光合作用是地球上最大规模的利用太阳能把二氧化碳和水合成有机物并放出氧气的过程，为几乎所有的生命活动提供能量。光合作用是植物物质合成的关键反应，是影响植物生物量的主要限制因子，也是受控生态生命保障系统建立的理论基础。阐明光合作用对空间环境的响应机理、提高植物在空间环境下的光合作用效率是受控生态生命保障系统研究的关键问题。为深入了解高等植物光合作用对微重力等空间环境的适应机制，我们研究了空间飞行环境以及地面3D回转器模拟微重力效应对水稻幼苗光合器官结构与功能的影响。免疫印迹、蓝绿胶以及iTRAQ分析等结果显示，微重力及模拟微重力效应导致光合作用相关蛋白尤其是光系统Ⅰ蛋白显著下调。对水稻幼苗的光合功能研究显示，空间飞行和模拟微重力效应造成水稻幼苗光系统Ⅰ反应中心P700在820 nm的吸收(A820)、光系统Ⅰ光合效率(φ1)以及光系统Ⅰ低温荧光发射峰显著下降，而光系统Ⅱ活性没有显著变化，显示光系统Ⅰ比光系统Ⅱ更易受到微重力的伤害。