植物是受控生态生命保障系统(Controlled Ecological Life SupportSystem，CELSS)中至关重要的组成部分。植物的光合作用是CELSS体系中完成物质代谢和能量循环的中心反应。为了探究空间微重力对于植物光合作用及蛋白质表达的影响，本文以模式植物水稻为研究对象，对地面2D回转器模拟微重力及密闭培养条件下水稻幼苗光合作用受到的影响进行研究;通过地面3D回转器模拟微重力对水稻幼苗光合作用和蛋白表达谱进行分析;对神舟八号飞船搭载返回后的水稻幼苗进行光合生理的测定，通过iTRAQ(Isobaric tags for relativeand absolute quantification)技术对空间返回后的水稻幼苗叶片进行蛋白质组学的研究。本文通过模拟微重力及空间微重力条件下水稻幼苗光合作用及与光合作用相关蛋白质变化的研究，探究空间环境对高等植物生长发育、光合代谢以及蛋白表达等方面的影响，为建立一个良好的受控生态生命保障系统提供理论基础。　　在2D回转器模拟微重力及密闭培养状态下，通过对水稻幼苗生长及光合生理的测定表明，水稻幼苗的生长不受模拟微重力及培养条件的影响;密闭及透气培养条件下，经过回转后均会导致叶绿体超微结构的改变，其表现在于，叶绿体膨胀，基粒片层数减少;单独的密闭培养或回转作用对PSⅡ的光合活性，色素含量均不产生影响，只有在模拟微重力和密闭培养协同作用下，水稻幼苗光合色素含量、PSⅡ的最大光化学效率（Fv/Fm）、实际光化学效率(ΦPSⅡ)以及热致发光峰的强度均降低。实验表明，2D回转器起到了模拟微重力的效应，但是单独的回转作用或密闭培养对PSⅡ的光合活性不产生影响。只有在模拟微重力及密闭培养协同作用下，水稻幼苗PSⅡ的光合活性才会受到影响。因此，空气流动性对空间植物培养至关重要，加强与环境之间的气体交换，这样可以使植物的生长及光合作用受到较小的影响。　　在2D回转器模拟微重力的基础上，我们进行了3D回转器模拟微重力及神舟八号飞船的空间搭载实验。我们对微重力及模拟微重力条件下，水稻幼苗进行生长、叶绿体超微结构、光合生理及蛋白表达谱的分析。微重力及模拟微重力条件下，水稻幼苗的生长不受影响。叶绿体的超微结构发生了改变，叶绿体基粒数以及基粒片层的垛叠数变少，基粒类囊体膜的垛叠变得松散，出现了肿胀的结构。空间微重力条件下，叶绿体的形态发生了较大的变化，出现了更多球形的叶绿体，并且叶绿体基粒数目降低的更多。　　P700氧化还原动力学测定表明，微重力和模拟微重力条件下，由饱和远红光引起的820 nm(△A820)吸收峰分别降低了36.2％和37.6％，PSⅠ的效率(ΦⅠ)分别降低了10.5％和14.3％。PSⅡ的最大光化学效率没有发生改变。77K低温荧光光谱学的分析表明，在微重力及模拟微重力条件下，光能向PSⅠ的分配受到影响，能量更加趋向于流向PSⅡ。　　模拟微重力条件下水稻幼苗光合膜蛋白的免疫印迹实验表明，PSⅠ的核心蛋白PsaA，PsaB以及捕光色素天线蛋白Lhca1-4都有不同程度的降低。蓝绿胶的实验分析结果表明，光系统Ⅰ的PsaA/B，PsaL以及PsaH蛋白含量降低，PSⅡ蛋白无显著变化。　　通过对模拟微重力及地面对照实验组进行双向电泳图谱的分析，检测到稳定出现的蛋白为998个，其中有62个蛋白发生了显著变化(p＜0.05)。差异蛋白一共被分为11大类，其中参与能量代谢蛋白所占比例最高，为30.65％。其余的差异蛋白分别参与了物质代谢、疾病/防御、蛋白合成与储存等。　　我们通过iTRAQ技术对空间飞行及地面对照水稻样品进行蛋白质组学研究，一共鉴定到1894稳定出现的蛋白。其中有458个蛋白发生了显著变化(p＜0.05);微重力条件下，288个蛋白上调，170个蛋白下调。经过鉴定的有功能的差异蛋白点中，其中参与能量代谢蛋白(17.25％)，参与物质代谢相关蛋白(13.10％)，参与蛋白合成后储存与降解蛋白(12.66％)，参与疾病和防御相关蛋白(12.01％)。其余的蛋白参与了基因转录、次生代谢、蛋白合成、信号转导等。在能量代谢中参与光合作用相关的蛋白所占比例最高(53.16％)，在微重力条件下有37个蛋白下调，5个蛋白上调。其中PSⅠ中下调的蛋白为7个，PSⅡ中下调的蛋白为10个。在疾病/防御相关蛋白中，有14个定位在叶绿体的蛋白参与了叶绿体有毒的活性氧的清除。其中在微重力条件下10个蛋白上调，4个蛋白下调。　　通过模拟微重力及微重力条件下实验表明，微重力条件对水稻幼苗的光合作用及蛋白质表达产生了一定的影响。微重力条件及模拟微重力条件下叶绿体的超微结构发生改变;水稻幼苗在两种条件下都可以正常生长。一般情况下，PSⅠ相对于PSⅡ更加稳定，但是在微重力条件下，PSⅠ更易受到影响。PSⅠ的活性降低;PSⅡ的活性受到的影响较小。在微重力及模拟微重力条件下，PSⅠ在中等光强下产生了光抑制现象，导致PSⅠ活性的降低。微重力及模拟微重力对于植物而言是一种逆境，因此在这两种情况下与疾病和防御相关的蛋白发生上调。说明为了应答这种逆境环境，水稻幼苗通过改变自身蛋白的表达，从而使自身更加适应微重力这种生存条件。