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砷（As）是一种广泛分布于海洋、淡水和土壤环境中的有毒类金属。在自然环境中,砷有多种形态,不同形态的砷毒性不同。将砷从毒性较大形态转化到毒性较小的形态,是生物重要的解毒机制之一。作为海洋和淡水生态系统中的初级生产者,微藻对砷的吸收和解毒过程比较复杂,可能通过藻体表面吸附、亚砷酸盐(As（Ⅲ）的氧化、砷酸盐（As（V））的还原、As（Ⅲ）甲基化、有机砷化物的合成、外排等一系列过程共同作用,同时也受环境中磷酸盐的影响。已有研究表明,莱茵衣藻可将吸收的无机砷转化为不同形态砷,但其在细胞不同组分（水溶态、脂溶态、残渣态）中的分配情况还不清楚,且在不同As（V）处理下,莱茵衣藻相关基因对砷的富集和解毒影响尚未可知。因此,本文首先探讨了莱茵衣藻野生型（WT）和多个磷酸盐转运体基因突变体生长的差异,确认PHOX对磷酸盐的吸收影响最大;研究了缺失PHOX对莱茵衣藻As（V）富集和转化的影响;然后比较不同As（V）处理下,莱茵衣藻WT和缺失砷酸盐还原酶基因（ACR2.1、ACR2.2）、亚砷酸盐甲基化酶基因（arsM）和亚砷酸盐外排基因（arsB）的突变体对As（V）富集、砷的组分分配及形态转化的差异。主要研究结果如下:1.莱茵衣藻WT和磷酸盐转运体基因突变体对砷酸盐富集、分配和形态转化的差异设置不同磷营养条件,对莱茵衣藻WT和各磷酸盐转运体基因突变体进行7 d培养,明确主控磷酸盐进入细胞的转运体基因。在此基础上设置加砷处理,探索磷酸盐转运体基因的缺失对莱茵衣藻As（V）富集和转化及对磷吸收的影响。结果表明,在不同磷营养条件（3150、315、157.5、63、31.5 μg·L-1）下,WT均以对磷的吸收为主,其吸附量较少。随着磷浓度的降低,WT和各突变体对磷的富集和吸收均显著减少,说明莱茵衣藻对磷的累积与培养基中磷浓度的高低有密切关系,且不同突变体对磷的吸收量有明显差异。各磷营养条件下,ΔPHOX的磷吸收量均显著低于WT,最低减少了 41.49%,远大于其他突变体,说明PHOX在莱茵衣藻磷酸盐吸收过程中起主导作用,在低磷条件下更加显著。在315 μg.L-1磷营养条件下,对WT和ΔPHOX施加10 μg·L-1 As（V）处理,结果表明WT对砷的富集、吸收量高于ΔPHOX,而培养基中的砷含量刚好相反,说明PHOX可调控莱茵衣藻对As（V）的吸收。△PHOX和WT胞内均以脂溶态砷为主,水溶态其次,残渣态含量较少;ΔPHOX脂溶态砷含量及占比显著低于WT,而水溶态砷和残渣态砷的含量与WT相比无显著性差异。此外,与WT相比,PHOX的缺失促进了 As（V）的还原,影响了砷糖等化合物的生成,说明PHOX对莱茵衣藻砷形态的转化有重要影响。2.不同砷酸盐处理下莱茵衣藻WT和各砷代谢相关基因突变体对砷酸盐富集、分配和形态转化的差异设置不同浓度As（V）处理对莱茵衣藻WT和各砷代谢相关基因突变体进行7d培养,研究莱茵衣藻对As（V）富集、形态转化的变化规律。不同浓度As（V）处理下,WT和各突变体均以对砷的吸收为主,胞内脂溶态砷含量较多,水溶态和残渣态含量较少。WT水溶态中的砷形态以As（Ⅲ）为主,含有少量DMA和As（V）,同时检测出两种可能为砷糖的未知化合物。随着砷浓度的增加,脂溶态砷占总砷的比例先减少后增加,而水溶态砷所占比例先增加后减少,说明砷的解毒途径存在差异。在砷胁迫下,WT将As（V）还原为As（Ⅲ）,通过甲基化等过程转化为DMA和砷糖等形态外排;随着砷处理浓度的增加,除上述途径外,WT还通过减少As（V）吸收和生成更多的脂溶态砷等途径进行解毒。与WT相比,ΔACR2.1对砷的富集吸收量明显减少,而ΔACR2.2对砷的富集吸收量有所增加;不同浓度As（V）处理下,ΔACR2.1胞内水溶态砷含量较低,但各组分所占比例整体上无明显差异,而ΔACR2.2胞内砷的分配变化与WT表现类似。△ACR2.1和△ACR2.2对As（V）的还原能力虽同样有所降低,但随着As（V）浓度的增加,ΔACR2.1水溶态砷中As（Ⅲ）的占比明显减少,DMA和砷糖的占比明显增加,甲基化和外排程度加大,说明砷酸盐还原酶基因在调控As（V）的还原、分配及形态转化过程中起重要作用。与WT相比,ΔarsM在50-100 μg·L-1 As（V）处理下对砷的富集和吸收量明显增加;随着As（V）浓度的增加,缺失arsM导致莱茵衣藻对水溶态甲基砷化物合成减少,而促进了脂溶态复杂砷化物的生成。此外,在As（V）胁迫下,ΔarsM虽有DMA和砷糖等甲基砷化物的生成,但其含量有所减少且有未知砷化物的生成,说明arsM对砷甲基化有一定影响但并不是砷糖等复杂甲基砷化物合成的关键酶,即缺失此基因并未使莱茵衣藻完全丧失甲基化能力。与WT相比,△arsB对砷的积累有所减少;缺失arsB对莱茵衣藻不同砷组分的分配无较大影响。在As（V）胁迫下,△arsB以As（V）还原为As（Ⅲ）及外排为主要解毒机制,说明arsB并不是调控藻胞内As（Ⅲ）外排的关键性基因,胞内还存在其它的外排途径;而arsB的缺失仅在低砷处理下影响了莱茵衣藻甲基化能力,在高砷处理下无明显作用。综上,本研究阐明了磷酸盐转运体基因PHOX对莱茵衣藻As（V）吸收和转化的影响,系统探讨了不同As（V）条件下莱茵衣藻WT及各砷代谢相关基因突变体对As（V）吸收、分配和形态转化的差异,进一步揭示了微藻细胞中砷的代谢规律。