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汞是一种高毒性的、生物体内非必需的化学物质,因其强烈的神经毒性使诸多国际组织将其列为“优先控制污染物”。近年来,全球大气汞排放持高,土壤汞污染问题屡见不鲜。最新汞排放评估报告表明,过去一个世纪人为汞排放造成全球大气汞浓度升高300%500%。2010年亚洲大气汞排放量占该年全球总排放量的近50%,且以东亚和东南亚为主,而排放入大气的汞最终通过干湿沉降进入土壤,造成土壤污染。甲基汞作为毒性最强的汞化合物,其生物积累和生物放大效应对人体健康构成潜在威胁。研究证实,水稻田由于较长时间处于淹水状态,其土壤是重要的甲基汞产生场所,稻米摄食也成为汞污染地区居民甲基汞暴露的主要途径。因此,稻米作为我国和东南亚地区的主要粮食作物,其甲基汞污染的安全问题需要重视。根系是植株摄取、运输和贮存营养物质的主要营养器官,也是土壤污染物进入植物的重要途径。根系的生长发育、形态建成和生态化学计量特征影响植物对水分和养分的吸收,同时也调控着重金属、有机物等污染物质的吸收和运输。植物的根系结构和生态化学计量特征主要受品种和环境条件的影响。因此,本文选取水稻为实验材料,基于室内模拟实验,在水培条件下通过调节植株生长环境（根区磷、硫水平,环境CO2浓度）,诱导水稻幼苗根系结构及生态化学计量特征发生变化,对不同基因型及不同环境预处理水稻进行甲基汞暴露实验。通过研究水稻根系差异,分析基因型和环境条件对水稻吸收、转运甲基汞能力的影响,揭示根系在水稻吸收甲基汞中的调控作用,为调控水稻吸收污染物提供新的视角。主要研究结果如下:1.实验选取两种不同基因型水稻,籼稻二优与粳稻屉优,两者根系差异显著,籼稻二优根系发达,其总根长、根表面积、根系平均直径、根体积均显著高于粳稻屉优（P<0.05）。在同等甲基汞胁迫条件下,粳稻屉优对甲基汞的吸收、转运均显著低于籼稻二优（P<0.05）,且屉优根系对甲基汞的耐性更高。2.根区磷、硫水平影响水稻根系特性,主要表现为缺磷、富磷、富硫处理下根系生物量显著增加、根孔隙度显著降低（P<0.05）,其中缺磷、富硫处理总根长、根表面积、根系平均直径、根体积、根尖数均有明显增大趋势,根部硫浓度降低,而富硫处理下水稻根系增粗明显。缺磷、富磷处理抑制根系对甲基汞的吸收,富硫处理下则吸收增多,三种处理对甲基汞的转运能力均有促进作用。水稻根部甲基汞总量与根系平均直径呈极显著正相关（R=0.6635,P<0.01）,且两者呈二次函数关系;水稻甲基汞转运系数与根孔隙度呈极显著负相关（R=-0.7435,P<0.01）;地上部/根部甲基汞含量与对应部位硫含量呈显著正相关（R=0.4840,P<0.05;R=0.5296,P<0.05）;根部碳氮比与地上部甲基汞含量呈极显著负相关（R=-0.5774,P<0.01）。3.环境CO2浓度升高后,水稻幼苗总根长、根表面积、根体积显著增大（P<0.05）,根系生物量、根孔隙度有升高趋势。相同处理下二优地上部甲基汞含量显著高于屉优（P<0.05）。二优根部甲基汞含量随CO2浓度升高条件下先降低后升高,地上部甲基汞含量较为稳定,转运能力表现为先升高后降低;屉优根部甲基汞含量随CO2浓度升高而增大,甲基汞转运能力则表现为降低。水稻地上部甲基汞总量与根表面积、根体积呈极显著正相关（R=0.8039,P<0.01;R=0.8399,P<0.01）,且均呈二次函数关系。甲基汞转运系数与地上部碳氮比呈极显著负相关（R=-0.7668,P<0.01）,与根部硫含量呈显著正相关（R=0.5728,P<0.05）。4.通过比较不同根区磷浓度预处理水稻离体根甲基汞吸收的动力学特征,发现根系结构对水稻的甲基汞吸收动力学过程存在影响。缺磷和富磷处理促进水稻根系生长,但根部、地上部硫含量均有降低趋势,其动力学特征与正常磷处理的对照相比表现为亲和力升高、吸收潜力减小。以上结果证实,水稻根系形态、生态化学计量特征受基因型、环境条件的影响,且根系对甲基汞吸收、转运有一定调控作用,研究结果为汞污染地区水稻品种选育及保障稻米粮食安全提供了科学依据。