土壤脲酶是惟一对尿素水解起作用的土壤酶。土壤中的脲酶除一小部分存在于土壤溶液中外，大部分 被土壤粘粒、腐殖质等物质所吸附，呈吸附态酶，其活性、稳定性及动力学性质等都有所变化〔１ 〕。土壤粘粒是土壤固相的重要组分，它与土壤腐殖质共同组成复合胶体，对土壤的性质与肥力产 生巨大影响。迄今为止，从土壤中提取粘粒进行脲酶吸附量的研究未见报道〔１，２〕，尤其土壤 是一个开放体系，环境条件波动较大，酸碱度、温度、外源物质的投入〔３〕等对酶的性质有着重 要的影响。本试验是在人工模似条件下，研究了陕西省４种主要土壤粘粒吸附具有活性脲酶的数量 ，及脲酶吸附量因ｐＨ，温度和Ｚｎ（Ⅱ）、Ａｓ（Ⅴ）、Ｈｇ（Ⅱ）质量浓度而变化的特征。为 深入了解脲酶与这一地区主要土壤粘粒的固定机制，探讨环境因子，特别是Ｚｎ（Ⅱ）、Ａｓ（Ⅴ ）和Ｈｇ（Ⅱ）影响脲酶吸附的机理提供依据。１材料与方法１．１材料供试土壤为土娄土、黑垆 土、黄绵土、黄褐土的表层土（０～２０ｃｍ）。提取土壤粘粒及去除粘粒有机质的方法参考文献 〔４〕进行。土壤及其粘粒的基本性质见表１．脲酶，Ｕｒｅａｓｅ－ａｃｔｉｖｅｍｅａｌｆｒ ｏｍＪａｃｋｂｅａｎｓ．ＢＤＨＣｈｅｍｉｃａｌｓＬｔｄｐｏｏｌｅＥｎｇｌａｎｄ．ＺｎＣ ｌ２，Ｎａ３ＡｓＯ４，ＨｇＣｌ２等均为分析纯试剂。表１土壤及其粘粒的基本性质土壤土壤粘 粒样品ＣａＣＯ３／（ｇ·ｋｇ－１）全氮／（ｇ·ｋｇ－１）全磷／（ｇ·ｋｇ－１）粘粒含量 ／（ｇ·ｋｇ－１）样品ｐＨ有机质／（ｇ·ｋｇ－１）阳离子交换量／（ｃｍｏｌ·ｋｇ－１） 比表面／（ｍ２·ｇ－１）
土娄土５０．６１．０８１．１６２１９Ａ１８．２４２２．０４５． ２４２８０．１２Ａ２８．１３５．２３８．６７２９４．２６
黑垆土２９．７０．６３１．０５ １３８Ｂ１８．０４１８．５４４．４８２３６．１５Ｂ２８．００１０．３３０．４１２９８． ６８黄绵土８６．５０．６２１．０９１０６Ｃ１８．２９１４．８３５．８２２２５．４５Ｃ２ ８．１６８．７３０．７２２５０．９６
黄褐土０．００．７００．７５４１５Ｄ１６．９８８． １４４．００３５６．４１Ｄ２７．０２３．３４６．０４３６２．０５注：Ａ１，Ｂ１，Ｃ１， Ｄ１分别代表原样的土娄土、黑垆土、黄绵土、黄褐土粘粒；Ａ２，Ｂ２，Ｃ２，Ｄ２分别代表去 除有机质的土娄土、黑垆土、黄绵土、黄褐土粘粒（下表同）。１．２方法１．２．１脲酶吸附量 测定〔２〕称取０．１０００ｇ土壤粘粒７份，分别加入８０，１００，２００，４００，６００ ，７００和８００ｍｇ·Ｌ－１脲酶溶液５ｍＬ，ｐＨ为７．５的Ｔｒｉｓ－ＨＣｌ缓冲液１５ｍ Ｌ，并设无土、无酶、无底物为对照。将此混合液分别于（２０±１）℃下振荡至吸附平衡，离心 分离。平衡液和沉淀的酶活测定方法参考文献〔２〕进行。脲酶吸附量以３ｈ后１ｇ土壤中ＮＨ３ －Ｎ的微克数表示。１．２．２影响脲酶吸附量的因子试验恒定温度（２０℃），ｐＨ分别设为６ ．０，６．５，７．０，７．５，８．０，８．５和９．０，研究ｐＨ对脲酶吸附量的影响。恒定 ｐＨ（７．５），温度分别为２０，３０，４０，５０和６０℃，以研究温度对脲酶吸附量的影响 。恒定ｐＨ（７．５）和温度（２０℃），样品中分别添加１０．０，２０．０，４０．０，６０ ．０，８０．０和１００．０ｍｇ·Ｌ－１Ｚｎ（Ⅱ）；１０．０，２５．０，５０．０，１００ ．０，１５０．０和２００．０ｍｇ·Ｌ－１Ａｓ（Ⅴ）以及１．０，２．０，５．０，１０．０ ，５０．０和１００．０ｍｇ·Ｌ－１Ｈｇ（Ⅱ），以研究不同质量浓度的Ｚｎ（Ⅱ）、Ａｓ（Ⅴ ）和Ｈｇ（Ⅱ）对脲酶吸附量的影响。１．２．３土壤及其粘粒基本性质测定参考文献〔４〕的方 法进行。２结果与讨论２．１不同土壤粘粒的脲酶吸附量４种土壤的８种粘粒对脲酶均有吸附，但 吸附量有所差异。土娄土、黑垆土、黄绵土、黄褐土的原样粘粒，脲酶吸附量分别为７１０，６６ ８，４５８，３７８μｇ／ｇ；去有机质的上述粘粒，脲酶吸附量依次为３６４，３８１，３７９ ，３３８μｇ／ｇ．结果显示，同一土壤的粘粒，脲酶吸附量为原样土壤粘粒大于去有机质土壤粘 粒；不同土壤的粘粒，脲酶吸附量大小为：原样土娄土＞原样黑垆土＞原样黄绵土＞去有机质黑垆 土＞去有机质黄绵土＞原样黄褐土＞去有机质土娄土＞去有机质黄褐土。土壤粘粒脲酶吸附量的大 小与土壤粘粒有机质含量的高低（表１）排序一致，说明土壤粘粒有机质的存在，可增加脲酶的吸 附数量。２．２影响脲酶吸附量的因子２．２．１ｐＨ在吸附反应的ｐＨ为６．０～９．０时，土 壤粘粒的脲酶吸附量呈现低—高—低的变化（表２）。由表２可知，同一土壤粘粒，当介质的ｐＨ 降低或升高同样的单位时，脲酶吸附量在弱酸性介质中下降较弱碱性介质少。这是因为酶与粘粒结 合的方式有阳离子交换、范德华力、氢键及离子偶极作用等〔５〕。酶若以阳离子交换反应的方式 被吸附，其电荷符号和数量随介质的ｐＨ而变化，当介质的ｐＨ接近酶的等电点时，酶分子所带电 荷为中性，这样吸附在粘粒表面的酶分子间斥力较小，排列紧凑，结构较稳定，而且单个酶分子在 粘粒表面占据的位点较少，相对增加了粘粒表面的吸附点位。由于脲酶为一弱酸性酶〔５〕，所以 ，脲酶在弱酸性介质中的吸附量大于弱碱性介质。表２不同ｐＨ和温度时脲酶吸附量的下降率％样 品ｐＨ温度／℃６．０６．５７．０７．５８．０８．５９．０２０３０４０５０６０Ａ１Ａ２１ ６．３８１５．６６１５．６９１２．５４９．３９６．８００．０００．００２９．８０１２． ００３６．１８１５．７１４５．９２２２．０４０．０００．００８．８５２７．９７２７．５ ３４６．７１３４．２４５２．９１４９．８３６０．９７Ｂ１Ｂ２１６．１２２７．７３１４． ３０１３．７６７．４６６．１６０．０００．００２１．５０１８．０４３７．６０３４．８７ ６１．１７５９．４４０．０００．００６．１０７．５６３３．１３３８．２９５２．７６７０ ．５３６３．６６８５．８８Ｃ１Ｃ２２６．１４２５．４６１６．７３２３．５４１３．３４１ ２．６５０．０００．００３２．２６４２．８６４９．６５４８．４８５８．３１５８．２７０ ．０００．００１０．５３２０．１０２０．３９２０．６３４３．２９４９．７３５９．３１５ ９．６７Ｄ１Ｄ２３０．２４３１．３２２６．６４２５．７６１１．９７２０．３３０．０００ ．００２９．２４３０．６０５２．３８４７．３９５７．２７６０．５５０．０００．００８． １３９．３４４４．２１４４．９３４８．９８５０．５５６８．６６６９．７８注：下降率％＝ Ａ－ＢＡ×１００，Ａ为２０℃，ｐＨ７．５时的脲酶吸附量，Ｂ为其他温度及ｐＨ时的脲酶吸附 量。不同粘粒的脲酶吸附量因ｐＨ而变化的情况，可用抛物线方程（表３）来描述。表３ｐＨ与脲 酶吸附量拟合方程参数样品ｐＨ温度Ｙ＝ａ＋ｂＸ＋ｃＸ２Ｙ＝ａ＋ｂＸａｂｃＲａｂＰＡ１－２ ５２６．４５５９１７．７９６－６６．３１６０．８０８＊＊９０３．５００－８．９７００． ００１＊＊Ａ２－８７８．７８３３２８．３８６－２２．２６６０．８０５＊＊４１９．１００ －５．０５２０．０１１＊Ｂ１－４００５．１９４１３３１．０５４－９５．２９５０．９６７ ＊＊９９３．９６０－１５．０１８０．００１＊＊Ｂ２－２８７２．５５３８９０．７３９－６ １．７４９０．９６５＊＊５４０．７８０－８．２４００．００３＊＊Ｃ１－２３６９．２１９ ７９１．７５０－５６．４２４０．８２４＊＊６１５．５６０－７．１９００．００３＊＊Ｃ２ －１９３３．４７２６４６．４００－４６．３４３０．７４０＊４８８．１８０－４．９７８０ ．００１＊＊Ｄ１－２５９１．４５４８２０．９５－５７．５２１０．７９１＊＊５４２．０４ ０－８．０４７０．００１＊＊Ｄ２－２４６８．８４９７７６．３９７－５４．１７３０．８２ ５＊＊４６８．９８０－５．６４１０．００３＊＊注：ｎ＝７，＊＊极显著水平，＊显著水平。 ２．２．２温度在２０～６０℃时，各土壤粘粒的脲酶吸附量随温度升高而降低（表２），根据吸 附平衡原理，可知土壤粘粒吸附脲酶是放热过程，该结论由温度影响的一元线性方程得到佐证。温 度升高，土壤粘粒的脲酶吸附量下降，但下降的幅度不同（表２），且去有机质粘粒的下降率大于 原样粘粒，如土娄土、黑垆土、黄绵土、黄褐土，前者分别是后者的１．９１，１．２７，１．２ ７和１．０６倍（平均值）。由于土壤粘粒有机质的保护作用，脲酶的热稳定性增加〔６〕。试验 结果也说明，土壤粘粒有机质的保护，只有在其含量较高时保护作用才明显。２．２．３Ｚｎ（Ⅱ ）、Ａｓ（Ⅴ）和Ｈｇ（Ⅱ）含量供试的３种离子均对脲酶吸附有抑制作用，同种离子随质量浓度 的增大抑制作用增强（表４）。究其原因，可能是这些离子与脲酶分子的活性部位——巯基和含咪 唑的配位体等发生结合，对底物产生了抑制〔７〕，从而降低了脲酶的吸附量。当３种离子的质量 浓度相同时，Ｈｇ（Ⅱ）的抑制作用最为明显（表４）。根据Ｐｅａｒ－ｓｏｎ〔８〕的分类，Ｈ ｇ（Ⅱ）属“软”受体，巯基等属“软”供体，“软”受体与“软”供体结合，可形成非常稳定的 化学键；Ａｓ（Ⅴ）和Ｚｎ（Ⅱ）分别属于“硬”受体和“中间型”受体，它们与巯基等键合的稳 定程度降低，这可能是Ｈｇ（Ⅱ）具有较强抑制作用的主要原因。表４Ｚｎ（Ⅱ）、Ａｓ（Ⅴ）和 Ｈｇ（Ⅱ）对脲酶吸附量的抑制率％离子质量浓度／（ｍｇ·Ｌ－１）土娄土黑垆土黄绵土黄褐土 Ａ１Ａ２Ｂ１Ｂ２Ｃ１Ｃ２Ｄ１Ｄ２Ｚｎ（Ⅱ）１０．０２０．０４０．０６０．０８０．０１００．０１０．８０１７．９３４２．６９５１．１６５４．５１６３．７６３．５４１４．１７１７．３１３４．２６３８．５７６３．３７１８．４７２２．８３４７．５６６０．０６８２．３４９７．８５１．９６６．１６１１．２０２４．３７４６．７８５９．３８２０．４３２３．３
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