纳米二氧化钛(nano-TiO2)具有光催化活性,对作物光能吸收、光合电子传递等光合作用过程及相关代谢通路有重要影响,进而影响作物生长。光合作用是生物体进行生命活动的物质和能量基础,也是维持代谢物(糖类、氨基酸、脂肪酸等)平衡的重要途径,但nano-TiO2对光合作用的作用机制有待进一步研究。本文选择连粳7号水稻为培养作物,采用叶绿素荧光技术研究了 nano-TiO2对水稻光合作用关键过程的影响,利用代谢组学技术探讨其对水稻代谢通路的扰动作用,从能量积累角度阐述了 nano-TiO2对水稻生长的刺激效应。主要结果如下:(1)nano-TiO2(0.1-100 mg/L)可提高水稻的光能利用率,降低热能耗散。0.1-100 mg/L nano-TiO2暴露下,光化学量子效率(Y(Ⅱ))平均升高7.8±3.3%,光系统II对光能的利用率提高;非光化学淬灭(NPQ)平均降低17.6±5.9%,热能耗散减少;0.1-400 mg/L浓度下,叶绿素a、叶绿素b和总叶绿素含量均显著增加>100%、>50%和>90%,水稻光合作用能力提升。同时,nano-TiO2(0.1-400 mg/L)提高了水稻的光合作用ATP贡献率,最大贡献率为20.6%。(2)nano-TiO2(0.1-100 mg/L)可促进水稻物质和能量的积累,使生物量提高30%以上。nano-TiO2对水稻茎叶代谢通路和代谢物的影响强度大于根部。茎叶中果糖和甘露糖代谢、淀粉和蔗糖代谢、半乳糖代谢扰动最显著,富集倍数>15;D-果糖、D-半乳糖、D-塔洛糖等单糖含量降低>18%,纤维二糖、D-乳糖等多糖含量升高>30%,柠檬酸和苹果酸等三羧酸循环中间产物分别下降11.3-21.9%和6.2-25.6%,最终促进能量的积累。