家蚕（Bombyx mori）是重要的经济昆虫,起源于野桑蚕（Bombyx mandarina）,已有5 700多年的驯养历史。蚕丝业是中国的传统产业,每年的生丝产量占世界总产量的78%以上,我国是全球生丝的重要原产地。增加蚕茧的产量,提高生丝的品质是发展蚕丝业的中心任务,通过家蚕品种改良,开发高效的饲养技术和缫丝新工艺可以增加蚕茧的产量和质量。近年来,随着纳米生物技术的快速发展,以纳米材料开发的饲料添加剂在畜牧业生产中被广泛应用,在蚕业生产上还没有相关的研究报道。纳米二氧化钛（TiO₂）基于其表面效应、量子尺寸效应、体积效应和宏观量子隧道效应等优点而被广泛的应用在生物领域。纳米TiO₂的生物学效应与其浓度关系密切,高浓度的纳米TiO₂对生物有毒害作用,低浓度的纳米TiO₂作为添加剂使用可促进牲畜的生长及蛋白的合成。家蚕丝蛋白的合成能力直接影响到蚕丝的产量,低浓度的纳米TiO₂添食家蚕能否促进家蚕的生长及蛋白合成尚无报道。为了研究纳米TiO₂能否提高家蚕的生长发育和蛋白合成,本研究使用5 mg/L纳米TiO₂添食家蚕,调查了家蚕体重和饲料效率（食下量、消化量和消化率）。结果显示,添食纳米TiO₂后体重较对照增加了4.64%,食下量增加了5.82%,消化量增加了18.63%,消化率增加了17.58%,以上表明,纳米TiO₂添食能够促进家蚕的生长发育。BmNPFR是家蚕独有的G蛋白耦合的受体,它特异性的内源性配体是BmNPF1a和BmNPF1b。BmNPFR调控家蚕的摄食和生长是通过与BmNPF1a和BmNPF1b特异性的高效结合,介导受体BmNPFR内化,激活ERK1/2信号通路,参与调控生理发育相关基因的表达,发挥促进家蚕摄食和生长的作用。为了进一步研究纳米TiO₂促进家蚕生长发育的机制,通过对神经肽受体BmNPFR进行RNAi,采用实时荧光定量PCR（Real-time quantitative Polymerase Chain Reaction,qRT-PCR）检测中肠神经肽受体BmNPFR、神经肽配体BmNPF1a和BmNPF1b的转录水平;通过western blotting检测调控摄食和生长的ERK磷酸化蛋白MAPK,并研究神经肽受体BmNPFR与神经肽配体BmNPF1a、BmNPF1b的结合情况。结果显示,纳米TiO₂处理组中肠中BmNPFR、BmNPF1a和BmNPF1b的转录水平是对照的1.58倍、1.43倍和1.34倍,是BmNPFR干扰组的1.99倍、2.26倍和2.19倍。此外,纳米TiO₂处理组中肠中MAPK蛋白较对照组高24.03%,bmnpfr-dsrna注射组mapk蛋白是对照组的71.00%。以上结果表明,纳米tio2通过促进中肠bmnpfr与bmnpf1a和bmnpf1b的表达和结合,增加erk蛋白的磷酸化,激活erk1/2信号通路,促进家蚕的生长发育。生物生长发育的主要影响之一是蛋白的合成和累积,在家蚕中主要表现为造卵和丝蛋白合成的变化。家蚕丝蛋白合成是家蚕蛋白合成的重要部分,为了研究纳米tio2处理是否影响家蚕丝蛋白的合成,调查了茧质（全茧量、茧层量和茧层率）,通过qrt-pcr、半定量pcr（semiquantitativepcr,rt-pcr）和westernblotting检测了丝腺fib-l基因的转录和表达及sgf-1的转录水平。结果显示,家蚕添食纳米tio2后全茧量较对照组增加了4.74%,茧层量较对照组增加了9.30%,茧层率较对照组增加了4.51%;结果表明,纳米tio2处理组丝腺fib-l在5龄48h、96h、144h和192h分别是对照组的1.30倍、1.29倍、3.17倍和5.93倍,丝腺转录因子sgf-1在5龄48h、96h、144h和192h分别是对照组的1.39倍、2.21倍、5.79倍和3.29倍;rt-pcr与westernblotting结果基本与qrt-pcr结果一致。以上表明,纳米tio2处理能够增加丝蛋白的合成。为了进一步研究纳米tio2增加丝蛋白合成的机制,通过dge（digitalgeneexpressionprofiling）结果中转录和表达谱数据,分析纳米tio2增加丝蛋白合成的分子机制。dge结果分析表明,共有4741个基因被检测到,添食纳米tio2后差异表达基因306个,其中上调基因137个,下调基因169个;参与丝蛋白合成的基因106个,其中上调基因97个,下调基因9个,同时通过go和kegg注释将差异表达基因进行分类。为了检测dge数据的可靠性,本文通过qrt-pcr验证了8个与丝腺中蛋白合成和水解关系密切基因的转录水平变化。它们分别是3种蛋白水解和降解酶类基因:天门冬酰胺氨基葡萄糖酶（aspartylglucosaminidase）,赤拟谷盗组织蛋白酶l（thecathepsinlintriboliumcastaneum）,类spry域包含socs盒子蛋白3（similartosprydomain-containingsocsboxprotein3）;5个蛋白合成和修饰加工酶类基因:赖氨酰-trna合成酶（lysyl-trnasynthetase）、表皮富含蛋白甘氨酸10（cuticularproteinglycine-rich10）、精氨酸/丝氨酸富含剪切因子6（splicingfactorarginine/serine-rich6）、丝氨酸蛋白酶抑制剂28（serineproteaseinhibitor28）和天冬氨酸转氨酶（aspartateaminotransferase）;其结果与dge结果一致。这表明纳米tio2处理使丝蛋白合成相关基因的转录水平上调,蛋白水解和降解酶类基因转录水平下调,推测与纳米tio2增加家蚕丝蛋白的合成有关。为了研究纳米TiO₂处理对丝蛋白合成的营养吸收和原料利用是否有累积效应,测定了5龄48 h、96 h、144 h和192 h中肠消化液的蛋白酶活性和血淋巴中的氨基酸含量。数据显示,纳米TiO₂处理组48 h、96 h、144 h和192 h蛋白酶活性是对照组的2.44倍、1.77倍、2.46倍和1.33倍;组成家蚕丝蛋白的4种主要氨基酸有:甘氨酸（GLY）、丙氨酸（ALA）、丝氨酸（SER）和酪氨酸（TYR）;纳米TiO₂处理组与对照组相比,5龄前期合成丝蛋白的主要氨基酸含量增加,后期这些氨基酸的含量明显下降。表明纳米TiO₂处理不仅能提高家蚕中肠蛋白酶活性加强家蚕对饲料中营养的吸收,而且能够提高氨基酸的转运能力增加家蚕对丝蛋白合成原料的利用。为了研究纳米TiO₂对家蚕造卵相关蛋白合成的影响,调查了家蚕产卵数,每粒卵重,生殖腺指数（Gonadosomatic index,GSI）。结果显示,家蚕添食纳米TiO₂后,产卵数平均增加了51粒;每粒卵重增加了0.14×10-4 g;纳米TiO₂处理后,雌性和雄性在熟蚕时生殖腺指数与对照组相比显著增加。以上表明,纳米TiO₂处理有利于家蚕的造卵,提高卵的质量。为了进一步研究纳米TiO₂影响家蚕造卵的可能机制,通过qRT-PCR的方法对精卵巢生殖发育相关基因进行转录水平的检测,结果发现,卵巢中促进生殖发育相关基因Vg、Ovo、Ovo-781、Ovo-498、Otu、Sxl-S和Sxl-L与对照组相比,分别上调6.77倍、2.00倍、5.33倍、2.99倍、2.43倍、1.73倍和2.30倍;精巢中促进生殖发育相关基因Achi-L、Aly和Vlg与对照组相比,分别上调3.55倍、5.78倍和2.36倍,结果表明,纳米TiO₂处理后生殖发育相关基因表达的上调,可能与TiO₂饲喂家蚕造卵数的改变有关。本研究表明,低浓度纳米TiO₂添食家蚕首先进入中肠,提高家蚕神经肽受体BmNPFR和神经肽配体BmNPF1a、BmNPF1b的转录表达,并促进其结合,激活家蚕ERK1/2信号通路,促进家蚕的生长发育;与此同时,纳米TiO₂上调丝蛋白合成相关基因,下调蛋白水解酶类基因,增加中肠蛋白酶活,提高氨基酸的转运能力,加强丝蛋白合成转录水平的调控,促进丝蛋白的合成,增加丝产量;此外,纳米TiO₂处理后家蚕性腺发育相关基因表达上调,促进性腺的生长和发育,随着充足营养的转运和供给,增加造卵数。本研究拓展了纳米TiO₂在蚕业领域的应用,为纳米TiO₂作为新的添加剂促进蚕业的发展提供参考。