空间环境是具有多种辐射类型的复杂环境,空间辐射会引起机体的氧化应激效应,且空间高能重离子会造成更大的辐射氧化损伤。为了探究空间高能重离子辐射对水稻的内源持久性活性氧簇的能量效应,本课题通过实践十号空间飞行搭载的生物辐射盒堆叠日本晴水稻种子进行全周期培养处理,本次实验选取单次重离子击中水稻种子进行分析,按照辐射能级参数LET值,将实验分组分为RN(空间未受重离子辐射组)、R30(LET 10-30 KeV/μm)、R60(LET 30-601 KeV/μm)、R100(LET 60-100 KeV/μm)、R200(LET 100-200 KeV/μm)、R300(LET>200 KeV/μm)组。从表型、光合效能、活性氧簇的过氧化氢和超氧阴离子表达量、转录组测序水平进行比较分析,进一步探究空间辐射具有能量效应。以上结果表明,实践十号空间飞行后使种子发芽率受到抑制,分蘖期株高无显著性变化;在分蘖数方面,空间辐射使水稻的蘖数下降,并在LET30-100KeV/μm范围内产生显著性降低。在分蘖期的光合效能方面,测得最大量子产量Fv/Fm在各空间辐射组和地面对照组无显著性差异。通过活性氧簇(ROS)荧光探针对过氧化氢和超氧阴离子进行检测,发现过氧化氢含量在RN和各个HZE辐射组相较于CK组均有上升趋势,且在高LET范围(100-200KeV/μm)产生极显著性上调;而超氧阴离子含量在RN组和HZE辐射组均有下降;说明辐射引起的内源性ROS在分蘖期仍有较高水平,持续到了慢性期,以过氧化氢为主。通过全基因组表达测序分析,发现空间飞行引起了广泛基因的差异性表达,差异表达基因的数目在LET30-150KeV/μm范围内呈现出随LET升高表达量上升的LET效应;其中参与遗传物质结构组装和调节、核酸分子代谢以及基因表达调控相关基因的表达水平呈现出明显的LET依赖性效应。对ROS感受传导、产生和清除相关基因的分析也发现大量的ROS通路转录因子和级联传导信号分子出现了依赖LET值的动态变化水平,ROS清除途径中引起了广泛的以去除过氧化氢为主的基因响应。本课题为探究空间HZE辐射的LET效应提供理论基础。