有机污染物及其活性代谢产物可通过废水灌溉等方式进入食物链,最终给生态系统和人类健康带来不利影响。其中,咖啡因(log KOW=-0.07)是淡水和城市水环境中最常见的污染物之一,而卡马西平(log KOW=2.45)在环境中具有持久性和生物高积累性,苯醚菌酯(log KOW=4.54)则具有潜在的内分泌干扰性,这三种有机污染物均与人类健康密切相关,且它们在蔬菜中的亚细胞分布规律及咖啡因代谢机理尚不清楚。本论文以14C-咖啡因、14C-卡马西平和14C-苯醚菌酯为示踪剂,利用同位素示踪技术痕量精准和溯源追踪等优势,结合色谱波谱等现代仪器分析技术,研究其在水培蔬菜体系中的去除、定向积累及亚细胞区室分布规律;从14C质量平衡角度,系统探究咖啡因在水培菜心体系中的代谢产物组成及其代谢途径,并从微生物多样性和转录组分析两个方面探讨其可能的代谢机制。本论文主要结果如下:（1）阐明了14C-咖啡因、14C-卡马西平和14C-苯醚菌酯三种有机污染物在水培蔬菜开放体系中的定向积累及亚细胞区室化分布规律。外源引入水体的这三种有机污染物能在供试蔬菜（菜心和蕹菜）中富集,从而达到水中污染物的去除效果,其去除效率表现为咖啡因（98.0-98.4%）＞卡马西平（93.0-93.2%）＞苯醚菌酯（81.2-94.2%）。在培养期间,有机污染物经植株根系吸收后,可进一步向地上部转运,在地上部主要积累在底部老叶中;至32天,咖啡因和卡马西平主要分布在叶片中,14C浓度分别为29.8μmol kg-1和90.3μmol kg-1,而苯醚菌酯则主要分布在根部,14C浓度为156μmol kg-1。相应地,整株作物的放射性自显影结果与其检测数据一致。菜心细胞区室化分布结果表明,这三种有机污染物均可穿过细胞壁和细胞膜进入细胞,并分配于各种细胞组分中。亲水性污染物咖啡因的最大储存库是叶细胞的可溶性部分(51.6-69.6μmol kg-1),而亲脂性的苯醚菌酯主要分布在根细胞的质体(154-189μmol kg-1)中,中等极性的卡马西平则在叶和根细胞中分布差异相差不大。这三种有机污染物的正辛醇-水分配系数(log KOW)与其根富集系数的对数值（log RCF）高度线性相关,其相关系数R~2＞0.800。此外,蕹菜根部的脂质含量为2.07%,显著高于菜心根部（p＜0.05）,使得有机污染物更易保留在蕹菜根部,且向上运输速率较慢。在供试条件下,食用被这三种化合物污染的菜心和蕹菜后人体暴露值远低于限制剂量,人类食用健康风险较小。（2）明确了咖啡因在水培菜心密封体系中的代谢产物及代谢途径,并揭示其代谢矿化的作用机理。在水培菜心密封体系中14C回收率在94.3-104%之间,符合较好的质量守恒原则。水体中14C-咖啡因不断被植物吸收,至培养末期水体中14C含量降至引入量的2.10%,菜心植株中富集量达到40.0%,而整个体系中矿化产生的14CO2为50.9%。通过液相-液闪联用分析,水体中检测到2种放射性物质（咖啡因母体及代谢产物M1）,蔬菜植株中检测到3种放射性物质（母体、代谢产物M1和M2）;利用液相色谱与高分辨质谱联用技术鉴定咖啡因代谢产物,结果表明M1为黄嘌呤,M2为可可碱,二者均为咖啡因去甲基化产物。通过根际培养和无菌培养试验明确了咖啡因代谢过程中产生的14CO2源于水体中咖啡因的降解。在菜心和蕹菜根际水体中,咖啡因的最终矿化量分别为74.8%、77.5%,而在空白对照中仅占16.1%,说明根际微生物在水培体系的咖啡因矿化中起重要作用。在无菌菜心体系中,14C回收率达到93.6%-102%,没有检测到明显的矿化,进一步确证了根际微生物在咖啡因矿化中起主导作用。综上,本论文推断了水培菜心体系中咖啡因的代谢途径:咖啡因在水体微生物的作用下脱去三个甲基生成黄嘌呤,继续矿化产生CO2;吸收至菜心体内的咖啡因先脱去一个甲基生成可可碱,再脱去两个甲基生成黄嘌呤。此外,在菜心和蕹菜悬浮细胞培养过程中咖啡因母体占比分别为90.8-98.2%、95.2-96.9%,表明咖啡因在悬浮细胞中难以代谢,菜心和蕹菜悬浮细胞不能用于快速预测咖啡因的植物代谢潜力。（3）通过微生物多样性分析和菜心叶片的转录组测序,推测了咖啡因在水培菜心体系中的降解菌群及降解基因。根际体系中咖啡因的降解细菌可能为Burkholderia-Caballeronia-Paraburkholderia、嗜酸菌属、不粘杆菌属、雷夫松氏菌属、Pandorace、酸杆菌属、Terriglobus,其中Burkholderia-Caballeronia-Paraburkholderia和嗜酸菌属在菜心和蕹菜根际体系中显著存在（p＜0.05）,且线性判别分析（LDA）值均大于4.00,可能起主导作用。在真菌分析中,念珠菌属、外瓶柄霉属、Paracremonium、木霉属是咖啡因的可能降解真菌,其中念珠菌属和木霉属显著存在于根际体系中（p＜0.05）,LDA值均大于3.00,可能起主导作用。基于菜心叶片的转录组测序结果,在1 mg L-1处理后,13个CYP基因上调表达,1个下调表达;在5 mg L-1处理后,18个CYP基因上调表达,无下调表达。两个处理共同上调表达的CYP基因有10个,分别为CYP97B3、CYP71A12、CYP707A3、CYP72A13、CYP81F2、CYP707A1、CYP75B138、CYP707A1、CYP75B137、CYP71B23,推测这些基因参与菜心中咖啡因的代谢过程。有机污染物对农业生态系统和人类健康有着重大的影响,本论文探讨了其在农业水生生态系统里的迁移积累、去除以及代谢转化机制,对生态环境保护和生命健康保障具有重要科学意义和研究价值,为其他有机污染物在水-植物系统中的代谢研究奠定了方法基础。