本文主要研究了水溶液中自由形态的重金属离子铜(Cu(Ⅱ))、铅(Pb(Ⅱ))、锌(Zn(Ⅱ))和镉(Cd(Ⅱ))对φX174RF超螺旋DNA三级结构—超螺旋构型的影响。依据它们对DNA的超螺旋结构的损伤程度，对其相对毒性，即破坏DNA超螺旋结构的能力，进行了评价。并采用X射线精细结构(XAFS)技术对铜-超螺旋DNA作用样品进行了研究。利用原子力显微镜(AFM)对超螺旋DNA以及铅作用后的DNA样品进行了研究。　　 在研究铜离子对超螺旋DNA结构的影响中，主要考察了铜离子的浓度和培养时间对DNA超螺旋结构的影响。实验结果表明在无任何外加氧化剂和还原剂的条件下，DNA的超螺旋构型会被损伤，且损伤程度，随铜离子浓度升高而上升；随作用时间的延长逐渐增强；呈一阶指数降方式衰减。铜离子浓度和时间与超螺旋DNA含量这三者之间的关系可以用半经验公式来描述：[SDNA]=[SDNA]0+A1exp[(-b)×time×Ln[Cu2+]]，其中，A和b为常数，t为时间。本文基于铜离子对DNA超螺旋结构损伤的剂量-效应关系，利用概率单位法，计算了50％的DNA的超螺旋构型(与对照相比)开环时的RC50值。4h，8h和12h的RC50值分别为5.20×10-3，5.02×10-4和1.01×10-4 mol/L。　　 在研究不同浓度的铅离子和培养时间对超螺旋DNA结构的影响实验中，发现DNA的超螺旋结构在铅浓度为5×10-4 mol/L以上，会被破坏。随时间的增加呈现指数降方式减少。在锌和镉与超螺旋DNA作用的试验体系中未检测到损伤作用。　　 利用X射线精细结构(XAFS)技术采集了铜与超螺旋DNA作用后样品的吸收图谱。结果表明，混合溶液中的铜离子的谱图与氯化铜溶液谱图比较一致，没有看到Cu+的特征吸收峰。这与目前普遍认为的金属离子引发DNA损伤的Fenton反应机理有矛盾，因此需要进一步研究。　　 在利用原子力显微镜观察了DNA的结构研究中，观察到超螺旋DNA是一种具绞线结构，在超螺旋链中有一些不规则的环状结构。超螺旋DNA水浴后形貌会发生很大变化，从具绞线结构转变为带有节点的树枝状和线状结构。经过铅处理的DNA分子则是不规则的球形结构，直径变化波动很大。利用DNA的超螺旋结构的变化有可能发展为一种衡量污染物的相对毒性的简便方式。