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稀土有着特殊的生物效应和优良的理化性质,因此,稀土及其化合物被大量应用于农业、林业、钢铁、能源、医药等领域。由此导致稀土元素不可避免的进入环境和生态系统,进而影响食品安全和人体健康。但遗憾的是,稀土对生命体的环境生态作用及其机理,尚未有符合国际标准的评价。当然这与稀土元素复杂的生物学效应有关,稀土元素La(Ⅲ)具有与钙类似的化学性质,被称为“超级钙”。钙是植物生长发育必需的一种营养元素,稀土离子的多种生化效应与钙具有相似性。但是,迄今为止,La(Ⅲ)是“超级钙”这一说法,尚未得到证实。研究显示,稀土生物学效应具有双重性,既可促进又可抑制植物生长,表现为“低促高抑(hormesis effect)"现象,但稀土的促进和抑制机理仍不清楚。因此,稀土元素与钙关系的研究,仍是稀土生物无机化学中具有争议的热点问题,或可成为认识稀土元素生物学作用的突破口。鉴此,本论文运用倒置荧光显微镜、电导仪、BAS100B电化学工作站、流式细胞仪、激光共聚焦显微镜、聚丙烯酰胺凝胶电泳、圆二色谱、紫外光谱、荧光光谱,结合分子动力学计算机模拟(Discovery Studio, Version2.1, Accelrys Inc.:San Diego, CA,2008)与量子化学计算等手段,研究稀土La(Ⅲ)对辣根细胞膜钙离子交换能力的影响,旨在进一步揭示稀土作用于植物的化学过程和机理,为稀土生物学效应理论,提供新的依据。主要研究结果如下：1)低浓度La(Ⅲ)对辣根细胞增殖有促进作用,质膜透性下降；高浓度La(Ⅲ)对辣根细胞增殖和分化有抑制作用,质膜透性增大。2)首次探讨了一种检测植物细胞表面钙离子的新方法。构建了一种连续La(Ⅲ)浓度处理下,植物活细胞膜表面Ca2+交换能力检测的方法。利用该方法检测La(Ⅲ)作用下辣根细胞表面Ca2+浓度的变化发现,低浓度La(Ⅲ)导致细胞表面Ca2+浓度下降,促使Ca2+进入细胞内部。随着La(Ⅲ)浓度升高,Ca2+内流量变小。结合量子化学计算的数据可知,高浓度La(Ⅲ)可与Ca2+通道蛋白形成La(Ⅲ)-Ca2+通道蛋白复合物,损伤Ca2+通道,抑制细胞生长发育；3)低浓度La(Ⅲ)作用后,辣根细胞内游离钙离子浓度增加；高浓度La(Ⅲ)作用后,辣根细胞内游离钙离子浓度下降。4)在模拟生理溶液中,钙调蛋白(CaM)活性随La(Ⅲ)浓度的升高呈现低促高抑的"hormesis effect"现象。La(Ⅲ)可与CaM发生键合作用,形成La(Ⅲ)-CaM的复合物,进而影响钙调蛋白的结构和功能。以上研究结果表明,稀土La(Ⅲ)可通过多种方式影响植物细胞膜钙离子交换能力,继而影响细胞生长,以此成为稀土宏观生物学作用的微观细胞学机理之一。