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黄嘌呤氧化酶（Xanthine oxidase，EC1.17.3.2，XOD）属于黄素蛋白氧化酶类中较为复杂的多亚基蛋白，其底物催化机理复杂，除需辅因子FAD，还需钼蝶呤及铁硫簇辅因子。这三种辅因子以严格的比例及特定的顺序排布于XOD结构内部，联合最终电子受体（分子氧），共同催化嘌呤类物质的降解。相比于黄嘌呤脱氢酶（Xanthinedehydrogenase，EC1.17.1.4，XDH），XOD在医学诊断、食品检测、工业催化及环境保护中的应用价值更为广泛。本论文以一株拥有自主知识产权的XOD产生株—节杆菌（Arthrobacter）M3为研究对象，探讨发酵合成XOD的调控技术；合成筛选含特异性配体的亲和介质，创建简易亲和纯化XOD的方法，并分析酶热不稳定机理；探寻可有效提高XOD稳定性的技术；研究次黄嘌呤/黄嘌呤降解代谢产物与XOD合成的关系，利用等离子体诱变，半定向筛选代谢产物抑制得到衰减的突变株。主要研究结果如下：考察次黄嘌呤（诱导物）及辅因子添加对XOD合成的影响，发现，次黄嘌呤最佳诱导浓度为3.6g L-1，而添加辅因子前体核黄素（0.30mg L-1）及硫胺素（6.0mg L-1）可分别使XOD平均产率提高17.0%和16.3%。根据不同pH值控制下Arthrobacter M3的发酵过程曲线和动力学参数变化，提出了分段式pH调控技术，即在发酵前期以初始pH8.6进行自然发酵，待菌体密度至2.0g L-1时，控制发酵液pH值为7.6。该分段式pH调控技术的应用，使XOD平均产率（1229.7U g-1）比单独使用恒pH7.6发酵和自然pH发酵（初始pH8.6）时分别提高了86.3%和89.4%；酶活水平（7415.3U L-1）分别提高了75.0%和91.0%。以Logistic方程和Luedeking-Piret方程描述了分段式pH发酵过程中菌体生长、XOD积累以及基质（残糖）消耗的模型，模型相关系数（R2）均大于0.97。分别以鸟嘌呤（黄嘌呤结构类似物）及核黄素（FAD前体）为配体，合成了亲和介质（琼脂糖为载体）。吸附分析表明，琼脂糖-鸟嘌呤亲和介质对XOD的吸附能力较佳（2.0mg g-1介质），并利用液质联用技术证实了鸟嘌呤配体与琼脂糖载体的成功偶联。采用硫酸铵盐析、琼脂糖-鸟嘌呤亲和层析及DEAE-Sepharose CL-4B离子交换层析共3步法，简易地纯化了Arthrobacter M3XOD，比酶活为1033.2U mg-1，纯化倍数为120.1，回收率为36.1%。研究Arthrobacter M3XOD的酶学性质则表明：XOD为含有两个亚基（100kDa和35kDa）的异质二聚体蛋白，相对分子质量135kDa，与Arthrobacter sp. FB24XDH的匹配度较高（肽质量指纹图谱分析）；最适反应温度为37℃，最适反应pH为7.5，且对不同金属离子（2.0mmol L-1）的耐受性具有差异，对黄嘌呤的动力学常数Km为0.67mmol L-1。对50℃保温不同时间的XOD酶液进行分析，发现XOD热不稳定机理主要为疏水基团暴露引起的蛋白集聚。以XOD的热不稳定机理为指导，针对性的添加了海藻糖和甜菜碱等保护剂。结果表明，添加1.0mol L-1海藻糖可使XOD半衰期（50℃）延长至6.9h（对照组仅为0.84h），凝胶过滤色谱分析表明海藻糖的加入有效抑制了蛋白集聚。分别选用阴离子交换树脂（201×4、D201及D354）离子吸附固定化、聚丙烯酰胺及海藻酸钠物理包埋固定化、疏水性载体（D840）及亲水性载体（含不同间隔臂长度的琼脂糖）共价偶联固定化处理XOD，不同程度提高了酶热稳定性。其中，以海藻酸钠物理包埋的固定化酶酶活回收率较高（17.3%）；50℃保温2h，以琼脂糖-乙二胺载体共价偶联的固定化酶相对酶活保留率较高（90.9%）。将琼脂糖-乙二胺载体固定化的酶与游离酶比较，固定化酶于不同pH和温度下的耐受性均提高，半衰期延长至5.5h（50℃），重复使用8次后，相对酶活仍保留41.2%。研究次黄嘌呤/黄嘌呤降解代谢途径中关键代谢产物（自由基、尿酸、尿素及铵根离子）与XOD合成的关系，发现，在XOD发酵合成过程中，嘌呤代谢含氮终产物—铵根离子是抑制XOD合成的关键因子；积累的代谢中间产物尿素对XOD合成基本无影响，且积累浓度（1.10g L-1）远低于其抑制XOD合成的浓度（≥15.0g L-1）。为减弱次黄嘌呤/黄嘌呤降解代谢途径中尿素向铵根离子的降解，采用等离子体诱变，经三级筛选平板初筛，半定向选育了一株低产尿素降解酶的突变株Arthrobacter M605，与出发菌株Arthrobacter M3相比，其尿素降解酶平均产率降低了49.3%。补料分批发酵条件下，突变株Arthrobacter M605的XOD平均产率及酶活水平提高至1168.5U g-1和12970.6U L-1，分别比出发菌株Arthrobacter M3提高了38.6%和42.5%。