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砷是自然界中广泛存在的有毒类金属，微生物在砷的生物地球化学循环中起着举足轻重的作用。为了进一步探究微生物对砷的抗性及转化机制，本论文选取三种水生或土壤微生物，分析砷在这些微生物体内的转化途径，克隆并鉴定其中参与砷转化的关键基因，表征相关蛋白在体内/体外的活性，阐述蛋白结构与功能之间的关系。本文的主要结果如下: (1)对淡水微生物集胞藻(Synechocystis sp.PCC6803)细胞质砷还原酶（SynArsC）及其与磷酸根(PO43-)形成的复合物进行结晶，并分别获得了分辨率1.37(A)（原始SynArsC）和1.55(A)(SynArsC-PO43-)的晶体结构。SynArsC整体结构与依赖于硫氧还蛋白(Trx)的细胞质砷还原酶相似，其中首个保守半胱氨酸(Cys8)位于P-loop区域。然而，SynArsC中其余活性氨基酸残基则处于独特的空间结构，即后两个保守半胱氨酸（Cys80和Cys82）处于柔性loop区，保守天冬氨酸(Asp103)处于非柔性区域。此外，作为砷酸根[As(Ⅴ)]类似物的PO43-结合于SynArsC的P-loop区，且使得P-loop发生ψ-ψ构象翻转。 (2)对淡水微生物念珠藻(Nostoc sp.PCC7120)转化单甲基亚砷酸[MAs(Ⅲ)]和单甲基砷酸[MAs(Ⅴ)]的过程进行分析。结果表明，念珠藻不仅可快速将MAs(Ⅲ)去甲基化为三价砷As(Ⅲ);还可将MAs(Ⅴ)缓慢还原为MAs(Ⅲ)，并随后降解为As(Ⅲ)。为进一步阐述念珠藻对甲基砷转化的分子机理，本文对编码念珠藻MAs(Ⅲ)去甲基化酶(NsArsI)的基因进行克隆并异源表达于砷敏感的大肠杆菌AW3110(△arsRBC)中。NsarsI的表达显示出对MAs(Ⅲ)的抗性。纯化的NsArsI蛋白具有依赖于二价铁(Fe2+)的碳砷(C-As)键裂解酶活性，能够在体外去甲基化MAs(Ⅲ)为As(Ⅲ)。 (3)继续针对在念珠藻中砷甲基化与去甲基化共存的机制进行探讨。首先将来自于念珠藻的As(Ⅲ)甲基化酶(NsArsM)和MAs(Ⅲ)去甲基化酶(NsArsI)共表达/单表达于砷敏感的大肠杆菌AW3110(△arsRBC)中，发现细胞同时具有As(Ⅲ)和MAs(Ⅲ)抗性，但其砷甲基化与去甲基化均因底物竞争而相互抑制。此外，对NsArsM和NsArsI在念珠藻中的调控机制进行分析。NsarsM为组成型基因，主要在砷处于较低浓度时产生MAs(Ⅲ)作为原始抗生素。而NsarsI可受高浓度砷诱导，触发MAs(Ⅲ)去甲基化过程，保护自身细胞不受过高浓度MAs(Ⅲ)的毒害。 (4)考察土壤微生物苜蓿中华根瘤菌(Sinorhizobium meliloti Rm1021)对甲基砷[单甲基砷，MAs(Ⅴ)]和含苯环砷化合物[4-氨基苯砷酸，pAsA(Ⅴ);4-硝基苯砷酸，Nit(Ⅴ);3-硝基-4-羟基苯砷酸，Rox(Ⅴ)]的转化途径。结果表明，苜蓿中华根瘤菌可将五价有机砷[MAs(Ⅴ)和pAsA(Ⅴ)]还原成对应的三价砷形态[MAs(Ⅲ)和pAsA(Ⅲ)]。苜蓿中华根瘤菌还可首先将Nit(Ⅴ)和Rox(Ⅴ)的硝基基团还原为氨基基团，分别生成pAsA(Ⅴ)和3-氨基-4-羟基苯砷酸[HAPA(Ⅴ)];并再次将pAsA(Ⅴ)和HAPA(Ⅴ)的五价砷基团还原，分别生成pAsA(Ⅲ)和HAPA(Ⅲ)。此外，将苜蓿中华根瘤菌和含arsI基因的链霉菌(Streptomyces sp.MD1)进行共培养，可将五价有机砷[MAs(Ⅴ)、PAsA(Ⅴ)、Nit(Ⅴ)和Rox(Ⅴ)]均降解为As(Ⅲ)。