【摘 要】
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蛋白质是具有空间结构的生物大分子,也是一切生命体及生命活动的重要物质基础。土壤酶作为具有催化能力的一类蛋白质,在营养元素的生物地球化学循环中起着重要作用;此外,人类的工农业生产、生活使得一些具有毒性或致病性的蛋白质通过多种途径进入土壤、地下水和沉积物体系。蛋白质进入环境后易与有机质、矿物等土壤活性组分结合,进而改变蛋白质的活性和稳定性。但现有研究多集中于蛋白质与土壤活性组分的界面相互作用上,对蛋白
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蛋白质是具有空间结构的生物大分子,也是一切生命体及生命活动的重要物质基础。土壤酶作为具有催化能力的一类蛋白质,在营养元素的生物地球化学循环中起着重要作用;此外,人类的工农业生产、生活使得一些具有毒性或致病性的蛋白质通过多种途径进入土壤、地下水和沉积物体系。蛋白质进入环境后易与有机质、矿物等土壤活性组分结合,进而改变蛋白质的活性和稳定性。但现有研究多集中于蛋白质与土壤活性组分的界面相互作用上,对蛋白质在环境中的迁移和归趋知之甚少,探究土壤活性组分对蛋白质动态运移过程的影响将有助于理解和调控蛋白质的环境行为。基于此,本文以柱迁移实验为主体,借助动态光散射、Zeta电位、衰减全反射傅里叶变换红外光谱（ATR-FTIR）等现代分析技术,结合DLVO理论计算和两点动力学模型拟合,以模式蛋白-溶菌酶（LSZ）和土壤磷循环中的重要酶类-酸性磷酸酶（ACP）为对象,研究了土壤活性组分（胡敏酸和针铁矿）对它们迁移行为及酶活性的影响,从动态迁移和界面反应两个维度,探究了土壤活性组分与酶蛋白的协同运移过程及影响机制。主要结论如下:（1）胡敏酸共迁移降低了LSZ在多孔介质中的移动性和滞留的酶活性不同溶液pH和离子强度条件下,标准胡敏酸（PAHA）共迁移均使LSZ的移动性减弱。且随PAHA-LSZ复合物质量比的升高,LSZ穿透曲线（BTC）的出流平台（Ci/C0）明显下降,初始穿透后延;滞留曲线随柱深度的增加,由均匀分布变为超指数滞留,LSZ多累积在石英砂（QS）柱入口处。迁移过程中PAHA-LSZ复合物的团聚易引起物理截留,且由于填充柱的尺寸选择效应,较大粒径的PAHA-LSZ复合物会优先滞留在柱中,小尺寸的团聚颗粒则更易流出。由于LSZ复合物粒径的差异,LSZ的酶活性呈现出流液＞入流液＞滞留在体系中酶活性的趋势。（2）针铁矿包被石英砂（GQS）减弱了LSZ和PAHA及其复合物的迁移能力当针铁矿包被比（w=GQS/（GQS+QS））从0增加到0.5时,填充柱整体异质性增加,LSZ和PAHA在柱中的滞留量增加。而当PAHA-LSZ共迁移时（f=mPAHA/mLSZ=0.2）,不同针铁矿包被比的填充柱中均观察到LSZ穿透曲线显著下降,且由于针铁矿的选择性吸附,带正电荷的LSZ优先出流。LSZ在针铁矿包被柱中的移动性随PAHA-LSZ复合物质量比的增加而显著降低,高PAHA-LSZ复合物质量比（f=0.2和0.4）时观察到超指数滞留。由于整体带负电荷且粒径较大的PAHA-LSZ复合物更易被针铁矿吸附而优先滞留,LSZ的活性呈现出流液＞滞留的趋势,且随w增加,滞留的LSZ活性下降更为明显。（3）pH和初始酶浓度会影响酶蛋白在针铁矿表面的吸附及酶结构和活性变化。ACP与针铁矿有较高的亲和力,不同pH条件下其在针铁矿表面的吸附速率和吸附量均大于LSZ。改变LSZ在针铁矿表面的负载量对LSZ二级结构的影响较小,但增加LSZ负载量会使LSZ与底物的接触效率增大,吸附态LSZ的相对活性显著上升。针铁矿对ACP二级结构的扰动较大,且扰动程度与初始ACP浓度有关。针铁矿表面ACP的负载量较低时,吸附态ACP的二级结构改变较大,部分活性位点暴露,使其催化活性上升;增大ACP的负载量,使得吸附态ACP排列紧密,部分活性位点被掩蔽,其相对酶活性降低。吸附态酶活性是酶蛋白与矿物相互作用的综合体现。（4）酶的迁移行为和酶活变化与其本身所带电特性和结构稳定性有关pH从5增加到8时,LSZ在针铁矿包被柱中的迁移能力减弱,而ACP迁移能力增加,两者均在接近酶蛋白等电点时有最大滞留。PAHA共迁移时,不同酶蛋白表现出不同的迁移趋势。PAHA会与LSZ形成大颗粒尺寸的复合物,使LSZ的迁移能力降低;pH 8且复合物质量比f=0.4时,PAHA对LSZ迁移的抑制作用减弱。而通过与带负电荷的ACP竞争填充介质表面吸附位点,减少ACP与矿物表面的接触,pH 5和8时,PAHA均促进了ACP在针铁矿包被柱中的迁移。LSZ具有较高的结构稳定性,出流液中LSZ仍有较高活性;而ACP的结构稳定性较低,迁移前后的酶活性改变较大,PAHA共迁移会在一定程度上保护ACP,减少矿物对酶活性的影响。本研究有助于我们进一步理解土壤有机质和矿物对酶蛋白迁移行为和酶活性的影响,为农业管理措施（耕作、施肥、灌溉等）和土壤-地下水生物修复制剂的选用提供理论支持。
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