砷(arsenic，As)是自然界中分布广泛的有毒元素，也是当今世界首要控制的环境污染物之一。砷的甲基化主要是指在生物体内发生的无机砷转化为单甲基砷、二甲基砷和三甲基砷等衍生物的过程。该过程能够引起砷的形态、毒性和迁移性等变化，是砷元素生物地球化学循环的重要组成部分，也是目前极受关注的一种生物解毒机制。　　湿地、沉积物等厌氧环境是常见的砷污染汇聚地和砷污染再次释放的源泉。有研究报道砷的甲基化在厌氧条件下比好氧条件下更易发生，而厌氧微生物是厌氧环境中砷甲基化过程的主要驱动者。厌氧微生物的砷甲基化对于砷的生物地球化学循环有积极的促进作用，也为微生物修复砷污染提供了应用前景。目前砷的甲基化研究主要集中在好氧微生物，而对厌氧微生物的研究较少。因此，研究厌氧微生物的砷甲基化机制显得尤为重要。　　本论文以厌氧环境中普遍存在的厌氧微生物—硫酸盐还原细菌和产甲烷古菌为研究对象，初步研究了厌氧微生物的砷甲基转移酶的作用机制以及生化功能特性，旨在加深人们对厌氧微生物作用于砷的生物地球化学方面上的认识，为详细阐明厌氧微生物的砷甲基化机制奠定基础。论文的主要研究内容及结果如下:　　(1)硫酸盐还原细菌Clostridium sp.BXM中砷甲基转移酶的作用机制及其催化作用位点研究。Clostridium sp.BXM可以将无机砷甲基化为单甲基砷(monomethylarsenic，MMAs)和二甲基砷(dimethylarsenic，DMAs)衍生物。通过同源克隆的方法从该菌株中克隆了一个亚砷酸甲基转移酶(arseniteS-adenosyl-methionine methyltransferase，ArsM)基因CsarsM,该基因在对砷敏感的大肠杆菌中表达，不但提高了该大肠杆菌对无机三价砷(arsenite，iAs(Ⅲ))的抗性，而且使大肠杆菌获得了甲基化和挥发无机砷的能力。在合适条件下，表达CsarsM的大肠杆菌挥发砷量可达培养基总砷的1.4％。CsarsM基因编码的酶被纯化，在体外可将iAs(Ⅲ)甲基化为MMAs、DMAs和三甲基砷氧化物(trimethylarsine oxide，TMAsO)。氨基酸定点突变研究表明，CsArsM酶的三个半胱氨酸(cysteine，Cys)位点，即Cys65、Cys153和Cys203，在砷的甲基化过程中起关键作用。它们的任一缺失会导致酶甲基化iAs(Ⅲ)或者MMAs的能力丧失。此外，CsArsM酶的Cys29/30和Cys262分别被突变后，都造成酶活力的下降。　　(2)产甲烷古菌Methanosarcina acetivorans C2A中砷甲基转移酶的作用机制研究。M.acetivorans C2A能将无机砷甲基化为MMAs，但没有DMAs和气态砷生成。从该古菌中克隆了一个arsM同源基因MaarsM。与对照相比，表达MaarM基因的大肠杆菌在高达100μM的无机砷浓度下仍具有显著抗性。在合适条件下，表达MaarsM的大肠杆菌能将接近100％的无机砷甲基化，产物以DMAs为主;也能将培养基中约0.4％的无机砷转化为挥发砷。纯化的MaArsM酶在体外合适条件下能将体系中95％以上的iAs(Ⅲ)甲基化为MMAs、DMAs和TMAO。　　(3)古菌MaArsM酶的生化功能解析。氨基酸定点突变研究表明，古菌MaArsM酶有三个重要的半胱氨酸，即Cys62、Cys150和Cys200，在砷甲基化过程中起关键作用，其中Cys62的突变会大大降低酶甲基化As(Ⅲ)的活性，而Cys150或Cys200的突变造成酶甲基化砷的作用完全丧失。其他的半胱氨酸中，Cys31和Cys194分别突变后，可使酶活力升高，而Cys24/25或者Cys30的突变对酶的催化作用基本没有影响。在MaArsM酶的催化体系中添加适量亚硒酸钠(selenite，Se(Ⅳ))，对砷的甲基化有促进作用，而加入过量的Se(Ⅳ)，又表现抑制作用。其他金属离子Fe(Ⅱ)、Mn(Ⅱ)、Co(Ⅱ)和Zn(Ⅱ)对于MaArsM酶的催化反应没有明显影响。多种巯基类化合物可以作为MaArsM酶的辅因子，与谷胱甘肽相比，辅酶M和高半胱氨酸对甲基化的作用效率更高。不同浓度的底物、酶或者辅因子均会不同程度影响甲基化反应的效率。