摘要
砷（Arsenic，As）是一种剧毒的类金属元素且在环境中分布广泛，三价无机砷[As(III)]和三价单甲基砷[MAs(III)]的毒性都明显强于其氧化产物。锑（Antimony，Sb）是一种与砷化学性质相似的金属元素，三价锑[Sb(III)]的生物毒性也强于五价锑[Sb(V)]，因此砷和锑的氧化是重要的生物解毒机制。微生物在砷和锑的生物地球化学循环及生物解毒过程中起到关键的作用。本研究采用厌氧滚管技术从广西壮族自治区河池市砷污染水稻土壤中分离筛选出一株兼性厌氧的砷抗性菌Pseudaminobacter sp. HC19，经鉴定该菌株属于α-变形菌纲假氨基杆菌属。本研究以该菌株作为研究对象，通过生理生化实验、基因同源性分析、异源表达和体外酶活实验，探究了菌株HC19对砷、锑的抗性和氧化特性，并鉴定了其体内MAs(III)氧化酶基因 arsV 的作用机制和功能特性。主要研究结论如下： 1. 菌株Pseudaminobacter sp. HC19对As(III)、MAs(III)和Sb(III)都具有较高抗性，As(III)、MAs(III)和Sb(III)对菌株HC19的半抑制浓度分别为627μM、3.4μM和146μM。该菌株具有As(III)、MAs(III)和Sb(III)的氧化能力。 2. 通过对菌株HC19的基因组分析发现，Pseudaminobacter sp. HC19体内存在多个砷抗性基因簇，其中一个砷抗性基因簇（arsR-arsV-MFS）包括一个新型MAs(III)氧化酶基因arsV和一个未知功能的转录蛋白MFS基因等。通过转录分析发现：arsR-arsV-MFS 基因簇中的三个基因均受到 As(III)、MAs(III)和 Sb(III)的诱导表达。 3. 通过异源表达 arsV 基因发现：菌株 Pseudaminobacter sp. HC19 体内的arsV基因能够赋予砷敏感大肠杆菌AW3110对As(III)、MAs(III)和Sb(III)的抗性，同时表达arsV和MFS基因能够赋予大肠杆菌AW3110对MAs(III)更高的抗性。而单独表达MFS基因不能赋予大肠杆菌AW3110对As(III)、MAs(III)和Sb(III)的抗性。除此以外，异源表达arsV基因的大肠杆菌AW3110具有MAs(III)和Sb(III)的氧化能力而不具有As(III)氧化能力。随后，本实验提取并纯化ArsV蛋白并进行体外酶活实验，结果证明ArsV可催化MAs(III)和Sb(III)的氧化。 综上所述，菌株HC19响应MAs(III)的解毒机制表现为：当MAs(III)进入菌株Pseudaminobacter sp. HC19体内时，arsV基因编码的氧化酶ArsV将其氧化为MAs(V)，MAs(V)通过转运蛋白排出胞外。同时，当 Sb(III)进入 HC19 细胞时，ArsV将Sb(III)氧化为低毒的Sb(V)，Sb(V)通过转运蛋白排出体外。本文验证了MAs(III)氧化酶基因arsV对MAs(III)的转化机制，并探究了其对Sb(III)的氧化机制，拓宽了人们对微生物Sb(III)氧化机制研究的视野，为后续微生物的重金属转化机制研究奠定基础。
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