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充分理解水生植物对元素生物地球化学循环的影响对于资源和污染的管理至关重要。本论文采用无根萍（Wolffia）作为水生植物的代表，研究浮水植物及其叶面细菌群落在镉(Cd)和砷(As)的生物地球化学循环中的作用。在此基础上，本研究还揭示了无根萍叶面细菌群落的多样性、结构及生态功能。 全球水体Cd污染问题严重，迫切需要可行的解决方案。植物修复是一种符合成本效益并且环保的方法。具有高Cd积累能力并且生长迅速的植物可以用以去除污染水体中的Cd。本文研究了无根萍(W.globosa)对Cd的吸收、累积、耐受和净化能力。同时探讨了As对W.globosa吸收和净化Cd的影响。W.globosa对Cd的吸收动力曲线在低浓度范围（0-2μM）为直线，而在高浓度范围(0-200μM)则可拟合为米氏方程，但未达到吸收饱和。米氏方程中较高的Vmax和Km说明W.globosa对Cd有很好的吸收能力。W.globosa对Cd的积累能力在Cd＜10μM时高于Cd＞10μM。所测试的5种无根萍在1μM Cd中暴露5天后Cd浓度均超过500 mg kg-1（干重），且并未表现明显的毒性效应。10克新鲜的W.globosa培养24 h可以将200 mL含2μMCd溶液中的Cd几乎完全吸收。W.globosa对Cd的高累积能力主要源于质外体对Cd的被动吸附。这些结果表明无根萍是一种Cd超累积植物，在低Cd情况下具有较好的Cd污染修复的潜力。As对W.globosa吸收和净化Cd的能力没有明显的影响。新鲜W.globosa同时也表现出较强的对As净化能力。因此，W.globosa可应用于含低浓度Cd和As复合污染水体的净化。 元素形态对As的毒理以及环境行为起着至关重要的作用。植物与微生物群落的交界面是As形态转变的热区。然而，表层水环境中浮水植物及其叶面细菌对As形态转化的动态过程还是一个未知的领域。本论文通过比较有菌和无菌的无根萍（W.globosa和W.australiana）对As的常见形态（AsⅤ和AsⅢ）的吸收和转化，探讨无根萍本身及其叶面菌对As形态的转化能力。结果表明，无根萍能够吸收AsⅤ和AsⅢ。无论是用AsⅤ或是AsⅢ处理，无根萍组织内的As主要都以AsⅢ形式存在(93.9％-94.1％)。无菌无根萍能够将组织内的AsⅢ外排到基质中，而对AsⅤ的外排非常少。无菌无根萍在溶液基质中以及植物体内都没有氧化能力，而有菌无根萍则表现出较强的氧化基质AsⅢ的能力。定量PCR结果显示无根萍叶面菌中砷氧化基因（aioA）丰度明显高于砷还原基因(arsC)的丰度。这些结果表明有菌无根萍体系中AsⅢ的氧化是由无根萍叶面菌介导的。无根萍叶面微生物将AsⅢ快速氧化为AsⅤ的能力可降低高磷环境中植物对As的吸收和累积。无根萍叶面菌中检测到的绝大部分AioA蛋白，与稻田中未确定细菌归属的砷氧化酶较为相似，而与已知的砷氧化酶序列相似度较低。本研究实验结果表明，水生植物叶面细菌具有不可忽视的较高的生物多样性，并且其中的AsⅢ氧化细菌可能对水环境中As的生物地球化学循环产生较大的影响。 稻田生态环境中浮水植物的叶片表面可能支撑着大量而且多样的细菌群落。然而我们对这些细菌群落的种类和多样性知之甚少。在本论文中，我们选择无根萍（W.australiana）作为浮水植物的代表，利用Illumina HiSeq2000高通量测序研究稻田生态环境中无根萍的叶面细菌群落的多样性，以及影响细菌群落的因子。结果显示，无根萍叶面细菌具有比较高的多样性，其中Proteobacteria和Bacteroidetes是主要的细菌类群。叶面核心细菌群落主要由Asticcacaulis、Acidovorax、Methylibium和 Methylophilus等属组成，其中后三种可能是潜在的甲基营养以及反硝化细菌，说明水生浮水植物叶面细菌可能积极地参与了这两个生物过程。与水体和土壤的细菌群落相比，叶面细菌的群落成员较少（以纲水平为例），α多样性较低(_)并且群落结构明显不同于前二者。这些结果以及随后的冗余分析(RDA)说明物种挑选(species-sorting)在叶面细菌群落的形成过程中发挥着重要作用。叶面细菌群落的组成和结构主要受水体物理化学性质的调控，而受土壤细菌群落的影响很小。