空间环境具有温度低、辐射强和微重力的特点,在研究生物的空间适应和变异以及诱变育种方面起着重要作用。大量飞行试验表明,空间环境会对各种生物的表型、代谢过程以及基因蛋白表达产生不同程度的影响。水稻是一种禾本科植物,基因组相对较小、内含子较少、基因密度高、生长周期短。为了探索空间飞行对植物光合作用的影响,探索其生物效应的分子机制,本课题通过实践十号对水稻东农423和东农416的种子进行空间搭载实验,从对水稻F1代生理指标、蛋白表达水平和基因转录水平进行比较分析,对空间飞行所引起的光合作用蛋白与基因变化规律多层面研究,并获得如下结果:测定空间飞行后水稻东农416与东农423的F1代生长生理性状并对生理变化进行分析研究。结果显示经过空间飞行后的F1代水稻种子发芽能力与农艺性状与对照组相比无显著变化,光合作用代谢产物含量变化较大,东农423光合色素含量呈先下降再上升的趋势,东农416为下降趋势,F1代光合代谢产物含量变化与F0代相比表现出回归趋势,叶绿素含量变化具有一定遗传趋势。通过iTRAQ技术对经过空间飞行的两个水稻品种F1代三叶期与分蘖期期的蛋白表达量进行检测,利用生物信息学技术分析光合作用相关差异蛋白,并结合F0代蛋白表达量变化进行分析。两个品种水稻F1代差异表达的蛋白质在三叶期数量均多于分蘖期,三叶期上调蛋白数多于下调蛋白数。东农416三叶期有10个光合作用相关蛋白差异表达,6个蛋白表达水平上调,4个下调;东农416分蘖期6个光合作用相关蛋白差异表达,4个蛋白表达水平上调,2个下调;东农423三叶期有9个光合作用相关蛋白差异表达,6个蛋白表达水平上调,3个下调;东农423分蘖期3个光合作用相关蛋白差异表达,均表现为下调。综合分析F1代与F0代两个品种光合蛋白差异情况,仅有1个蛋白即铁氧还原蛋白在两个品种F1代与F0代中均表现出显著下调趋势,其变化具有遗传趋势。通过荧光定量RT-PCR技术,分别对经过空间飞行的两个水稻品种F1代表现出显著差异的蛋白编码基因进行验证,同时对蛋白质表达未发生明显变化的光合作用关键蛋白编码基因表达量的测定。经空间飞行东农416的F1代基因表达量多呈现为上调,而东农423基因表达量多呈现为下调,同时蛋白质表达量变化趋势于基因表达量变化趋势并不完全一致,部分蛋白表达量未发生变化而基因表达量发生显著变化空间飞行对基因的影响大于对蛋白的影响。结合蛋白质表达量变化与基因表达变化结果选择光合作用关键蛋白暗反应关键酶大亚基编码基因克隆其基因编码序列,对于基因序列和启动子序列进行分析,并未发现明显差异变化。