水稻是我国乃至亚洲地区重要的粮食作物之一,因为其淹水种植方式以及其独特的生理特性,水稻较其它作物更容易吸收砷(As),稻米中As污染问题引起人们广泛关注。因此研究如何降低稻米中As含量对于As污染的农田水稻安全生产具有十分重要的意义。近年来氧化锌纳米颗粒(ZnO NPs)在农业相关领域得到广泛应用,已有研究表明ZnO NPs对As具有吸附能力,ZnO NPs应用能有效缓解重金属对植物的毒害作用,可以提高植物中的Zn含量。本文通过种子萌发试验、营养液培养试验、土壤盆栽试验,系统的研究了施用ZnO NPs对水稻生长、生理代谢以及水稻对As和Zn吸收积累的影响,探讨外源添加ZnO NPs对水稻As和Zn吸收的影响以及缓解水稻As毒害机理,旨在降低水稻籽粒As含量,为As污染地区水稻安全生产提供参考和科学依据。主要研究结果如下:(1)采用种子萌发试验研究了ZnO NPs在缓解水稻种子萌发中As的胁迫作用。在培养皿中用不同浓度的ZnO NPs(10、20、50、100和200 mg/L)和As(0和2 mg/L)对水稻种子进行处理12d。在2 mg/L As处理下,通过发芽率、幼苗长度、幼苗干重、叶绿素含量、超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)和丙二醛(MDA)含量等一系列指标来进行研究。结果表明,2 mg/L As处理下,添加10-100 mg/L ZnO NPs后发芽率提高了2.3%-8.9%,地上部重量增加了18.2%-42.4%,根重增加了5.2%-23.9%,同时叶绿素含量也升高3.5%-40.1%。SOD、CAT活性分别提高了2.2%-22.8%、7.2%-60.7%,并降低了MDA的含量(17.5%-30.8%)。此外,添加浓度为10-200 mg/L的ZnO NPs可显著降低根(8.4%-72.3%)和叶片(10.2%-56.6%)中As的浓度,并且增加水稻中的Zn浓度。总体而言,10-100 mg/L ZnO NPs处理效果最佳,而200mg/L ZnO NPs处理对As胁迫下水稻种子萌发无显著影响。(2)种子萌发试验表明200 mg/L的ZnO NPs处理下对水稻幼苗长度、叶绿素以及抗氧化酶无显著影响,所以营养液培养试验里ZnO NPs浓度选择10-100 mg/L。用不同水平的ZnO NPs和As处理水稻幼苗7d。结果表明2 mg/L的As处理水稻表现为胁迫状态,幼苗干重、叶绿素和水稻叶片的抗氧化酶活性证明了这一点,添加ZnO NPs可以促进As胁迫下水稻幼苗的生长和光合作用。与对照相比,叶片和根中的As浓度最多分别降低了40.7%和31.6%。另外,在不同处理条件下,As(III)是根(98.5%-99.5%)和叶片(95.0%-99.6%)的主要形态。通过添加ZnO NPs,根系中植物螯合素(PC)含量上调会诱导更多的As(III)与PC络合并降低了As(III)的迁移性。结果证实,ZnO NPs可以促进植物生长并减少水稻叶片中As的积累。(3)根据种子萌发试验和营养液培养试验结果,采用As污染土壤进行水稻土壤盆栽试验,研究不同浓度ZnO NPs的添加对水稻As吸收的影响及其在土壤中赋存As形态的影响。结果表明,与对照相比,ZnO NPs处理可以提高As胁迫下幼苗期水稻生物量和叶绿素含量,而对成熟期水稻叶片根系影响不大,低浓度ZnO NPs(10 mg/kg和20 mg/kg)对籽粒的产量无明显影响,而高浓度的ZnO NPs(50 mg/kg和100 mg/kg)施用使得籽粒产量下降了11.18%-12.19%。另一方面,高浓度的ZnO NPs(100 mg/kg)可显著降低水稻根系As吸收以及水稻籽粒中的As富集,但对籽粒中Zn含量无明显提高。通过土壤形态分析,发现ZnO NPs的添加会降低土壤氧化还原电位(Eh),在土壤矿物和土壤微生物的作用下,会形成硫化砷沉淀,使得有效态砷百分比含量下降,增加了残渣态砷百分比含量从而使得水稻对As的积累减少。这项研究的结果将使我们进一步了解纳米颗粒对农业土壤中As环境行为的影响。