随着纳米科技的飞速发展,纳米材料在微电子、光电、陶瓷、生物工程、医学以及化工等方面被广泛的应用。在过去十年纳米产品成指数增长,范围及种类也不断扩展,在未来几年将有更广泛的应用。它们的广泛应用一方面提高了我们的日常生活水平,另一方面对我们的生态系统可能存在潜在的风险。因此深入的研究纳米材料在生态系统中的的运输过程、终点以及对生态系统中的成员的影响等是很有必要的。已有研究表明纳米材料对动物、人类以及微生物均存在不同程度的作用,有有利的影响也有有害的影响。与动物细胞相比,植物细胞具有细胞壁,这对于外来物进入植物细胞增加了困难,然而研究表明由于植物细胞壁、细胞膜、核膜的孔径及离子通道等大多在纳米级范围,小颗粒的纳米材料可以通过吞噬作用,主动运输或者直接透过孔隙进入细胞从而产生效应。当将纳米材料应用到叶表面时,纳米材料可以通过气孔进入植物中。有部分研究报道了纳米材料在植物中吸收、转移以及对植物生理代谢的影响。而植物是自然界的生产者,也是生物蓄积的起点。纳米颗粒通过食物链逐级高位富集,可导致高级生物的毒性效应。虽然植物在生态系统中占重要的地位,但纳米材料对植物生长发育的影响方面的研究还是有限的。在不同的纳米材料中,碳基纳米材料的地位越来越显著,对碳基纳米材料的大量使用是否对环境存在风险这一问题是要被重视的。石墨烯作为碳基纳米材料的一个代表,其应用越来越广泛,因此系统的研究石墨烯对植物的影响对于我们研究碳基纳米材料对环境的影响是很有帮助的。在众多植物毒性研究中,发芽测定是测定植物受到环境潜在影响的一个重要指标。不同植物种子对不同纳米颗粒的作用有不同的反应。关于石墨烯对植物的种子发芽率、根伸长和新陈代谢等生长情况的影响,以及其在植物体的吸收迁移、生物可利用性以及生物富集已有零星报道。本研究的目的是通过研究石墨烯对水稻发芽、幼苗生物量、根系形态、抗氧化酶活性、脂质过氧化的影响,探讨碳纳米颗粒对高等植物生长的影响机制。主要研究结果如下：1、石墨烯对水稻种子萌发存在一定的抑制效应,即延缓水稻种子的萌发速率,且石墨烯浓度越大,延缓效应越明显。石墨烯在一定浓度下对水稻种子的发芽率影响不大,但石墨烯对种子的胚芽和胚根的生长存在抑制作用,并随石墨烯浓度的升高抑制作用加强。2、石墨烯对水稻幼苗的形态建成有一定的影响。与对照相比,不同浓度石墨烯连续处理水稻幼苗16d后,5mg/L浓度的石墨烯对水稻幼苗根长、茎长、根冠比的作用不明显,对水稻幼苗不定根数、根鲜重、地上部鲜重的影响表现为促进作用；50mg/L浓度石墨烯对水稻幼苗根长、不定根数、根鲜重的作用不明显,但对水稻幼苗茎长和地上部鲜重的影响则表现出明显的抑制作用；100mg/L和200mg/L浓度石墨烯对水稻幼苗的根长、茎长、不定根数、根鲜重、地上部鲜重、根冠比的影响均表现为明显的抑制作用。说明在浓度较低的情况下,石墨烯对水稻幼苗形态建成的影响作用较小或有一定的促进作用。在浓度较高情况下,石墨烯对水稻幼苗形态建成有一定的抑制作用,并随着浓度的升高抑制作用逐渐增强。3、石墨烯对水稻幼苗生理特性有一定的影响。不同浓度石墨烯连续处理水稻幼苗16d后,经5mg/L浓度石墨烯处理的水稻幼苗根尖SOD、POD和CAT酶活性都比对照低；MDA含量与对照相比差异不明显；叶绿素含量与对照相比明显升高。随着石墨烯浓度的增加,水稻幼苗根尖SOD、POD和CAT酶活性以及MDA含量与对照相比明显升高；叶绿素含量与对照相比明显降低。说明石墨烯既能诱导幼苗根部抗氧化系统发生应激反应,也能改变叶片中叶绿素含量。在石墨烯浓度为5mg/L时对抗氧化酶活性会产生负调控,且可以显著提高了幼苗叶片中叶绿素含量；随着石墨烯浓度的增加,会对根尖细胞造成过氧化损伤,破坏细胞膜结构；同时叶绿素含量也会明显降低,发生叶片失绿发黄现象。