以壳聚糖为涂膜基质，采用原位改性纳米CaCO3 和改性纳米TiO2 对其进行改性，制备了纳米CaCO3/TiO2/壳聚糖复合涂膜，对其进行了SEM、TEM、XRD 和FT-IR 微结构表征，测定了其理化性能。以美国红鱼为保鲜对象，研究了纳米复合涂膜的保鲜性能。以腐败希瓦氏菌和铜绿假单胞菌为研究对象，揭示了复合涂膜对水产品优势腐败菌的抗菌作用途径及抗菌机理。研究结果表明，添加原位改性纳米CaCO3 和改性纳米TiO2 使壳聚糖复合涂膜的拉伸强度和断裂伸长率显著提高，其水蒸气透过量、二氧化碳透过量、氧气透过量和透光率得到改善，且壳聚糖复合涂膜有效延缓了美国红鱼的品质下降。纳米CaCO3/TiO2/壳聚糖复合涂膜能有效破坏水产品优势腐败菌细胞膜的完整性，提高内外膜的通透性，降低酶活力，改变蛋白质的合成及表达，进而抑制水产品优势腐败菌的生长繁殖。原位改性纳米CaCO3 和改性纳米TiO2 能够改善壳聚糖涂膜的微观结构，理化性能和保鲜性能，有效抑制鱼体中微生物的生长繁殖。