随着以镧系元素为主的稀土元素在各方面应用的不断拓展，稀土元素正在广泛进入环境，其生物安全性和与之相关的生态毒理研究亦日益受到人们关注。本研究以斑马鱼、拟南芥和水稻等模式生物为材料，应用生态毒理学和分子生物学方法，开展了代表性镧系元素(La、Ce、Gd和Ho)的毒性效应研究，并对作用机理进行了探索，获得了以下主要结果:　　1)测定了镧系元素对多种模式生物的毒性效应:镧系元素(La、Ce、Gd和Ho)对大型蚤、斑马鱼、蛋白小球藻和斜生栅藻的72h-LC50/EC50分别为44.74～72.26、140.56～170.73、236.67～380.33和435.33～650.33μmol/L;镧系元素胁迫对拟南芥和水稻幼苗根部毒性明显，且呈量效关系;轻镧系元素(La和Ce)的生物毒性略小于重镧系元素(Gd和Ho)，仍属于同一数量级;镧系元素混合溶液的生物毒性呈简单相加作用。　　2)分析了水体环境条件对镧系元素(La、Ce、Gd和Ho)生物毒性和生物蓄积性的影响:水体pH、Ca2+Mg2+和HCO3-显著影响镧系元素的生物毒性，三者与毒性值的自然对数呈正相关，其斜率分别为0.912，0.412，1.235;水体pH值的降低或HCO3-的减少能够有效增加La3+的生物有效性，从而显著增强La3+的生物毒性;水体pH的降低可以影响镧系元素沉淀颗粒的稳定性，使其呈可溶态，从而显著提高镧系元素的生物毒性。　　3)测定了镧系元素(La和Gd)对水稻和斑马鱼部分生理指标的影响:镧系元素La和Gd暴露，其主要富集于水稻根和斑马鱼肝脏;对其胁迫响应敏感性:对水稻而言，可溶性蛋白＞叶绿素，根＞地上部分，对斑马鱼肝脏而言，则CYP450＞SOD＞AChE，且相应基因在转录水平便受到影响。　　4)分析了镧系元素（La、Ce和Gd）诱导的生物体DNA损伤和DAN甲基化的变化（DNA水平）:3种镧系元素(1mmol/L)在体外可与双链DNA中的磷酸二酯键作用，导致DNA的断裂，影响DNA的复制，导致碱基发生置换突变。RAPD-PCR分析中，镧系元素胁迫能够诱导斑马鱼肝脏DNA损伤，引物P3、P5、P7、P11分别扩增出35、28、5和19个与镧胁迫相关的多态性位点;相同浓度的La、Ce和Gd(100μmol/L)胁迫下，水稻基因组RAPD图谱中产生了34条特异性条带，其中有19条是3种元素共有，测序分析发现这些条带与金属蛋白酶、过氧化物还原酶、免疫应答基因、热休克蛋白等基因具有较高的同源性。MSAP-PCR分析中，镧系元素(La)可以诱导斑马鱼肝脏基因组甲基化水平的变化:8.93％(CK)、9.12％(0.5μmol/L)、9.56％(1.0μmol/L)、28.83％（2.0μmol/L）、25.26％（4.0μmol/L）;低浓度镧系元素胁迫下，斑马鱼肝脏基因组甲基化(D)型显著增加，而高浓度处理下，甲基化(M)型显著增加，DNA甲基化多态性随胁迫浓度的增大而变大;测序分析发现，这些多态性条带与细胞周期、氧化应激和细胞凋亡和DNA损伤修复等基因同源性很高。与RAPD标记相比，DNA甲基化（表观遗传）标记对镧系元素的胁迫响应具有高敏感性和高特异性，可作为诊断镧系元素毒性的一种新型生物标记技术。　　5)获得了镧系元素(La、Ce和Gd)胁迫下斑马鱼肝脏的基因差异表达谱（RNA水平）:0.5μmol/L镧系元素21d暴露引起斑马鱼肝脏约218个基因的差异表达，证明了低剂量镧系元素具有遗传毒性效应;聚类分析结果显示，差异表达基因主要集中在应激反应、细胞周期、细胞凋亡、免疫反应等方面;通路分析结果显示，涉及细胞周期、氧化还原作用、免疫应答、细胞色素P450等通路的差异表达基因较多;筛选了十个显著差异表达的基因进行Real-time PCR（CYP1A、ifngl-2、GADD45AL、CDKB2;1、CCNG2、F5、ABP1B、IRF2BP1、PDK2、Melk),结果显示大部分基因的变化趋势与表达谱基因芯片结果大体一致;从表达谱芯片和Real-time PCR结果对比来看，3种镧系元素尽管在差异基因表达量上有区别，但总体变化趋势是相似的。　　这些研究结果丰富了对镧系元素毒性机理的认识，为评价其环境、生态及健康风险等提供了理论依据。