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第 30 卷第 2 期 唐山师范学院学报 2008 年 3 月
Vol.30 No.2 Journal of Tangshan Teachers College Mar. 2008
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基金项目：唐山市科技计划重大项目（06234501A-9）。
收稿日期：2007-10-24
作者简介：陈玉芹（1953-），女，河北迁安人，唐山师范学院生命科学系教授。
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—生物学研究—
不同倍性菘蓝超氧化物歧化酶的活性变化
陈玉芹 1，聂姬锋 2，客绍英 1，陈桂平 1，宋丽莎 1
（1.唐山师范学院 生命科学系，河北 唐山 063000；2.唐山职业技术学院，河北 唐山 063000）

摘 要：采用聚丙烯酰胺凝胶电泳，NBT 光化还原法，以窄叶二倍体、多倍体菘蓝根为实验材料，对不同倍
性菘蓝超氧化物歧化酶（SOD）的活性变化进行分析。结果表明：二倍体、多倍体菘蓝的超氧化物歧化酶同工酶
谱带数目相同，均为三条，但谱带间均表现出一定的差异，除了 A 带，多倍体超氧化物歧化酶谱带比二倍体宽且
亮。总的趋势为：多倍体的酶带强于二倍体，说明多倍体的酶活性比二倍体高。NBT 光化还原法结果显示多倍体
SOD 比活性为 16.21，二倍体 SOD 比活性为 14.58，这一结果同样说明了多倍体的酶活性比二倍体高。由于超氧
化物歧化酶与植物的抗逆性密切相关，是生物保护酶系统中的重要成员，因此在一定程度上可说明多倍体植株比
二倍体植株的抗逆性强。
关键词：菘蓝；超氧化物歧化酶；酶活性
中图分类号： Q814 文献标识码：A 文章编号：1009-9115(2008)02-0044-04

Changes of Superoxide Dismutase Activity in Isatis Indigotica Fort
with Different Ploidy
CHEN Yu-qin1, NIE Ji-feng2, KE SHAO-ying1, CHEN GUI-ping1, SONG Li-sha1
(1. Biology Science and Technology Department of Tangshan teachers College, Hebei Tangshan 063000, China
2. Tangshan College of Professional Technology, Hebei Tangshan 063000, China)

Abstract: The activity of Superoxide Dismutase in Isatis indigotica Fort with differrnt ploidies was analyzed by the methods of
polyacrylamide gel electrophoresis technology and NBT-illumination method and using the diploid and polyploidy narrow leaf Isatis
indigotica Fort as the experimental materials. The result showed that the number of Superoxide Dismutase isoenzyme bands in
polyploidy and diploid Isatis indigotica Fort were identical of three. But the degree of strain was displayed some certain differences.
Besides band A, the bands in polyploidy were wider and lighter than it in diploid. In all: the enzyme bands in polyploidy were
stronger than it in diploid. And it showed that the enzyme activity of the polyploidy was higher than the diploid. And the result
obtained through NBT-illumination method showed the relative activity of SOD in polyploidy was 16.21, and the relative activity of
SOD in diploid was 14.58, which proved that the activity of the SOD enzyme in polyploidy was higher than in diploid. Because the
Superoxide Dismutase had close connection with the resistance of plant and was an important element in protecting enzyme system,
the polyploidy plant were higher resistant than the diploid one in some extent.
Key words: Isatis indigotica Fort; Superoxide Dismutase; Enzymes activity

超氧化物歧化酶[Superoxide Dismutase，简称 SOD， （Ecl.15.1.1）]是一种广泛存在于生物体各种组织中的金属
陈玉芹，等：不同倍性菘蓝超氧化物歧化酶的活性变化
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酶，按其结合的金属离子可分为 Fe-SOD，Mn-SOD，
Cu/Zn-SOD 三种，它们在植物系统中的分布有一定差异。一
般认为 Fe-SOD 广泛存在于低等植物及原核生物中，而真核
生物和高等植物以 Cu/Zn-SOD 和 Mn-SOD 为主。Ni-SOD
和 Co/Cu-SOD 是最近在生物组织中发现的[1]。SOD 能催化
超氧阴离子自由基（O2.-）发生歧化反应，所产生的过氧化
氢在机体内易被过氧化氢酶分解成H2O和O2，从而解除O2.-
对细胞的毒害作用，是生物保护酶系统中的重要成员[2]。在
植物处于低温、干旱、衰老和盐害等逆境胁迫时，超氧化物
歧化酶对维持 O2.-的平衡起重要作用，因此对它的结构与功
能的研究越来越引起人们的重视。
菘蓝（Isatis indigotica Fort）为十字花科二年生草本药
用植物，以根和叶入药，根称“板蓝根”（Radix Isatidix），
有清热解毒、凉血利咽的功能。鲜叶在各地作为加工中药青
黛的原料。菘蓝在生长阶段极易感染根腐病，根的髓部发生
湿腐、变褐，最后地上部分枝叶发生萎蔫，逐渐由外向内枯
死，使产量、质量均受到较大影响。多倍体药用植物一般具
有根、茎、叶和花果的巨型性，抗逆性强，药用成分含量高
等特性，这正是药材优质、高产育种所期望达到的目标。
目前，对于菘蓝 SOD 的研究已有报道，而对于不同倍
性菘蓝超氧化物歧化酶的活性研究还尚未见报道。本文采用
聚丙烯酰胺凝胶电泳，NBT 光化还原法，以窄叶二倍体、
多倍体菘蓝根为实验材料，对不同倍性菘蓝超氧化物歧化酶
（SOD）的活性变化进行分析。
1 材料与方法
1.1 材料
实验材料菘蓝由河北唐山师范学院中药材基地提供。经
唐山市中药材重点实验室鉴定，该材料为窄叶二倍体和同源
四倍体菘蓝的根。
1.2 方法
1.2.1 聚丙烯酰胺凝胶电泳
1.2.1.1 粗酶液的制备
分别取二倍体、多倍体菘蓝根，用自来水洗净后，再用
蒸馏水、去离子水冲洗，滤纸吸干，准确称取 2g，加
5mLpH7.8，0.05mol/L 磷酸缓冲液[含 1%或 4%乙烯吡咯烷
酮（PVPP）]，冰浴研磨成匀浆，4℃ 12 000r/min 冷冻离心
20min，取其上清即为超氧化物歧化酶的粗提液。加入等体
积的 40%蔗糖，4℃冰箱保存备用。
1.2.1.2 凝胶制备
本试验采用分离胶 7%，pH8.9；浓缩胶 2.5%，pH6.7；
电极缓冲液 Tris-甘氨酸（pH8.3）。
1.2.1.3 电泳分离
（1）凝胶板制好后，立即用电极缓冲液冲洗胶孔，再
将玻璃板放入电泳槽中，卡紧。向槽内注电极缓冲液，使电
极缓冲液没过内层玻璃板，且外层液面略高于内层。将微量
进样器枪头插入槽下部慢慢进样。每槽点样 20µL。以 0.1%
溴酚蓝为前沿指示剂。
（2）接通电源，电泳初始电压 50V，待进入分离胶时，
电压调至 120V，电流为 20mA，电泳至溴酚兰标志到达凝
胶前沿 1～1.5cm 为止，时间约为 3～4h。将电流、电压调
至零后断电。电泳过程中，需用冰袋紧贴电泳槽，使之降温，
或置于 4℃冰箱中进行电泳，避免电泳槽内温度过高，影响
实验结果。
（3）电泳结束后，取出玻璃板，将两块玻璃板借助水
流，用解剖刀柄轻轻从玻璃板侧缝间撬开，用注射器缓缓将
凝胶冲下来，将胶放入染色液中。
1.2.1.4 超氧化物歧化酶活性负染色
电泳完毕后，在黑暗中将凝胶于室温下浸泡于含有
3.75×10-4mol / L 氮蓝四唑（NBT）中 30min，再将凝胶放
入含有 2.8×10-2mo1 / L 四甲基乙二胺，2.8×10-5mol/L 核黄
素，10-2mol/LEDTA 的 pH7.2，0.05mo1 / L 磷酸缓冲液中，
并在日光灯下光照 15～30min，在蓝色背景上呈现无色透
明区带则为超氧化物歧化酶活性谱带。观察各条带显色的
先后，照相并用铅笔画出超氧化物歧化酶同工酶谱带。计
算 Rf 值。
Rf = 分离胶起始端到酶带距离分离胶起始端到溴酚蓝指示线的距离

1.2.2 NBT 光化还原法测定 SOD 酶活性
1.2.2.1 实验原理
在有氧化物存在下，核黄素可被光还原。被还原的核黄
素在有氧条件下极易再氧化而产生 O2.-，它可将 NBT 还原
为蓝甲月替 ，后者在 560nm 波长处有最大吸收峰，而超氧化
物歧化酶作为氧自由基的清除剂可抑制此反应。通过测定加
入酶液后的颜色变化，可计算出超氧化物歧化酶活性。
1.2.2.2 粗酶液的提取
取二倍体、多倍体材料各 1g，分别加入 5mL pH7.8，
0.05mol/L 磷酸缓冲液（含 0.1mmol/LEDTA 和 1%PVPP），
冰浴研磨成匀浆，4℃ 12 000r/min 冷冻离心 20min，取其上
清即为酶的粗提液。
1.2.2.3 酶活性的测定
测定前在 54mL，14.5mmol/L 甲硫氨酸（Met）中分别
加入 EDTA，NBT，核黄素溶液各 2mL，混匀。此为混合反
应液。
在盛有 3mL 反应混合液的试管中，加入适量粗酶液
（10µL，20µL，30µL），混匀后放入烧杯中，于光照培养箱
中准确照光 10min，用黑纸覆盖以终止反应。迅速测定 560nm
波长下的吸光度，以不加酶的照光试管为对照。
1.2.2.4 酶活力的计算
以能抑制反应 50%的酶量为一个超氧化物歧化酶酶单
位，其活力可由下列公式计算：
第 30 卷第 2 期 唐山师范学院学报 2008 年 3 月
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( ) ( )
15.0 VWA
VAAoUSOD
FO
Ts
×××
×−=敏活性
( )
W
SODgmUSOD 活性蛋白比活性 =
式中：A0—对照管的吸光度（A）；AS—样品管的吸光
度（A）；VT —样液总体积（mL）；WF—样品鲜重（g）；V1—
测定时样品用量（mL）；W—鲜材料中蛋白质的含量（mg/g）。
1.2.2.5 蛋白含量的测定
采用紫外吸收法测定材料中的蛋白含量[3]。
2 结果与分析
2.1 聚丙烯酰胺凝胶电泳
SOD 同工酶谱带结果显示，含 1%PVPP 的酶提取液提
的酶谱带与含 4%PVPP 的酶提取液提的酶谱带，条带数相
同，但清晰度明显不同。含 1%PVPP 的条带更清晰，其中，
二倍体两个浓度之间的差异最明显，而多倍体的差异不是很
明显（见图 1）。对于植物细胞粗提液，通常含酚类物质（包
括多酚、醌、鞣质、黄酮等）。酚类物质，是一类极不稳定
的物质，酚的羟基能以它强有力的氢键与肽的氧原子结合，
形成酚-蛋白质，致使蛋白质变性。而乙烯吡咯烷酮（PVPP）
可以与酚类物质结合，一定量的 PVPP 可以有效的控制 SOD
粗提酶液中的有害反应的发生，防止酚-蛋白质的形成，保
证了 SOD 同工酶的准确测定[6]。一般采用的 PVPP 浓度为
1%～4%，最适浓度随植物种类的不同而不同，对于菘蓝来
说，1%为其最适浓度。

图 1 菘蓝 SOD 电泳谱带
注：1 为以含 1%PVPP 的磷酸缓冲液提取的二倍体 SOD
酶谱带；2 为以含 1%PVPP 的磷酸缓冲液提取的多倍体 SOD
酶谱带；3 为以含 4%PVPP 的磷酸缓冲液提取的多倍体 SOD
酶谱带；4 为以含 4%PVPP 的磷酸缓冲液提取的二倍体 SOD
酶谱带。
二倍体与多倍体同工酶谱带数目未发生变化，均具有 A
带（Rf=0.475 14）、B 带（Rf=0.606 56）、C 带（Rf=0.688 52）
三条带，但这三条谱带的亮度、宽度在二倍体、多倍体间都
是不同的，见图 1。同时可发现，A 带（Rf=0.47514）为二
倍体强于多倍体，且宽度也较多倍体宽。B 带（Rf=0.606 56）、
C 带（Rf=0.688 52）无论是宽度还是强度均为多倍体强于二
倍体，尤其以 B 带对比明显。由此可见，多倍体的酶带与二
倍体相比，并不是简单的加倍。虽然总体上说，多倍体的酶
量、酶活要高于二倍体，但就 A 带来说，是二倍体的高于
多倍体。可能的原因是，植物染色体数目加倍后，遗传物质
得到了加倍，这为染色体数目的变异提供了丰富的物质基
础。同时，加倍后的染色体组内也异常活跃，发生着基因丢
失、基因沉默、基因突变以及染色体交换与重排等事件。复
制的基因同时也承受着丢失、新功能化以及亚功能化等不同
的命运[7]，这就大大增加了植物体的复杂性。

图 2 菘蓝 SOD 电泳谱带模式图
表 1 超氧化物歧化酶同工酶谱带迁移率（Rf）
A 带 B 带 C 带
二倍体 0.475 41 0.606 56 0.688 52
多倍体 0.475 41 0.606 56 0.688 52
2.2 NBT 光化还原法测定 SOD 酶活性
NBT 光化还原法测定 SOD 酶活性，其结果显示，二倍
体的超氧化物歧化酶无论是总活性、蛋白含量还是比活性均
低于多倍体的超氧化物歧化酶。从总活性上看，多倍体与二
倍体相比，高出约 19%，而从比活性上看，多倍体高出约
10%（见表 2），这是采用 NBT 光化还原系统的结果。采用
NBT 光化还原法，即 NBT 光化还原法测定超氧化物歧化酶
活性时，其反应系统中若蛋白含量达到 100µg 以上，则超氧
化物歧化酶活性检测会受到严重干扰，蛋白含量是该检测系
统中一个十分重要的影响因素。因此，比活性比总活性更具
科学性，应以比活性为标准来比较二倍体、多倍体的活性大
小，即多倍体活性高于二倍体活性，多倍体比二倍体多约
10%。这一结果与同工酶电泳谱带结果相符合。多次重复实
验的结果略有不同，但基本在一定范围内浮动。
表 2 不同倍性菘蓝超氧化物歧化酶活性变化
品种
总活性
（U）
蛋白含量
（mg/g 鲜重）
比活性
（U/mg 蛋白）
二倍体 345.92 23.718 14.58
多倍体 426.83 26.331 16.21
3 讨论
3.1 二倍体、多倍体菘蓝 SOD 的活性变化
一般认为植物营养器官性状的变化与基因的剂量有关，
即随着基因拷贝数的增加，基因转录产物的产物量发生变
化，导致性状出现相应的变化[10]。多倍体植株比起二倍体
陈玉芹，等：不同倍性菘蓝超氧化物歧化酶的活性变化
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来，茎粗、叶大、花大、果实大。因此，可推测多倍体菘蓝
中超氧化物歧化酶的含量较二倍体要多，试验结果也验证了
这一点。
实验结果表明，二倍体、多倍体菘蓝 SOD 同工酶谱带
类型并未发生变化，均具有三条谱带，且其 Rf 值相同，但
谱带的活性发生了变化。其中，A 带为二倍体强于多倍体，
且宽度也较多倍体宽。B 带、C 带均为多倍体强于二倍体，
尤其以 B 带对比明显。林植芳等认为，水稻叶片在衰老过程
中，变化明显的是酶带Ⅱ和酶带Ⅲ，其为 Cu/Zn-SOD[5]。本
文中 SOD 酶带变化最明显的是酶带 A 和 B，它说明了酶活
性的变化。但其中这些变化明显的酶属于哪一种类型，由于
实验条件的限制，尚需进一步研究。
从 SOD 活性上看，多倍体 SOD 活性明显增加。其中，
多倍体比活性为 16.21，而二倍体比活性为 14.58，多倍体比
二倍体高 10%，这一结果与其他的许多相关研究结果相同。
如唐宁，汪福源，高山林在对白术同源四倍体农艺性状和抗
氧化酶活性的研究中发现，白术四倍体株系的 SOD、POD
和 APX 活性均高于二倍体，平均分别高出 28%，35%和
38%[6]。赵艳在对四倍体大麦嫩叶中 SOD、CAT 和可溶性蛋
白质含量分析研究中也发现，SOD 活力随着叶龄的增加而
逐渐降低，但三个四倍体大麦品种不同叶龄嫩叶中的 SOD
含量均显著高于二倍体大麦，7d 叶龄和 12d 叶龄的四倍体
麦叶中 SOD 活力平均比二倍体麦叶高 21%，而且随着叶龄
的增加，这种差别更明显，17d 和 22d 叶龄的四倍体麦叶的
SOD 活力分别比二倍体麦叶高 59%和 68%[8]。
3.2 SOD 与菘蓝抗逆性的关系
超氧化物歧化酶能催化超氧阴离子自由基（O2.-）发生
歧化反应，所产生的过氧化氢在机体内易被过氧化氢酶分解
成 H2O 和 O2，从而解除 O2.-对细胞的毒害作用，是生物保
护酶系统中的重要成员。在植物处于低温、干旱、衰老和盐
害等逆境胁迫时，SOD 对维持 O2.-的平衡起重要作用。SOD
酶作为抗氧化酶体系中的一个重要部分，在植物抗逆生理的
研究中常被研究者作为主要抗性鉴定指标来研究。如姚允聪
等对不同品种元帅苹果的 SOD 酶研究中得出，不同品种不
同器官 SOD 活性强的一般都表现较强的抗性[9]。本实验的
结果为多倍体的 SOD 酶比活性高于二倍体的 SOD 酶比活
性，在一定程度上可说明多倍体的抗逆性要比二倍体好。在
寻找实验材料时，发现二倍体染病植株较多，而多倍体植株
很少有染病植株，推测多倍体植株具有较强的抗逆能力，这
正好与实验结果相符合。唐宁，汪福源，高山林对白术同源
四倍体农艺性状和抗氧化酶活性的研究也表明，四倍体株系
将具有比二倍体更高的抗逆性或抵抗自然灾害的能力[6]。巨
大性是多倍体显著特征，同时其营养成分的含量也显著提
高，适应性和抗逆性增强。本试验结果也表明，菘蓝四倍体
比二倍体 SOD 活性高，具有更强的抗逆性，这为植物抗逆
性的提高和产量的增加提供一条有效途径。
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（责任编辑、校对：李春香）