土壤脲酶及脲酶抑制剂

化 学 工 程 师 Chemical En百neer 2004年 8月 综 述 文章编号 ：1002—1124(2004}08—0022—03 土壤脲酶及脲酶抑制剂 王天元 ，宋雅君 ，滕鹏起 -R- (1．哈尔滨学院 化学系．黑龙江 哈尔滨；2．哈尔滨学院 图书馆，黑龙江 哈尔滨 150086) 摘 要：本文介绍了影响尿素利用率的主要因素和一种新型脲酶抑制剂的研究方法。 关键词：尿素；脲酶；供氮期；彩色漂定废液 中图分类号：TQ441．41 文献标识码：A nle urease of the soil and the inhibitor of urease WANG Tian—yuan ，SONG Ya—iurlz，TENG Peng—qi (1．Department of Chemistry of Harbin University，Harbin 150086，China；2．Library in Harbin University，Harbin 150086，China) Abstract： I1le paper introduces the main element of iJffluencing carbamide utilizing rate and the research method of a new type llfease—inhibitor． Key words：carbamide；urease；nitrogen supply period ；cdoff~ bleach—fix liquid 研究尿素利用率的意义 2 脲酶的特点及对尿素的作用 高产、优质、高效是我国农业发展的方向，肥料 是加速其进程的重要物质之一。联合国粮农组织 (FAO)多年统计研究 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 明，化肥对农作物增产所起 的作用约占40％ 60％。按 1996年的统计，我国的 化肥施用量为 3800万 t，居世界第一位，但化肥的有 效利用率还不足 1／3，也就是说，施入土壤中的化肥 有 2／3未被有效地利用，每年有大约 1100万 t施入 到土壤中的化肥在流失，被白白浪费掉，其中主要是 氮肥中的尿素。尿素是一种速效氮肥 ．『，j 氮率 较高，分解速度快，以尿素量计算，年 J 上I⋯当于 40～50个大型尿素厂的年总产量。近 10 卜米，虽然 我国化肥用量增长 8l％，但粮食增产量却仅有 12％，在农业生产中，化肥在农业生产资料支出中所 占的比例最大，有效地提高化肥特别是尿素的利用 率对于农民增产增收意义重大。再从另一角度思 考，无效分解的氮肥会对地下水造成污染，水中硝酸 盐含量超标已经成为环境恶化、人类患癌症的最主 要因素。由此可见，防止氮肥(尿素)的无效降解具 有重大的经济效益和社会效益。 收稿 日期：2O04—06—26 基金项目：哈尔滨市培养学科后备带头人专项基金资助项 目 (20o2 A1 【)(Joo8) 作者简介：王天元 (1957一)，女 ，黑龙江省通河 县人 ，教授 ，研究方 向：天然多酚的利用。 2．1 脲酶的特点 土壤中存在脲酶是 Rotini于 1935年发现的，随 后 Conrad等人的工作为土壤中存在脲酶提供了令 人信服的证据，揭示出土壤脲酶的催化作用是尿素 在土壤中转化分解的关键因素。 土壤脲酶是由简单蛋白质构成的生物催化剂， 一 般认为是由土壤中的微生物产生的，是存在于土 壤中能催化尿素分解、具有氨化作用的高度专一性 的一类好气性水解酶。土壤脲酶在性质上有别于从 生物体内分解出的纯脲酶，土壤脲酶只对尿素起催 化作用，对尿素的其他衍生物不起作用。 脲酶的活性是影响尿素分解的最主要因素，气 温高，脲酶活性强，尿素分解快，分解产物来不及被 农作物吸收就挥发掉或随地下水流失；温度低，尿素 分解慢，分解产物还有可能供不上农作物的需要。 在土壤中存在的硝化细菌、脲酶作用下，尿素水解为 简单无机离子，水解的速度非常快。尿素的供氮期 长短，受温度的影响因素较大，在一般情况下仅为 45～60d，温度高于30~C的季节供氮期更短。温度低 时，一般7～lOd分解完全，温度高时仅为3～5d。我 们曾将尿素的主要分解产物 NH4HCO 放置于空气 中进行实验，在20℃时放置 5d，挥发损失 N}{3量就 高达 48．1％，10d失重达74．1％，由此可见，若要使 尿素的分解速度与植物吸收氮的速度同步，关键是 要控制能引起尿素分解的脲酶的活性。 2．2 脲酶对尿素的分解作用 维普资讯 http://www.cqvip.com 2OO4年第 8期 王天元等 ：土壤脲酶及脲酶抑制剂 尿素是最简单的有机化合物，施人土壤后在硝 化细菌以及土壤尿素分解酶——脲酶的作用下分解 成为更简单的无机离子，植物吸收的是尿素分解后 的无机离子，脲酶是尿素分解的催化剂。 尿素在脲酶的作用下水解为氨基甲酸胺。氨基 甲酸胺进一步水解为碳酸钱： (NH2)2c0+H2 NH2COONH4(氨基甲酸胺) NH2COONH4+H2()-一(NH4)2CO3 碳酸铵再进一步分解为氨和碳酸氢钱： (NH4)2C03— NH3十+NH4HCO3 尿素在脲酶的作用下迅速水解生成氨和碳酸氢 钱，氨在浅土层和地表层容易以气态挥发进入大气， 水解产生的NH4+则有四种可能：被土壤中的胶粒吸 附；被植物吸收；好氧条件(环境含氧气充足)下发生 硝化反应，转化为硝态氮(NO3、NOz-、NO)；缺氧条 件(环境含氧量较低)下发生反硝化反应，脱氮生成 N2。硝态氮虽然也能被植物吸收，但是更容易随地 下水流失。所以，硝化作用是造成地下水硝酸盐污 染的重要原因。所谓尿素的无效降解是指尿素分解 产生的无机含氮离子未被植物充分吸收、利用就离 开土壤层，蒸发或进入深土层、地下水而损失掉了。 ● 3 脲酶抑制剂的作用机理及种类 3．1 脲酶抑制剂作用机理 据国内外资料报道，脲酶抑制剂有很多种，其作 用机理有以下 5方面 ： (1)脲酶抑制剂堵塞了土壤尿酶对尿素水解的 活性位置，使脲酶的活性降低。 (2)脲酶抑制剂本身是还原剂，可以改变土壤中 微生态环境的氧化还原条件，降低土壤脲酶的活性。 (3)疏水性物质作为脲酶抑制剂，可以降低尿素 的水溶性，减慢尿素水解速率。 (4)抗代谓}物质类脲酶抑制剂打乱了能产生脲 酶的微生物的代谢途径，使合成脲酶的途径受阻，降 低了脲酶在土壤中分布的密度，从而使尿素的分解 速度降低。 (5)脲酶抑制剂本身是一些与尿素物理性质相 似的化合物，在土壤中与尿素分子一起同步移动，保 护尿素分子，使尿素分子免遭脲酶催化分解。在使 用尿素的同时施加一定量的脲酶抑制剂，使脲酶的 活性受到一定限制，尿素分解的速度变慢，就能减少 尿素的无效降解。但是不能将土壤脲酶全部杀灭， 应保持其一定的活性，否则，会影响土壤对植物的供 氮。 3．2 脲酶抑制剂种类 目前在国内外市场上常用的脲酶抑制剂有：氨 基酸盐 、含硼化合物、尿素衍生物、原子量大于 50的 重金属盐类、含氟化合物、多元酚、多元醌、抗代谢化 合物、磷酸胺类、有机酸类、金属离子络合剂、还原剂 等。在商品脲酶缓释剂中，使用还原剂氢醌(HQ)的 较多。氢醌不仅价格较贵，而且有毒，人食用 5 g即 可致死，作为脲酶抑制剂进入农田生态环境后是否 会产生不良后果、对农产品的生态学质量是否有影 响目前还不能确定，因而，从生态保护的角度看，不 宜大量长期使用。 4 利用彩色漂定废液研制脲酶活性抑 制 彩色漂定废液是冲洗彩色照片后的废弃液，主 要成分是 Ag、Nazs2o3、EDTA—FeNa，实际无毒，其中 含有的硫是一种植物必须的生长元素，而铁元素(原 子量大于 50)、金属离子螯合剂 EDTA又是两种对土 壤脲酶活性具有很好抑制作用的成分，由此可见，废 弃不用的漂定废液不仅是一种很好的脲酶抑制剂， 同时还具有植物硫肥的作用。在日本，彩色漂定废 液被用于水产养殖，最常见的方法是将处理后的漂 定废液添加到鱼的饲料中喂鱼，利用其中的 EDTA、 硫元素可以有效地清除鱼体内有害重金属离子，对 于防止鱼类生皮肤病也有很好的作用。但目前国内 外还未见有关于用彩色漂定废液生产脲酶抑制剂的 报道。 我们选择将彩色漂定废液配合另一种天然植物 研制出一种安全无毒的脲酶抑制剂，这种天然植物 中含有大量的水解类单宁，约占总质量的 14％。单 宁属于多酚化合物，分子绱构中有大量的酚羟基，具 有很强的还原性，多酚同时还是一种金属离子的强 络合剂，起很好的抑制土壤脲酶活性的作用。以这 两种原料研制的尿素缓释剂，经实验室研究已证明 有很好效果。 我国目前还未见有关于彩色漂定废液综合利用 的报道，唯一的利用是提取贵金属银，而提取银后的 彩色漂定废液则直接排放到环境中，造成极大的浪 费。以哈尔滨市为例，每年仅此一项造成的浪费损 失就高达450万元，如将该废弃物充分利用则利国 利民。 我国人口众多，耕地面积有限，能以占世界 7％ 的耕地养活占世界22％的人口，可以说化肥功不可 维普资讯 http://www.cqvip.com 综 述 化 学 工 程 师 Chemical En~neer 文章编号：1002—1124(2004)08—0024—03 氧对光固化胶粘剂固化影响的研究 王 正 平 (哈尔滨工程大学 化工学院，黑龙江 哈尔滨 150001) 摘 要：本文论述了自然环境中的 02对辐射固化高分子 材料 关于××同志的政审材料调查表环保先进个人材料国家普通话测试材料农民专业合作社注销四查四问剖析材料 辐射固化过程中的02抑制原理、02抑制 作用对辐射固化高分子材料性能的影响、解决 02抑制的各种途径和方法及辐射固化高分子材料今后的发 展趋势。 关键词：光固化；氧抑制；阳离子聚合；化学除氧 中图分类号：TQ430．7 7 文献标识码：A Study on influences of oxygen for photochemical solidificalion adhesive so[idifiealion WANG Zheng—ping (Chemical Engineering Institute，Harbin Engineering University，Harbin 150001，China) Abstract：In this paper．the inhibition principle and the influence of oxygen in the course of radiation solidification of maemmoleeule radiation~lidifie~ion material，which ale influenced by the oxygen that lies in the natural envimmnent are expheidy inu'odueed ．And various ways and methods that solved the oxygen inhibition are also discussed．At the sanle time，the prospect and development of maeromol~ule radiation．solidification ma terial are introduced ． Key words：photochemical solidification；suppressant oxygen；cationic polymerization；chemical deoxygenation 高分子光固化材料在自然环境中使用，由于氧 对其具有严重的光固化抑制作用，又称氧的阻聚作 用。几乎所有辐射固化材料中的辐射固化反应都会 受到空气中氧的影响。由于表层中氧的浓度最高， 氧的抑制作用常导致下层已固化，表层仍未固化而 发黏。实验证明，对胶粘剂涂层而言，在空气中固化 ltml厚的涂层所消耗的能量，要比固化涂层内(距表 面 5J姗)的 l／m1涂料多消耗 20倍的能量。氧的抑制 作用不仅延长了辐射固化的时间，而且可能损害固 收稿 日期 ：2004—06—10 作者简介：王正平 (1958一)，男，教授 ，1982年毕业于浙江大学 ，硕士 生导师 ，主要从事精细化学品的研究开发工作。 化后表层，诸如硬度、耐磨性、耐划伤性等重要性能。 此外，在空气中固化的涂层还会因此包含一些 被氧化的结构(比如过氧化氢、羰基等)，从而会损害 已固化的高聚物的长期稳定性。 在 UV和 EB两种辐射固化方式中，UV固化主 要凭借光引发剂的作用，尚能以增大 UV源的光强 或选用活性更高的光引发剂以产生足够多的自由 基，一部分用于清除氧，另外的大部分用以引发聚合 反应，这样氧的阻聚影响可以得到降低。但是在 EB 固化中，电子束直接与不含引发剂的体系作用，由于 分子激发和离子产生，继而生成少量自由基，使齐聚 物、单体或者它们的混合物发生聚合、接枝或交联反 应，最终导致三元网状结构的形成，从而使材料固 没。预计到2030年，中国人口将达到 16亿，以人均 粮食400kg计算，粮食的生产 目标应是 6．4亿 t。如 果粮食播种面积保持不变，粮食的单产需从 目前的 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 再提高 25％，可见继续使用化肥以获得农作物 高产还是在今后一段时间内必须施行的。但由于过 量施用氮肥而造成的环境污染也是有目共睹的。据 有关资料表明，农田径流带人地表水体的氮要占人 类活动排入水体的氮的 5l％，施用氮肥地区比不施 用氮肥区氮流失要高 3～lO倍。长期大量使用氮 肥，特别是铵肥会造成土壤酸化，破坏土壤团粒结 构，对土壤中的微生物的正常活动产生抑制或毒害 作用，甚至最终导致土地丧失农业耕种价值。而饮 水中硝酸盐超标给人类带来的危害更是巨大的，尤 其是对婴幼儿。因此，在施用化肥的同时，研究化肥 的有效利用率问题，具有重大的现实意义和深远的 历史意义。 参 考 文 献 [1] 褚天铎，等 ．化肥科学使用指南[Ⅲ ．北京：金盾出版社，1997． f2] 孙承斌 ．化学教育．2002，(5)：13． 维普资讯 http://www.cqvip.com