化石燃料的使用导致空气中的CO2含量逐年升高,由此造成的温室效应对生态系统产生了非常不利的影响。碳酸酐酶可以催化CO2的水合反应,能够用于CO2的捕集和封存技术,从而减少空气中的CO2。目前,绝大部分商品化的碳酸酐酶主要来源于动物,存在稳定性差、活性低、易失活等问题,而微生物来源的碳酸酐酶的研究相对较少。本实验室前期从煤层水样品中分离到一株产碳酸酐酶的新菌Pannonibacter carbonis Q4.6T,本论文将对该微生物来源的碳酸酐酶的重组表达、产酶发酵条件优化、酶学性质分析、活性中心金属离子置换及定点突变改造等进行研究,为该酶的应用研究奠定基础。首先,利用基因工程技术构建了重组菌株E.coli BL21-p DE1-CA和E.coli BL21-p QE30-CA。通过诱导表达和SDS-PAGE电泳发现,碳酸酐酶在重组菌E.coli BL21-p DE1-CA中实现了可溶性表达,但在重组菌E.coli BL21-p QE30-CA中的表达量很低或无表达。其次,对重组菌E.coli BL21-p DE1-CA产碳酸酐酶的发酵工艺进行了优化,优化后的产酶条件为:碳源为酵母提取物,氮源为蛋白胨,诱导剂IPTG浓度为0.5 m M,诱导时长为8 h,诱导温度为25℃。利用亲和层析和凝胶过滤层析获得碳酸酐酶纯品,并对其酶学性质进行了表征。结果表明:重组碳酸酐酶的分子量约为100 k Da,由四个相同的亚基组成;类型为β型,最适p H和温度分别为6.0和55℃,在p H 6-11和60℃以下相对比较稳定;活性中心金属离子为Zn2+;在考察的金属离子中,除K+无影响外,其它金属离子均对该酶活性有促进作用,其中Fe2+的促进作用最强;阴离子中NO2-的抑制作用最强,几乎为完全抑制,其余阴离子的抑制作用在15%-80%之间;Km和Vmax分别为182.2μM/min·mg和560.9μM;重组碳酸酐酶可以加速CO2在Na2CO3溶液中的吸收,并对Ca CO3形貌有一定的影响。再次,采用透析法制备了脱辅基的碳酸酐酶（apo-CA）以及钴离子、镉离子和锰离子取代的碳酸酐酶,并对它们的性质进行了表征。结果表明,当碳酸酐酶活性中的Zn2+离子分别被Cd2+、Co2+和Mn2+取代后,酶的活性增加;等电点由6.48分别变为5.34、6.62和6.87;二级结构中α螺旋含量降低;色氨酸特征吸收峰的位置未发生改变,但峰的强度变小。最后,利用定点突变技术对Pannonibacter carbonis Q4.6T来源的碳酸酐酶进行了改造,获得了突变重组菌E.coli BL21-p DE1-CAA124C,并对纯化后的碳酸酐酶CAA124C的性质进行部分表征。结果表明,突变重组菌E.coli BL21-p DE1-CAA124C生产的碳酸酐酶既有不溶性的包涵体,又有可溶性的蛋白质;CAA124C的比酶活为5134.0 U/mg,是突变前的4.4倍;最适反应条件为p H 6.0和60℃,最适p H与突变前一致,但最适温度提高了5℃;在p H 3.0和p H 4.0处的稳定性获得了提高,酶在高温（70℃）下的稳定性也得到明显提升;以乙酸对硝基苯酯为底物时,突变后碳酸酐酶与底物的亲和力也获得提高。