CH4）在陽光下發(fā)生復(fù)雜反應(yīng)形成的（Sillman，1999；Trainer et al.，2000）。臭氧的地面濃度在 20世紀下半葉顯著上升，據(jù)預(yù)計，在 21世紀，世界范圍內(nèi)的臭氧濃度將一直保持在較高水平，這也引起了人們對臭氧高度植物毒性的擔(dān)憂和關(guān)注（Tarasick et al.，2019）。自1990年以來，北美和歐洲的人為臭氧前體排放有所減少，而亞洲則有所增加（Leffohn et al.，2018）。近幾年來，在中國，臭氧濃度仍在迅速升高（Lu et al.，2020），并且由于可吸入顆粒物（PM2.5）水平的大幅下降，地面臭氧已成為中國主要城市地區(qū)的嚴重環(huán)境污染物（Liu et al.，2020）。由于城市化的加劇導(dǎo)致近地層臭氧濃度的大幅上升，世界范圍內(nèi)的植物受到毒害作用，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和糧食安全造成了巨大的損害（Feng et al.，2021）。Mills et al.（2018）利用模擬的臭氧吸收數(shù)據(jù)和通量-效應(yīng)關(guān)系，預(yù)測大豆（Glycine max）、小麥、玉米（Zea mays L.）和水稻（Oryza sativa）的年均全球產(chǎn)量損失分別為12.4%、7.1%、6.1%和4.4%。

O3主要通過氣孔進入葉片。臭氧分子作為強氧化劑與質(zhì)外體流體反應(yīng)，從而產(chǎn)生活性氧（reactive oxygen species，ROS）（Fiscus et al.，2005），當(dāng)臭氧的分解產(chǎn)物的積累超過了植物細胞的解毒能力，就會觸發(fā)活性氧的進一步產(chǎn)生，最終導(dǎo)致細胞氧化還原狀態(tài)失衡，造成可觀察到的植物反應(yīng)，進而影響光合作用減弱、植物衰老和生產(chǎn)力損失（Elisa et al.，2013；Sharps et al.，2021）。植物具有非常高效的酶促（如超氧化物歧化酶、過氧化氫酶、過氧化物酶、抗壞血酸過氧化物酶、抗壞血酸還原酶、谷胱甘肽過氧化物酶和谷胱甘肽還原酶）和非酶促（如抗壞血酸、谷胱甘肽、生物堿、α-生育酚和苯丙素）抗氧化系統(tǒng)，它們協(xié)同控制失控氧化的級聯(lián)，并通過清除ROS保護植物細胞免受氧化損傷（Alessandra et al.，2018；Duque et al.，2021）。

研究表明，過去的臭氧污染已經(jīng)改變了臭氧敏感基因型作物（如小麥、大豆、四季豆、三葉草、水稻）的基因庫，有研究表明，臭氧對敏感性植物的改變主要表現(xiàn)在氣孔導(dǎo)度、比葉面積和遺傳控制的防御能力（Bassin et al.，2007；Li et al.，2016），目前檢測到的植物 O3敏感性的高度遺傳變異歸因于葉片成分、抗壞血酸-谷胱甘肽循環(huán)、葉片結(jié)構(gòu)特征等一系列因素，且研究主要集中于草類、草本和木本植物（Davison et al.，1998；Oksanen et al.，2009；Elina et al.，2009）。目前，盡管植物 O3耐受性的遺傳變異機制已受到關(guān)注，但田間作物受到良種、機械、灌溉、施肥等人為因素和干旱、鹽、重金屬等環(huán)境因素的影響較大，因此作物的 O3耐受性的選擇變得更加復(fù)雜。另外，耐受性指標可能只對某一作物物種有用，并且作物耐受性的種內(nèi)差異也很大，因此在進化和種群水平上的研究仍然是匱乏的（Suzuki et al.，2014；Bergmann et al.，2017；Feng et al.，2019；Agathokleous et al.，2020）。大豆是世界上第四大作物，對臭氧脅迫高度敏感（Betzelberger et al.，2012）。因此，本研究選用了“鐵豐29號”大豆的親子代為試驗材料，探究了 O3脅迫下的大豆遺傳層面的差異性表現(xiàn)，研究不同世代大豆的抗氧化能力，揭示臭氧濃度增高條件下農(nóng)作物抗氧化系統(tǒng)的遺傳變異機制，為提高作物產(chǎn)量以及農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)科學(xué)管理提供理論指導(dǎo)及技術(shù)支撐，為尋求有效對策減輕臭氧對作物的危害提供新的思考方向，從而將大氣污染給農(nóng)業(yè)造成的損失降到最低。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

本試驗以大豆（Glycine max）栽培品種“鐵豐29號”為試驗材料，該品種以鐵8114-7-4與鐵84059-13-8雜交選育而成，生育期為130—133 d，適宜種植于中等或中等以上肥力的土壤中。

1.2 試驗設(shè)計

本試驗于中國科學(xué)院野外農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)站進行，利用開頂式氣室（OTC）對大豆進行臭氧熏蒸試驗。主要設(shè)備為 6個結(jié)構(gòu)完全相同的OTCs以及與其配套的通氣、通風(fēng)控制設(shè)備。其中，OTCs的橫截面為正八邊形，它是由長 1.15 m，高2.4 m的長方形玻璃室壁圍成的圓筒型裝置。OTCs于田間南北方向放置，氣室之間間距為4 m，氣室前無阻擋物。此外，通氣、通風(fēng)控制設(shè)備主要包括 O3發(fā)生器（北理國科，BGY-Q8，中國）、O3傳感器（艾爾科，S-900，新西蘭）等數(shù)據(jù)分析與自動控制充氣系統(tǒng)。其中O3發(fā)生器用于產(chǎn)生O3；O3傳感器用以監(jiān)控開頂箱內(nèi)的 O3濃度；氣室內(nèi)外環(huán)境要素的自動采集測量系統(tǒng)可以對氣溫、濕度、風(fēng)速、輻射自動定時地連續(xù)取樣，由微機對所采集的數(shù)據(jù)進行控制，并隨時存入軟盤，自動形成數(shù)據(jù)文件。經(jīng)控制，氣室內(nèi)溫度、濕度與光照條件均與外界環(huán)境保持一致；自動控制充氣系統(tǒng)（英科蓮華，北京）能保證氣室內(nèi)實際氣體濃度在整個試驗期間控制在相對穩(wěn)定狀態(tài)。

試驗設(shè)置 3個處理：CK處理（OTC中的對照，自然空氣中O3濃度，約為45 nL·L-1）、T1[O3濃度升高，(80±10) nL·L-1)、T2 (O3濃度升高，(120±10) nL·L-1)]共 3個水平。每個氣室內(nèi) 3個重復(fù)。試驗期間水分、肥料均勻一致，無病蟲害及雜草等限制因素。

試驗采用傳統(tǒng)盆栽實驗，在 PVC桶（高 30 cm、直徑 33 cm）內(nèi)進行種植，每個氣室放置 20桶。根據(jù)大田種植密度和 PVC桶的面積計算出每桶播種10粒大豆種子，出苗后保留5株。于2019年5月種植親本（S1），熏蒸試驗于大豆出苗20 d后開始進行，每日 08:00—17:00進行臭氧熏蒸。分別于大豆分枝期（7月 22號）、開花期（8月 9號）、結(jié)莢期（9月 2號）取樣，9月收獲并保留各處理子代（S2）。2020年5月播種親代（S1）及子代（S2），熏蒸試驗同上，并于大豆分枝期（7月26號）、開花期（8月18號）、結(jié)莢期（9月13號）取樣。每次選取各處理大豆相同部位的葉片充分混合后，于沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)生態(tài)學(xué)實驗室進行相關(guān)生理指標的測定。

1.3 測定項目及方法

生理指標測定：丙二醛（MDA）含量，采用硫代巴比妥酸（TBA）比色法；外滲電導(dǎo)率，DDS-11A型電導(dǎo)率儀；超氧陰離子自由基（O2·-），采用羥胺法；過氧化氫（H2O2）含量，采用分光光度計法；超氧化物歧化酶（SOD）活性，采用 NBT光氧化還原法；過氧化氫酶（CAT）活性，采用紫外吸收法；過氧化物酶（POD）活性，采用紫外吸收法。

1.4 數(shù)據(jù)處理分析

本實驗應(yīng)用Microsoft Excel 2010軟件進行數(shù)據(jù)的處理，數(shù)據(jù)均為 3次重復(fù)，采用平均值±標準差表示。應(yīng)用SPSS 25.0軟件進行顯著性分析、多因素方差分析（Multi-way ANOVA）和Pearson相關(guān)性分析，用以檢驗數(shù)據(jù)在臭氧濃度升高下以及其他因素影響下的變化趨勢、程度，以及各因素之間的相關(guān)性。

2 結(jié)果與分析

2.1 臭氧濃度升高對大豆葉片膜脂過氧化程度的影響

從圖 1a可以看出，隨著大豆生育期的延長，各處理的相對電導(dǎo)率呈現(xiàn)出逐漸增加的趨勢。各時期內(nèi)，O3濃度的升高均導(dǎo)致了葉片質(zhì)膜透性的增加，并在開花期和結(jié)莢期與CK之間達到差異顯著水平（P＜0.05），其增幅范圍分別為 13.3%—35.6%和12.3%—39.6%。分枝期，T1處理下S1和S2與 CK相比均無顯著變化（P＞0.05），增幅分別為 41.2%、47.6%；T2處理下，S1較 CK增加了48.6%但未達顯著水平（P＞0.05），S2較 CK 增加了 50.6%，且差異顯著（P＜0.05）。分枝期，S2較S1增加了 10.2%—16.7%但均未達顯著水平（P＞0.05）；開花期和結(jié)莢期，S2較S1增幅加大，分別為11.4%—28.5%和11.2%—29.9%，并在開花期的 T1和 T2處理、結(jié)莢期 T1處理下達到顯著（P＜0.05）。

由圖 1b可知，同相對電導(dǎo)率一樣，在不同生育時期，各處理植株MDA含量呈上升趨勢，且各處理間大致趨勢表現(xiàn)為 CK＜T1＜T2，這說明 O3處理提高了大豆葉片中的 MDA含量，其中分枝期T2和開花期 T2處理下，O3濃度升高處理較 CK之間達顯著差異（P＜0.05），其增加幅度分別為32.9%—35.9%、33.2%—37.0%范圍內(nèi)。同樣地還有開花期的 T1處理下，S2較 CK顯著增加了12.6%（P＜0.05），其他處理下較CK均無顯著變化（P＞0.05）。分枝期，CK處理和 T2處理下，S2較S1略降低了 5.0%和 2.9%水平，未達顯著水平（P＞0.05）。開花期 T1處理下，S2較S1顯著增加了 11.2%水平（P＜0.05），其余處理下，S2均高于S1，增幅范圍為 1.1%—17.2%，無顯著差異（P＞0.05）。

圖1 不同臭氧體積分數(shù)處理下大豆親子代葉片的外滲電導(dǎo)率和MDA含量Fig. 1 Variation of relative electrical conductivity and MDA content in parent and offspring soybean leaves under different ozone concentration

2.2 臭氧濃度升高對大豆葉片活性氧含量的影響

各處理下大豆 H2O2含量的變化趨勢如圖 2a所示，隨著O3連續(xù)通氣時間的延長，H2O2含量總的大小趨勢為分枝期＜開花期＜結(jié)莢期，且各時期的 H2O2含量趨勢為 CK＜T1＜T2。分枝期，O3處理的大豆葉片的升幅為 38.8%—91.4%，在 T2處理下 S2極顯著（P＜0.01）高于 CK；開花期，T1處理較CK無顯著變化（P＞0.05）；T2處理，S1、S2分別較 CK增加了 88.2%、92.4%，均達顯著水平（P＜0.05）；結(jié)莢期，T1、T2處理下植物葉片H2O2含量大于 CK，升高范圍介于 15.2%—45.2%之間，但與 CK 之間差異均不顯著（P＞0.05）。分枝期和開花期中，CK處理和T1處理下的S2小幅度地高于或低于S1；T2處理下，達到S1較S2的最大升幅 23.2%、9.7%，結(jié)莢期的 S2比 S1增加了16.0%—26.0%，且3個時期下S1和S2之間均無顯著差異（P＞0.05）。

圖2 不同臭氧體積分數(shù)處理下大豆親子代葉片的H2O2含量和O2·?產(chǎn)生速率Fig. 2 Variation of H2O2 content and O2·- production in parent and offspring soybean leaves under different ozone concentration

不同 O3濃度對大豆葉片超氧陰離子產(chǎn)生速率的影響如圖 2b所示。在整個生育期內(nèi)，各處理間的 O2·-產(chǎn)生速率均呈逐漸增加的趨勢。分枝期 T1處理下，S1較 CK增加了 27.0%，未達顯著水平（P＞0.05)，除此之外 O3升高處理下的 S1和 S2較CK都表現(xiàn)出顯著差異水平（P＜0.05），3個時期的增幅范圍分別在 42.4%—100.0%、42.5%—100.0%、52.1%—98.1%之間。隨著大豆生育期的延長和 O3濃度的增加，S2與 S1相比，增幅不斷增加，3個時期下 S2較 S1的增幅分別為 0—27.8%、7.5%—15.6%、8.3%—21.9%，并且在分枝期和開花期的 T1、T2處理下達到顯著水平（P＜0.05）。

2.3 臭氧濃度升高對大豆葉片抗氧化防御酶系統(tǒng)活性的影響

圖3a表明，隨著時間的推移，大豆葉片SOD活性略呈逐漸降低趨勢。與 CK相比，各 O3處理下的大豆葉片的酶活性總體上均呈不同程度的降低，并且在 3個時期均有顯著差異（P＜0.05），降低幅度介于 6.6%—32.7%之間。分枝期，CK、T1處理下S1與S2間無顯著差異（P＞0.05）；T2處理下，S2較S1顯著增加了5.5%水平（P＜0.05）。開花期，3個處理下，S2較 S1減少了 5.5%—16.6%，均達顯著程度（P＜0.05）；結(jié)莢期，CK 處理下，S2較S1顯著減少5.5%（P＜0.05）；T1、T2處理下S2略低于S1，但差異不顯著（P＞0.05）。

由圖 3b可知，在大豆各個生育期內(nèi)，葉片中CAT活性的變化趨勢都表現(xiàn)為 CK＞T1＞T2，其總體變化呈現(xiàn)出先升高后降低的趨勢。3個時期中，T1、T2處理較 CK處理均呈顯著減少趨勢（P＜0.05），其降低幅度為 39.1%—79.9%。分枝期T1、T2處理下，S2較 S1有小幅度的升高，范圍在 6.4%—20.9%，其余各處理 S2酶活性均低于S1，且在結(jié)莢期 CK處理下達到顯著水平（P＜0.05），降幅為12.9%，各處理的S1與S2之間無顯著差異（P＞0.05）。

如圖 3c所示，隨著大豆植株生育期的延長，葉片中 POD活性隨 O3通氣時間的延長而逐步升高，且隨著 O3濃度的升高，各個時期酶活性大致表現(xiàn)為 CK＞T1＞T2。與 CK 相比，各時期 T1、T2處理下的大豆葉片 POD活性較CK均顯著下降，降低幅度為 16.8—58.6%（P＜0.05）。分枝期，CK、T1處理下 S2分別較 S1升高了 0.8%、1.4%，未達顯著水平（P＞0.05）；T2處理下，S2較S1顯著減少了27.3%（P＜0.05）。開花期、結(jié)莢期各處理下的 S1與 S2之間均無顯著差異（P＞0.05），S2酶活性均低于S1，降幅分別為7.9%—17.8%、0.1%—3.0%。

圖3 不同臭氧體積分數(shù)處理下大豆親子代葉片的抗氧化防御酶系統(tǒng)活性變化Fig. 3 Variation of antioxidant enzyme system activity in parent and offspring soybean leaves under different ozone concentration

2.4 三因素及其交互作用對大豆親子代葉片各抗氧化指標的方差分析

臭氧濃度處理、世代處理、生育時期各因素及其交互作用對大豆葉片抗氧化能力的影響如表 1所示，臭氧熏蒸處理、生育時期單因素對各指標均有極顯著影響（P＜0.01），親子代因素對外滲電導(dǎo)率、O2·-產(chǎn)生速率、SOD活性表現(xiàn)出極顯著影響（P＜0.01），其余指標均達顯著影響（P＜0.05）。在各因素交互作用中，臭氧和生育時期處理、世代處理和生育期處理的交互作用對 SOD活性有極顯著作用（P＜0.01），除此之外，所有交互作用對外滲電導(dǎo)率、MDA 含量、H2O2含量、O2·-產(chǎn)生速率、抗氧化酶活性的影響均不顯著（P＞0.05）。

表1 三因素及其交互作用對大豆親子代葉片各抗氧化指標的方差分析Table 1 Variance analysis of three factors and their interaction on the antioxidant indexes of parent and offspring soybean leaves

2.5 大豆親子代抗氧化能力的相關(guān)性

由表 2、3可知，親代、子代大豆的外滲電導(dǎo)率、MDA 含量、H2O2含量、O2·-產(chǎn)生速率兩兩之間均呈極顯著正相關(guān)（P＜0.01），且它們與SOD活性、CAT活性均極顯著負相關(guān)（P＜0.01），各指標之間的相關(guān)程度為中度或高度相關(guān)。POD與 H2O2含量、O2·-產(chǎn)生速率呈負相關(guān)，與其他指標呈正相關(guān)關(guān)系；POD活性與外滲電導(dǎo)率具有顯著相關(guān)性（P＜0.05）和中度相關(guān)程度，與其他指標均無顯著性（P＞0.05），相關(guān)程度表現(xiàn)為不相關(guān)。大豆的親子代之間，抗氧化指標的相關(guān)性基本一致。

表2 親代大豆抗氧化相關(guān)指標間的相關(guān)性Table 2 Correlation between indexes of anti-oxidation in parent soybean leaves

表3 子代大豆抗氧化相關(guān)指標間的相關(guān)性Table 3 Correlation between indexes of anti-oxidation in offspring soybean leaves

3 討論

細胞膜是植物脅迫危害的原初反應(yīng)基地，植物細胞膜對維持細胞的微環(huán)境和正常的代謝起著重要作用。當(dāng)植物受到逆境影響時，如高溫或低溫、干旱、鹽漬、病原菌侵染，細胞膜遭到破壞，膜透性增大，從而使細胞內(nèi)的電解質(zhì)外滲。丙二醛的含量積累反映了細胞膜結(jié)構(gòu)被破壞的程度，反映了植物細胞膜質(zhì)過氧化程度，是植物應(yīng)對逆境條件表現(xiàn)出的抗性反應(yīng)強弱的體現(xiàn)（Sairam et al.，2002）。MDA 含量越高，表明植物細胞膜質(zhì)過氧化程度越高，植物受到逆境傷害的程度越高（Ranieri et al.，1996）。本試驗中，經(jīng) O3熏蒸大豆葉片，隨著脅迫濃度的增加和脅迫時間的推移，其相對電導(dǎo)率和MDA含量均高于對照，這與王俊力等（2011）的研究結(jié)果相一致，這表明 O3對大豆膜系統(tǒng)的傷害作用也逐漸增加，MDA含量增加，膜脂過氧化程度加劇，細胞膜透性增大。相關(guān)研究表明，O3脅迫能夠改變植物脂肪酸的比例，導(dǎo)致與細胞膜上離子泵密切相關(guān)的 ATP酶失活，阻礙新脂類合成途徑，從而破壞細胞正常的代謝功能（Keutgen et al.，2008）。

活性氧（ROS）是植物體內(nèi)正常代謝的產(chǎn)物。植物體內(nèi)的活性氧并不總是有害的，在適宜的濃度下，ROS是信號轉(zhuǎn)導(dǎo)級聯(lián)反應(yīng)中的第二信使，能調(diào)節(jié)植物細胞內(nèi)的各種響應(yīng)，保證植物生長、分化、衰老、激素代謝和逆境抗性等生理代謝和生命活動有條不紊的進行，但高濃度的 ROS會對植物產(chǎn)生氧化損傷，改變植物體內(nèi)蛋白質(zhì)和氨基酸等組成成分，使植物過早衰老（Low et al.，1996）。O2·-是最重要的氧自由基，也是其他ROS的前體物。相對于 H2O2來說，O2·-是一個非常不穩(wěn)定的 ROS，可迅速通過歧化作用轉(zhuǎn)化為H2O2（Heath et al.，1997）。本試驗表明，O3濃度升高處理下大豆葉片中，O2·-的產(chǎn)生速率和 H2O2的含量與自然大氣 O3濃度處理下相比均升高，且開花期增幅的短暫降低可能是抗氧化酶系統(tǒng)的啟動，這與趙天宏（2011）結(jié)果相一致，相似結(jié)果也體現(xiàn)在臭氧對油松（Pinus tabuleaformis）（阮亞男等，2009）、銀杏（于濤，2010）等活性氧含量的影響結(jié)果中。這些結(jié)果表明 O3濃度升高能夠激起大豆葉片氧化迸發(fā)，加速植物體內(nèi)的活性氧的產(chǎn)生，從而引起 O2·-和 H2O2的過度積累，造成氧化脅迫，植物體內(nèi)的活性氧與抗氧化系統(tǒng)之間的平衡被打破，形成積累過剩，從而誘導(dǎo)膜脂過氧化，影響膜結(jié)構(gòu)，對植物造成不可逆?zhèn)Γ虼四ぶ^氧化程度與活性氧含量和產(chǎn)生速率之間密切相關(guān)。同樣地，本實驗大豆的外滲電導(dǎo)率、MDA 含量、H2O2含量、O2·-產(chǎn)生速率相互之間均呈中度或高度極顯著正相關(guān)（P＜0.01）。

植物的酶促抗氧化系統(tǒng)通常包括 SOD、CAT和一些PODs等，它們相互協(xié)調(diào)配合，消除活性氧自由基對植物體的攻擊傷害，緩解由 ROS引起的生理失調(diào)以提高植物的抗逆能力（Calatayud et al.，2001）。SOD 是植物體內(nèi)抵御活性氧氧化傷害的第一道防線，在抗氧化酶系統(tǒng)中處于核心地位（Cakmak et al.，1991），它可以清除植物體內(nèi)過量的 O2·-而形成 H2O2（Alscher et al.，2002），本試驗中，H2O2含量、O2·-產(chǎn)生速率呈上升趨勢，與SOD活性呈極顯著負相關(guān)。CAT是植物組織中分布廣泛的抗氧化酶，它主要清除由植物光呼吸產(chǎn)生的 H2O2，從而減少 H2O2對植物的損害（Asada，1999），但是CAT活性清除速率很低，所以活性氧的含量與產(chǎn)生速率與 CAT也呈極顯著負相關(guān)關(guān)系。POD對環(huán)境條件十分敏感，主要清除由 Miller反應(yīng)產(chǎn)生的 H2O2，從而各種逆境脅迫作出應(yīng)答（Alonso et al.，2001）。在脅迫初期，大豆葉片受到一定程度的氧化脅迫，造成有害自由基的積累但并未達到傷害閾值，抗氧化酶系統(tǒng)開始啟動，一定程度上促進了酶活性的提高。隨著脅迫劑量的加劇，其毒性破壞了細胞內(nèi)多種功能膜和酶系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，本試驗中結(jié)果表明，大豆葉片SOD、CAT活性明顯降低。在對楊樹（周慧敏等，2018）、苦草（Vallisneria spiralis）（王俊力等，2016）、春小麥（徐玲等，2008）的研究中也表明，O3濃度升高使 SOD、CAT活性下降，從而使 O2·-和 H2O2含量增加。POD活性受不同植物對O3脅迫響應(yīng)情況差異的影響，在不同植物品種中表現(xiàn)出不同的趨勢水平（楊舒貽等，2016）。張巍巍等（2009）研究發(fā)現(xiàn)高濃度臭氧處理下的水稻根系 POD總體上活性增強，玉米（孫加偉等，2008）、韭菜幼苗（宋琎楠等，2018）、冬小麥（鄭有飛等，2010）、醉蝶花（Cleome spinosa）（秦子晴等，2020）也是如此。在本試驗中，POD活性受 O3熏蒸后表現(xiàn)出升高的趨勢，可能是因為POD直接參與膜脂過氧化產(chǎn)物的產(chǎn)生和轉(zhuǎn)化，受到 H2O2、MDA積累的刺激后，脅迫促進了 POD作用底物的積累，POD活性增加，從而實現(xiàn)植物通過自身調(diào)節(jié)降低氧化脅迫作用的傷害（de Souza et al.，2001）。POD除與外滲電導(dǎo)率具有顯著相關(guān)性外，與其他指標均無顯著相關(guān)性。

本試驗表明，親代大豆葉片的外滲電導(dǎo)率低于子代，親代MDA的含量除生育期開始階段略高于子代以外，其他階段均低于子代。這表明子代的膜脂過氧化程度在一定程度上高于親代，子代大豆葉片的細胞膜破損程度更嚴重，受到的 O3毒害作用更明顯。從整個生育期來看，大豆葉片子代的 ROS的產(chǎn)生速率和含量總體上高于親代，且隨著脅迫濃度的增加，子代較親代的增幅更明顯，這可能是子代葉片的氧化傷害更嚴重導(dǎo)致的。大豆子代抗氧化酶系統(tǒng)活性在生育期初期相近或略高于親代，脅迫后期則低于親代水平，這說明親代大豆植株防御酶系統(tǒng)的活性水平高，抗氧化作用更強。從親子代因素對抗氧化能力的方差分析來看，其對外滲電導(dǎo)率、O2·-產(chǎn)生速率、SOD 活性表現(xiàn)出極顯著影響（P＜0.01），其余指標均達顯著影響（P＜0.05）。以上結(jié)果都顯示了本試驗中世代因素切實對大豆的抗氧化力造成了差異性，大豆的自交后代 F1的抗性較低。根據(jù)前人的試驗結(jié)果來看，隨植物自交的代數(shù)增加，更易造成植物不育、矮小、易感病、易致死，隨之而來的是植物抗病性差、抗逆性差等衰退現(xiàn)象的產(chǎn)生概率也越大，這在菊花（徐雁飛等，2009）、扇貝（張國范等，2003）、落葉松（賈桂霞等，2003）的試驗中被充分證實。但絕大部分相關(guān)試驗均以大于或等于三代動植物作為試驗材料，本試驗僅為兩代，因此試驗數(shù)據(jù)缺乏說服力。目前，前人對雜種優(yōu)勢的機理研究得更為充分，且對自交的研究更多地側(cè)重于性狀、產(chǎn)量等方面（姬東華等，2013），從而忽略了對其他特性以及機理的探究，大多數(shù)學(xué)者認為這種現(xiàn)象理論上可能是自交增加了基因突變、重復(fù)和缺失的頻率，也可能是自交衰退現(xiàn)象，而自交衰退現(xiàn)象的學(xué)說被普遍接受的是隱性有害基因純合致使衰退的學(xué)說（王浩，2013）。

4 結(jié)論

綜上所述，與對照相比，O3濃度升高加劇了大豆親代、子代葉片的膜脂過氧化作用，加速了活性氧自由基的產(chǎn)生，造成大豆葉片 ROS逐漸積累，減弱了 SOD、CAT的活性，促進了 POD活性。與親代相比，大豆子代在生育期初期表現(xiàn)出與親代相似的抗氧化能力，甚至在一定程度上略優(yōu)于親代；但隨著通氣濃度的升高和生育期的延長，子代的細胞膜系統(tǒng)的傷害作用更明顯，ROS含量和產(chǎn)生速率均有不同程度的增加，抗氧化酶活性總體上均受到更強的抑制作用，且濃度越高，這種效應(yīng)越顯著。由此可知，不同世代的大豆植株抵抗 O3的能力有所不同，高濃度 O3脅迫下，大豆子代的耐受性略低于親代，這可能與各自體內(nèi)的抗氧化機制有關(guān)，且后續(xù)需要進行長期大量試驗對其參考性和分子水平的機制機理進行進一步考證。