水稻是我国乃至亚洲的主要粮食作物之一。世界上90％的水稻产自亚洲，而在亚洲一些国家(如孟加拉国、中国(包括台湾)、泰国等)的稻米主要生产区，土壤和地下水已遭受到较为严重的砷污染。土壤中的砷可以通过秸秆和稻米经食物链进入人体，直接或间接危害着人体健康。近年来，针对水稻吸收及转运砷的问题国内外已有一些报道，然而，这些研究都忽略了一个重要环节—水稻特殊的根际环境效应。而水稻根表自然形成的铁氧化物膜(铁膜)作为根际不可分割的一部分，以及砷等污染物进入根系的门户，对砷的迁移、吸收和在组织中的累积有何作用及作用程度如何?目前国内外有关的研究尚少，这也正是本论文主要研究的问题。 本研究采用不同的培养系统研究了水稻根表形成的铁膜对砷吸收和转运的作用机制。 (1)根表铁、锰氧化物膜对水稻吸收和转运砷的影响 在诱导铁、锰膜12小时后，水稻根表出现了明显的红棕色铁膜，但锰膜形成的数量相对较少。当营养液中供应的砷为五价砷(As(Ⅴ))时，铁膜上砷的富集量远高于对照和锰膜处理，并且也明显高于三价砷(As(Ⅲ))处理。这说明铁膜对As(Ⅴ)的亲和力高于对As(Ⅲ)的亲和能力。供应As(Ⅲ)时，大部分砷(55％)累积在水稻根中；供应As(Ⅴ)时，大部分砷(60％)富集在根表铁膜中。对锰膜处理和对照而言，无论供应的砷为何种形态，大部分砷(62％-69％)均累积在根中。 (2)根表铁膜的数量与基因型对水稻吸收和转运砷的影响 对于三个基因型(两个亲本和一个后代)而言，形成铁膜的能力是不同的。根表沉积的铁膜数量和砷在膜上的富集浓度之间存在极显著的正相关关系。大约75-89％的砷与铁膜共同包裹在根表。地上部砷浓度存在显著的基因型差异，说明不同基因型水稻转运砷的能力是不同的。 (3)磷饥饿及其诱导产生的铁膜对水稻吸收和转运砷的作用 磷饥饿(缺磷)24小时后，水稻的根表出现了明显的红棕色物质的沉积，扫描电镜的能谱分析结果显示，根表的红棕色物质是铁的氧化物。磷饥饿时，富集在根表的砷浓度明显高于磷营养正常的水稻植株，然而转移到茎叶的砷浓度变化正好与之相反。这说明缺磷诱导铁膜的形成使磷—砷二元的相互作用关系转变为磷—铁膜—砷三元的相互作用关系，并且降低了砷由根系向地上部的转运。 (4)砷在土壤—铁氧化物膜—水稻体系中的累积与迁移规律 采用土壤—玻璃珠联合培养的方式，选择六个氧化能力不同的水稻基因型，以经历整个生育期的水稻及根表自然形成的铁膜为研究对象，研究了砷在土壤—铁膜—水稻(根系到籽粒)系统中的累积和迁移规律。主要结果如下：氧化能力不同的水稻基因型根表沉积的铁膜的数量存在明显差异。砷在铁膜—根系—秸秆—颖壳—籽粒中的分布呈依次递减的趋势。对于籽粒中砷的形态进行了分析，基因型之间存在明显的形态差异。无机砷的排列顺序为：科优1360(KY-1360)＞94D-64＞圭630(Gui630)＞远诱一号(YY-1)＞94D-54和94D-22；有机砷的分配趋势则为：YY-1＞94D-54＞94D-22＞Gui630＞KY-1360和94D-64。 总之，铁膜是水稻根系表面客观存在的一种自然现象。该氧化物膜对五价砷有很强的富集能力，在根际微环境中是五价砷吸收的缓冲区。