砷是一种重要的环境污染物,砷对生物体的毒性与其浓度和形态密切相关。水环境中砷主要以无机砷存在,无机砷可被一些微生物吸收后转化为有机砷,但这些有机砷在另一些微生物的作用下也可能重新被降解成无机砷。因此,水生环境中的微生物,如浮游生物与细菌,对水环境中砷的形态及分布有重要的影响并在砷的生物地球化学循环中起重要作用。本文以螺旋藻为研究对象,在对其砷耐受和生物转化研究的基础上,进一步将螺旋藻中与砷代谢相关的关键基因克隆、表达和纯化,并对其体内外功能进行探究,揭示螺旋藻砷转化的分子机制,为其在砷污染环境修复中的应用提供理论基础。主要结果如下:1、市场上药用螺旋藻营养品主要的砷形态为亚砷酸盐[As（Ⅲ）]与砷酸盐[As（Ⅴ）],两个品牌（云南白药与修正药业）的螺旋藻中还含有少量的未知砷形态。实验室纯培养的螺旋藻对As（Ⅲ）的耐受实验表明:螺旋藻处于生长停滞期的时间约为8天,之后呈现对数增长;螺旋藻在10 μM及100μM As（Ⅲ）暴露下生长并未受到抑制,可耐受高达500μM的As（Ⅲ）。不同浓度As（Ⅲ）或As（Ⅴ）处理螺旋藻15天后,螺旋藻体内发现有不同程度的砷积累,砷积累最高浓度分别为4.14 mg kg-1和4.31 mg kg-1。无论螺旋藻暴露于何种无机砷形态的培养基中,细胞内主要砷形态均为As（Ⅴ）,另有0.62-38.65%二甲基砷[DMA（Ⅴ）]和0.32-7.74%单甲基砷[MMA（Ⅴ）],表明螺旋藻具有甲基化无机砷的能力。螺旋藻暴露于0.1-100μM浓度梯度的As（Ⅲ）或As（Ⅴ）培养基中,都能甲基化无机砷,低浓度处理组中甲基砷百分比高于高浓度处理组。螺旋藻砷甲基化实验表明,细胞内甲基砷百分比呈现先增加后降低趋势。此外,As（Ⅲ）处理组甲基砷百分比始终高于As（Ⅴ）处理组。2、对螺旋藻中砷甲基转移酶基因（SparsM）进行克隆,并表达于大肠杆菌中。多序列比对结果分析显示,SpArsM与已报道的ArsM蛋白相似性低,最高仅为39%。异源表达SparsM的大肠杆菌能够耐受一定浓度的As（Ⅲ）,并具有As（Ⅲ）甲基化功能,能够将As（Ⅲ）甲基化为DMA（Ⅴ）。体外实验分析显示,纯化的SpArsM蛋白在pH为2.5、7.5及9.5时表现出As（Ⅲ）甲基化活性,且在pH为7.5,温度为37℃时甲基化活性最高。体外反应中,随着As（Ⅲ）浓度的降低,DMA（Ⅴ）浓度出现升高,并且仅0.5 h后便可在反应液中检测到DMA（Ⅴ）及少量的MMA（Ⅴ）。C端截短34个氨基酸的SpArsM34蛋白同样能够甲基化As（Ⅲ）。对SpArsM氨基酸序列中三个保守半胱氨酸（Cys59,Cys186和Cys238）进行点突变,结果显示任何一个半胱氨酸的突变都将显著影响其砷甲基化能力,这表明三个保守的半胱氨酸在催化As（Ⅲ）甲基化中起重要的作用。砷甲基化是螺旋藻实现自身解毒的一条重要途径,本研究进一步深化了对水生环境中微生物砷转化的认识,并为生物砷修复提供了一定的理论基础。