金属基纳米材料的环境风险已成为近期研究前沿和热点问题。本研究重点利用多种同步辐射技术从组织和细胞水平揭示了植物中金属基纳米颗粒的迁移转化规律，发现纳米颗粒能够进入植物根并到达内皮层却很难穿过凯氏带，且主要存在于细胞间隙中，纳米CuO易与半胱氨酸、柠檬酸和磷酸根结合。建立了水稻土中金属氧化物纳米颗粒ZnO、CuO、CeO2等多种金属基纳米颗粒生物有效性的评价方法，发现氧化锌纳米颗粒在水稻中积累量和转运能力显著高于氧化铜纳米颗粒和氧化铈纳米颗粒。探究了整个水稻生育期纳米CuO在土壤-水稻系统中的迁移转化规律及其对水稻生长影响，发现水稻成熟期土壤中可提取态铜含量急剧提高，同时CuO和胡敏酸结合态铜逐渐向Cu2S和针铁矿吸附态铜转化；高浓度纳米颗粒胁迫下谷物产量减少了93%；X射线吸收近边结构谱（XANES）结果表明成熟期水稻根、叶和谷壳中均有少量CuO存在，而在米粒中未发现CuO，但仍促进了米粒糊粉层中Cu元素的累积。利用微束X射线荧光法（μ-XRF）联合μ-XANES揭示了根表铁膜对水稻吸收运输纳米颗粒的影响及其作用机制，发现根表铁膜是水稻吸收和转运纳米CuO的阻隔层，根毛和侧根是根表铁膜形成后植物根系吸收纳米颗粒的主要途径，根表铁膜通过促进Cu(Ⅱ)还原，抑制了纳米颗粒从根向茎叶的迁移。该研究可为科学评估重金属与纳米材料的农产品安全及环境和健康风险提供重要依据。