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由于尺度方面的特点,纳米材料具有独特的理化性质,被广泛运用于各行业,大规模的生产和使用纳米材料,使其不可避免的进入环境中,并发生复杂的环境行为和生态效应,给生态环境带来难以预料的影响。本文以纳米氧化铜(nano-Cu O)为研究对象,以水稻作为供试作物品种,以微米氧化铜(micron-Cu O)和对应浓度的铜离子(Cu2+)为对照通过水培实验研究了水稻对nano-Cu O的吸收累积和迁移特征,以及根系毒性效应。主要研究结果如下表明:(1)10、100mg/L nano-Cu O在1/4霍格兰营养液中可分别溶出1.4或2.3mg/L Cu2+。通过在营养液中添加各污染物处理后,水稻体内Cu的含量总体呈现nano-Cu O处理>micon-Cu O处理>Cu2+处理,根部>地上部的特征,水稻根部(351~1444mg/kg,干重)及地上部铜含量(9~45mg/kg,干重)总体高于micron-Cu O处理(根248~817mg/kg,干重;地上部1.57~1.60mg/kg,干重)及Cu2+处理(根147~220mg/kg,干重;地上部14~26mg/kg,干重),透射电镜和能谱分析结果显示在水稻幼苗根及叶片中观察到nano-Cu O的存在,指示水稻可通过纳米颗粒的形式吸收、转运nano-Cu O。(2)Nano-Cu O在根细胞中主要储存于细胞壁中,在细胞壁中的含量为121-945mg/kg,是同浓度微米处理的1.7-2.2倍,是对应Cu2+处理的2.1-9.5倍,且细胞壁中Cu的含量随着nano-Cu O的升高而增加。进入地上部分的nano-Cu O,Cu含量总体呈现细胞质>细胞壁>细胞器的特征,细胞质中Cu的含量为6.7-31mg/kg,含量所占比率为68%-72%,是同浓度微米处理的11-28倍,是对应Cu2+处理的7-24倍。.(3)就化学形态而言,nano-Cu O处理下,在水稻根部主要以易溶解且较活跃的去离子水提取态和乙醇提取态为主,含量分别为53-619mg/kg和91-257mg/kg,空白和micron-Cu O处理主要以难溶解和较稳定的Na Cl和HCl提取态为主。进入地上部分后,Nano-Cu O主要易溶解且较活跃的乙醇态存在,含量为16-37mg/kg,所占比率为45%-52%,这部分含量是micron-Cu O处理的3-14倍,指示nano-Cu O有向可食部分迁移的风险。(4)在Ca2+通道抑制剂(La Cl、K+通道抑制剂(TEA)、内吞抑制剂(Na N、能量代谢抑制剂(DNP)作用下,首先抑制了水稻根系对nano-Cu O的吸附,抑制作用大小为:La Cl3>TEA>Na N3>DNP,其中以Ca2+通道抑制剂作用最强,对nano-Cu O吸附的抑制率为61%-92%,其次对Cu2+处理下的抑制率也达到了57%-81%。对水稻吸收累积nano-Cu O而言,通道抑制剂作用对根部抑制率大小顺序为:La Cl3>Na N3>DNP>TEA,对地上部分抑制率大小顺序为:La Cl3>Na N3>TEA>DNP。其中内吞抑制剂和Ca2+通道抑制剂对吸收nano-Cu O抑制率较为显著,指示水稻吸收nano-Cu O,一方面通过内吞通道以原形的形式进入植物体内,另一方面通过Ca2+通道以溶出Cu2+的形式进入植物体内。(5)Nano-Cu O对总根长、根尖数、根尖分叉数、根体积、根表面积有较强的毒性作用,总体呈现nano-Cu O处理>micron-Cu O处理>Cu2+处理的特征,且随着浓度升高,抑制作用越大。对各根系形态指标的抑制率为28%~74%,Nano-Cu O对根直径和根比表面积却有促进作用,这是因为植物的应激反应和根体积下降速率较快所致。总根长、根体积和比表面积为最敏感指标,相关性分析显示,nano-Cu O的吸收累积及纳米效应是其水稻根系毒性的主要原因。低浓度nano-Cu O(10mg/L)胁迫时,水稻幼苗根系活力显著提高,总吸收面积和活跃吸收面积无显著差异;高浓度nano-Cu O(100mg/L)胁迫时,水稻幼苗根系活力和总吸收面积显著降低。