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纳米技术的飞速发展与广泛应用导致越来越多的纳米颗粒不可避免的进入到海洋环境中,对海洋生物构成潜在的威胁。纳米Ti O2凭借其获取方便、制备容易等优点被广泛的使用在纳米产品中,并且具有较高的环境浓度。由于纳米Ti O2具有光催化活性,在当今全球UV-B辐射增强的背景下,可能会加剧纳米Ti O2对海洋生物的毒性。本课题组前期工作已初步揭示了UV-B辐射和纳米Ti O2对海洋微藻的联合毒性效应,但是其中的分子作用机制尚不明确。为了更深层次解析UV-B辐射和纳米Ti O2对海洋微藻毒性的分子机制,本研究利用多组学方法从转录组和代谢组水平探讨UV-B辐射和纳米Ti O2对蛋白核小球藻（Chlorella pyrenoidosa）的分子致毒机制。研究结果有助于更加客观的评价人工纳米颗粒的海洋环境风险,对于保护海洋环境与维持海洋生态系统的稳定性具有重要意义。本实验以蛋白核小球藻为受试生物,以UV-B辐射和纳米Ti O2为胁迫因子,在前期研究工作的基础上,设置对照组、UV-B辐射处理组（低剂量组:0.36 KJ/m~2;高剂量组:0.84 KJ/m~2）,纳米Ti O2处理组（低浓度组:15 mg/L;高浓度组:35 mg/L）以及UV-B辐射和纳米Ti O2联合处理组（低浓度/剂量组:15 mg/L+0.36 KJ/m~2;高浓度/剂量组:35mg/L+0.84 KJ/m~2）进行毒性试验,将其分别标记为C、LU、HU、LT、HT、LUT和HUT。在转录组学分析中,提取各组的小球藻m RNA构建文库,应用Illumina NovaseqTM6000平台进行转录组测序,采用无参考基因组的De novo组装并注释,对基因表达水平进行定量分析并筛选差异表达基因,进一步对差异表达基因进行GO功能和KEGG pathway分析。在代谢组学分析上,提取各组的小球藻胞内代谢物,采用LC-MS技术对代谢物进行定性和定量分析,筛选出差异代谢物并对其进行功能分析。主要研究结果如下:（1）转录组分析结果表明,C、LU、HU、LT、HT、LUT和HUT组共获得测序数据164.73 G,组装后得到72507个转录本,转录本长度中位数为758 bp,N50为1510 bp;得到29113个Unigenes,基因长度中位数为444 bp,N50为1393 bp。通过计算TPM值获得各基因在所有实验组中的表达量,并以|log2（fold Change）|＞1且q＜0.05为标准筛选出差异表达基因。结果显示,与对照组相比,LU、HU、LT、HT、LUT和HUT分别筛选得到1502、3404、5136、10338、3159和5268个差异表达基因。对差异表达基因进行GO和KEGG富集分析,其功能主要涉及到光合作用、氧化应激、卡尔文循环、三羧酸循环、淀粉与蔗糖合成和内吞作用等相关代谢通路。进一步讨论了UV-B辐射和纳米Ti O2对光合作用、能量代谢、内吞作用和氧化代谢相关通路的影响,发现UV-B辐射对光合作用、能量代谢、内吞作用和氧化应激相关代谢通路具有促进作用,并且随着剂量加大,促进越明显;LT组促进了光合作用、能量代谢、内吞作用和氧化应激代谢相关通路,而抑制蔗糖与淀粉合成通路;HT组促进能量代谢和氧化应激,对光合作用、蔗糖与淀粉合成通路和内吞作用均有抑制作用;UV-B辐射和纳米Ti O2联合作用下,LUT与HUT组均促进了光合作用、能量代谢、内吞作用和氧化应激代谢相关通路均表现出促进作用。（2）代谢组分析结果显示,C、LU、HU、LT、HT、LUT和HUT组藻细胞在正、负离子模式下分别检测6603个、4258个代谢离子。差异分析显示,LU、HU、LT、HT、LUT和HUT组分别发现813个（459个上调,354个下调）、1530个（748个上调,782个下调）、2127个（742个上调,1385个下调）、2661个（668个上调,1993个下调）、2731个（555个上调,2176个下调）和2719个（570个上调,2149个下调）差异代谢物。功能分析发现,这些差异代谢物主要富集在氨基酸代谢、物质合成、能量代谢、光合作用等过程。进一步讨论了UV-B辐射和纳米Ti O2对磷酸甘油酯类代谢、叶绿素中间体的积累、能量代谢与物质合成代谢的影响,可知LT、HT、LUT和HUT组均降低了小球藻磷酸甘油酯类的含量,表明实验处理通过抑制脂类的合成而引起小球藻的细胞膜损伤;LT、HT、LUT和HUT组藻细胞叶绿素中间产物含量下降,可能是叶绿素生物合成或分解受到影响;柠檬酸含量均降低说明UV-B辐射与纳米Ti O2处理促进了三羧酸循环,为藻细胞提供更多的能量与物质用于抵抗环境胁迫;在UV-B辐射和纳米Ti O2处理及联合处理下抗氧化剂谷胱甘肽含量显著降低,说明更多的谷胱甘肽用于清除大量的ROS;多种氨基酸的含量在纳米Ti O2和UV-B辐射处理后出现下降,LT、HT、LUT和HUT组均显著抑制了苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸生物合成。参与不饱和脂肪酸的生物合成大多数代谢物含量也在HT、LUT和HUT显著下调,说明该代谢通路受到抑制。本研究通过差异表达基因和代谢物的数据集的相关性分析,进一步整合分析UV-B辐射与纳米Ti O2胁迫对小球藻的影响。从转录组分析结果可知,LU、HU、LT、LUT和HUT组在转录组调控水平上均促进了小球藻的光合作用、碳代谢、内吞作用和氧化应激等相关通路,而HT组通过抑制小球藻的光合作用进而影响其他通路变化。从代谢组分析结果发现较多的代谢物含量降低,推测是代谢物合成受阻和代谢物被破坏的共同结果。转录组的表达水平并不一定是最终的代谢物水平,一方面可能是在转录至翻译的过程遭受胁迫因子的破坏,另一方面可能与翻译后的蛋白稳定性及代谢速率相关。转录组与代谢组数据同时表明,UV-B辐射与纳米Ti O2胁迫对小球藻光合作用、碳代谢、内吞作用和氧化应激等相关代谢通路产生显著影响。