土壤腐殖酸与酶相互作用机制及其对酶特性的影响

腐殖酸是土壤中重要的活性组分，土壤酶或外源酶影响着土壤中各种生物化学过程的速度和强度。腐殖酸与酶的相互作用可导致酶结构的改变而使生物活性发生变化，同时结合在腐殖酸表面的酶不易被微生物降解，可能导致环境风险。尽管有关土壤矿物与酶的相互作用已有较多的研究和报道，但对土壤腐殖酸与酶的相互作用未受到重视，它们相互作用的特点显然不同于土壤矿物。本项目通过提取、纯化可变电荷土壤（红壤）和恒电荷土壤（暗棕壤）的不同类型腐殖酸，运用分子环境科学手段和界面电化学方法来研究腐殖酸与溶菌酶和酸性磷酸酶相互作用的电荷变化、焓变、复合物形成等特点，探讨相互作用过程中的微观机制与影响因素，明确不同类型腐殖酸对酶活性、结构与稳定性的影响。所得结果将有助于阐明土壤腐殖酸和酶在生物地球化学循环中的作用与功能，为土壤肥力的提高、生态环境建设与管理提供科学依据。

腐殖酸是土壤中重要的活性组分，而土壤酶或外源酶则影响着土壤中各生物化学过程的速度和强度。腐殖酸与酶的相互作用可导致酶结构的改变而使其生物活性、稳定性发生变化，同时结合在腐殖酸表面的酶不易被微生物降解，可能导致环境风险。尽管有关土壤矿物与酶的相互作用已有较多的研究和报道，但土壤腐殖酸与酶的相互作用并未受到重视，其作用特点显然不同于土壤矿物与酶的相互作用。本项目以提取、纯化湖北九宫山山地草甸土和吉林通化暗棕壤中的胡敏酸和富里酸为材料，以国际标准腐殖酸（PAHA）为对照，研究了腐殖酸与溶菌酶、脲酶、酸性磷酸酶相互作用的电荷变化、复合物形成特点，利用红外红谱、核磁共振、同步辐射、圆二色谱等现代技术分析了腐殖酸与酶相互作用过程的微观机制与影响因素，并讨论了腐殖酸对酶活性、稳定性、结构等的影响。按资助项目计划书，我们完成了所有研究内容，基本达到预期目标。取得的主要进展如下：1. 发展了腐殖酸表面绝对电荷量的测定方法。采用阳离子聚合物polyDADMAC滴定腐殖酸，根据在等电点（IEP）处的复合物质量比（polyDADMAC/HS）及pH－IEP即可计算出腐殖酸表面在某一pH和离子强度条件下的绝对电荷量，该方法简单可行；2. 腐殖酸与酶结合能力较强，主要以静电吸附和疏水作用为主，且随着离子强度的增加，阳离子的陪补效应增强；3. PAHA-LSZ复合体颗粒大小在IEP时达到最大，呈峰形曲线，但随着离子强度的增加颗粒大小在IEP附近形成一个平台；4. 腐殖酸与酶相互作用对酶的活性及稳定性均具有保护作用，不同类型腐殖酸所起作用、不同类型酶所受保护的程度均不相同，该保护作用与腐殖酸表面疏水性、静电相互作用强度、以及腐殖酸与酶间的包被程度密切相关；5. 腐殖酸的加入，对酶二级结构中的α-螺旋和转角比例影响较大，而对α-螺旋和无规则卷曲影响较小。