高效产脲酶细菌的筛选分离及其产脲酶特性研究开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述）

氮是植物生长需要量较大的一种元素，然而多数土壤中的氮素含量较小，远远不能满足植物生长和粮食生产的需求，因此需要长期施用化肥给土壤提供肥力，其中尿素是施用频率最高且最常见的一种氮肥[1]，如何使尿素降解为植物高效利用的氮源是当前农业的关键问题之一。尿素水解成铵和二氧化碳才能成为易被植物吸收的形式，土壤中能高效催化尿素分解的蛋白酶中，最重要的就是脲酶[2]，它是人类首次发现含有金属镍离子的金属酶，广泛存在于动植物和微生物体内，在保持土壤肥力、微生物碳酸盐成矿等领域有极为重要的应用[3]。脲酶数量太多会使得尿素的分解过量，从而导致氮的流失进而造成农业面源污染和水体的富营养化污染等问题[4]。因而对脲酶的活性及其酶促反应特征进行研究是至关重要的，其中研究脲酶对底物尿素分解的酶动力学和热力学对于尿素施肥乃至保持土壤肥力有极为重要的意义[5]。

酶反应动力学是定量描述酶催化作用，揭示酶催化机理的基本途径[6]；酶反应热力学是研究系统变化方向和限度的重要手段，具备不受体系结构和过程机理局限且具有宏观性和可靠性等特点[7]。将动力学和热力学相结合，应用于酶特别是复杂的土壤脲酶体系研究深化具有重要的意义。

土壤酶在进行催化作用时，首先，酶要与底物形成复合体，然后酶与底物复合体反应生成产物和酶[8-9]，其中尿素在脲酶的作用下进行的水解过程为一级动力学反应[10]。涉及土壤脲酶动力学研究的主要参数有两个：km和vmax。km即是米氏常数，它反应了酶和底物的亲和力[11]。vmax及酶促反应的最大反应速度，代表酶在被底物完全饱和时的酶催化反应速度[12]。对某一酶促反应而言，影响反应速率的因素也能影响酶和底物复合体形成的稳定程度和复合体的分解，因此测定km和vmax值可获得各种影响因子的特性和作用途径。这两个参数的确定对研究反应过程是极其重要的[13]。热力学是研究酶促反应进行可能性、方向和限度的一种有效手段[14]，鉴于其不受体系结果和过程机理的局限，因而对土壤酶促反应机理、过程和能量变化特征的研究非常有利，热力学中常用的状态参数有压力、比容、温度、活化能、焓变、熵变和吉布斯自由能等[15]。

2. 研究的基本内容与方案

（1）基本内容

1).菌株筛选分离

2).动力学热力学参数的测定

3. 研究计划与安排

1-2周：资料检索、收集，文献查阅、整理；确定实验方案，撰写开题报告；

3-4周：准备实验仪器与药品，完成土壤采样；

5-13周：完成产脲酶微生物的筛选与分离，优化分离的细菌的生长条件，测定在最佳条件下的产脲酶活性，同时利用这种细菌进行尿素降解实验；

4. 参考文献（12篇以上）

[1]saeeda,sharifm,iqbalm.applicationpotentialofgrapefruitpellasdyesorbent:kinetics,equilibriumandmechanismofcrystalvioletadsorption[j].hazardmater,2010,179(1-3):546-572.

[2]krajewskab.ureasesi:functional,catalyticandkineticproperties:areview[j].jmol.catal.b-enzym,2009,(59):9-21.

[3]lehmanj,rillingmc,thiesj,etal.biochareffectsonsoilbiota-areview[j].soil.biochemi,2011,43:1812-1836.