纳米二氧化钛（nTiO₂）因其良好的理化性质而得到广泛应用。研究显示,nTiO₂对生物具有较大的毒害作用,但多数nTiO₂废弃物在没有处理的情况下被排放到了环境中。由于没有快捷的nTiO₂毒性检测方法,也没有建立起nTiO₂生产及排放的监管,目前还无法评估nTiO₂对环境造成的潜在影响。已有的研究显示,nTiO₂对细胞具有很强的毒性,但哺乳动物细胞难以实现同步化培养,难以对单一细胞进行检测,以及耐受高浓度nTiO₂的能力有限等因素的限制,nTiO₂的细胞毒性作用研究进展缓慢。多头绒泡菌是黏菌的一种,既具有多细胞生物的抗性能力,又具有单细胞生物的生命特性,且发现其对nTiO₂具有较高的耐受性。因此,本研究认为多头绒泡菌可以作为nTiO₂细胞毒性研究的材料。代谢组学分析是发现代谢差异、识别被干扰的代谢途径、了解毒性作用机理、评估细胞毒性的重要手段;转录组学分析已应用于疾病早期诊断和多种毒性作用研究。本研究利用代谢组学技术和转录组学技术,从生理生化水平、转录水平和代谢物水平这三个层面分析了nTiO₂对多头绒泡菌生长的影响。在生理生化水平的检测结果中发现,高浓度的nTiO₂（≥15 mg/mL）会造成多头绒泡菌ROS水平升高,8-OHdG水平升高,CAT活性的升高,以及CAT基因转录水平的上升,说明nTiO₂可能通过诱导胞内ROS的失衡造成DNA的氧化损伤。在代谢水平的分析中发现,经过9 mg/mL nTiO₂和15 mg/mL nTiO₂胁迫,多头绒泡菌中包括TCA循环、核苷酸合成以及糖代谢在内的多条生物途径的代谢物都发生了不同程度的改变并筛选到了12个变化较为显著的代谢物。通过比对两个处理组的代谢物,发现D-阿拉伯糖醇、酒石酸、谷胱甘肽、黄嘌呤、胞苷和芒柄花黄素的变化最显著。这6种代谢物最有可能成为nTiO₂细胞毒性的代谢标志物,其中芒柄花黄素还可能成为nTiO₂的解毒剂。在转录水平的分析中发现,与9 mg/mL nTiO₂处理组相比,在15 mg/mL nTiO₂处理组中筛选到3503个上调和4340个下调的差异表达mRNA,这些mRNA富集在糖代谢、核苷酸代谢、谷胱甘肽代谢、TCA循环以及烟酸和烟酰胺代谢等代谢途径上,可与代谢水平的研究结果相互验证。其中,谷胱甘肽转移酶基因具有成为指示nTiO₂细胞毒性标记基因的潜力。同时,在15 mg/mL nTiO₂处理组中还筛选到891个上调和405个下调的lncRNA以及269个上调和261个下调的miRNA。差异表达mRNA和差异表达miRNA靶基因的GO富集分析结果呈现高度一致性,使得转录组研究结果得到验证。首先,本研究对建立nTiO₂细胞毒性检测方法具有指导意义,能为nTiO₂的生产和环境排放提供有效的监管手段。其次,明确了多头绒泡菌中受nTiO₂胁迫发生显著变化的基因、代谢物、代谢途径和细胞通路等,为了解nTiO₂对细胞的毒性作用机理提供有益补充。最后,为人们了解生物体耐受nTiO₂的机制提供参考,同时对开发nTiO₂的解毒剂或抑制剂提供突破口。