目前中国耕地污染严重，食品安全受到极大地威胁。化肥和农药的使用，在一定程度上保证了农作物的生产。然而化肥和农药却是农业非点源污染的第一位污染物，在非点源污染中占据很大比例。研发和应用广谱、高效、环保的新型制剂，减少化肥、农药使用量，是近年来植物生长调节剂和肥料研发领域的重点和热点。因此，为减少化肥和农药的使用，开发和应用新型环境友好制剂十分必要。　　钛离子对植物具有多种作用，能显著提高植物种子的发芽率，促进根系发达，提高作物肥料的利用率，提高植物体内叶绿素含量，促进植物进行光合作用，进一步显著增加作物产量，从而降低农药和化肥的使用量。然而，钛离子对植物的这些作用机制尚不清楚。因此，探究钛离子对植物的作用机理，是本研究探讨的科学问题。研究结果将为进一步有效应用钛离子制剂提供理论依据。　　本论文以紫花苜蓿（Medicago sativa）和番茄（Solanum lycopersicum）为材料，以新型环境友好的抗水解稳定离子钛(Anti-hydrolyze stabilized ionic titanium，ASIT)为钛离子制剂，研究钛离子对植物生长及基因表达的影响。通过测定植株的根系，以及幼苗过氧化物酶(Peroxidase，POD)、超氧化物歧化酶(Superoxide Dismutase，SOD)、过氧化氢酶(Catalase，CAT)酶活性，研究钛离子对植物的生理和生长的作用。并进行田间试验观察钛离子对番茄生长和抗病性的影响。进一步利用RNA-Seq技术，在Illumina平台进行高通量测序，在转录水平上检测钛离子对基因表达的影响，并通过荧光定量PCR对测序结果进行检测验证。获得以下结果:　　一、钛离子促进植株的生长和提高抗病能力　　紫花苜蓿和番茄种子钛离子（4或8mg/L）和清水分别浸种后播种，观察植株生长。结果显示，与对照相比，处理组植株根系发达，根更长、须根更多、根系更密，幼苗更健壮。浓度为8mg/L处理的效果更好。结果表明，钛离子显著促进苜蓿和番茄植株的生长。　　番茄种子分别用0（对照组）、8mg/L钛离子（处理组）浸种24hr后播种，幼苗期间隔3周分别喷施(4mg/L)2次后，全生育期观察。结果显示，钛离子处理组番茄生长良好，根系发达，几乎未感染疾病。对照感染严重的脐腐病，几乎绝收。脐腐病通常是缺钙、缺硼造成。结果表明，钛离子能显著促进根系发达，提高植株对养分的吸收利用，提高番茄的抗病能力。　　二、钛离子提高植株酶促防御系统酶活性　　钛离子(8mg/L)溶液浸种苜蓿和番茄，萌发后检测钛离子对植株SOD、POD、CAT酶活性的影响。与对照相比，钛离子处理组POD、CAT、SOD活性均显著提高。结果表明，钛离子能促进酶促防御系统酶活性，提高植株对逆境的抗性。　　三、钛离子影响紫花苜蓿和番茄基因表达　　高通量RNA-Seq测序，比较转录组分析，研究钛离子对植株基因表达的影响。钛离子溶液(0，8mg/L)浸种紫花苜蓿24hr后萌发，3天后取整株进行测序，研究钛离子对植株基因表达的影响。与同属已经测序的蒺藜苜蓿进行比对，紫花苜蓿与之匹配率较低，因此进行无参考基因组分析。结果显示，测序共获得129，001，482条原始数据(Raw reads)，原始测序数据经过滤后得到高质量Clean reads127，178，765条。de novo拼接共获得大于200bp的转录本327，131条，大于200bp的非冗余unigene共200，921个。对unigene进行7大数据库的基因功能注释，至少能成功注释到一个数据库的unigene共有181，870(90.51％)条。差异表达分析表明，与对照相比，8mg/L钛离子处理引起大量基因表达发生变化，668个差异表达的基因中313个上调表达，355个下调表达。GO和KEGG注释结果显示大量光合作用、种子发育相关类编码基因上调表达。　　用钛离子溶液(0，8mg/L)喷施番茄叶面，研究钛离子对番茄叶片基因表达的影响，在转录水平上研究钛离子作用的分子机理。结果显示，原始数据经过滤，每个样品的Clean reads都在42，724，406reads以上。与番茄参考基因组进行比对，共获得24，403个基因注释结果。差异表达分析表明，与对照相比，8mg/L钛离子处理引起大量基因表达发生变化，1145个差异表达的基因中818个上调表达，327个下调表达。GO和KEGG注释结果显示大量DNA复制、核糖体类、酶促防御系统酶和抗病相关等编码基因上调表达，下调的基因主要有天冬氨酸和半胱氨酸蛋白酶等基因。　　因此，苜蓿和番茄在经过钛离子溶液处理后，对植株的基因表达产生影响，大量与生长和抗性相关的基因上调表达。　　四、实时荧光定量PCR证实测序结果的可靠性　　为了确认Illumina RNA-Seq结果的准确性和可重复性，分别挑选苜蓿和番茄26个差异显著表达基因进行实时荧光定量PCR鉴定测序结果，这些基因包括病程相关、氧化还原、光合作用相关等，包括上调和下调的unigene。qRT-PCR结果和RNA-Seq结果一致率达到70％以上，说明转录组定量结果可靠。　　结论和推论:　　钛离子能够影响紫花苜蓿和番茄大量基因表达，上调许多基因的表达，如核糖体蛋白、叶绿素A/B结合蛋白、脂氧合酶、铁氧还蛋白、酶促防御系统酶和抗病相关等编码基因等基因;显著促进植株根系发达，有利于根系对土壤中养分的吸收，促进植株生长，提高植株的抗逆能力，可减少化肥和农药的施用量，提高作物的产量和品质。　　钛离子在光作用下，会发生能级跳跃，催化氧化还原反应。推测这种弱胁迫作用，作为一种信号刺激植物产生应答，引起基因表达发生变化，促使植物体内产生各种生理生化反应，从而促进植物生长、促进植物根系发达，提高作物对逆境的耐受力。本研究为揭示钛离子对植物的作用机理打下基础，为进一步钛离子制剂在农业生产中的应用提供指导。