● 摘要
生物再生式生命保障系统的优势在于它能在一个密闭的再生系统内持续再生氧气、水和食物等高等动物生活必需品。植物部件是生物再生式生命保障系统的重要组成部分，了解和掌握空间条件对植物生长发育的影响是确保其正常生长发育从而成功建立生物再生式生命保障系统的首要关键所在。微重力是最独特的空间环境条件之一，研究真实或者模拟微重力对不同植物种类以及不同植物部位的影响对于建立生物再生式生命保障系统意义重大。本研究利用番茄栽培品种“矮生红铃”（Solanum lycopersicum.cv Dwarf Red-bell）作为研究对象，利用三维回旋装置模拟微重力效应，监测在长期模拟微重力处理条件下番茄发芽率、生长势、根毛分布、丙二醛含量、吲哚乙酸含量、乙烯含量以及基因组DNA损伤情况。结果表明模拟微重力处理对番茄发芽率的影响有限，但可以导致丙二醛含量显著升高以及吲哚乙酸含量显著下降，而这也通过模拟微重力处理的番茄材料上较少的根毛数量以及较弱的生长势得以佐证。研究发现处理过程中乙烯含量没有升高，甚至有所降低。相对于1×ɡ对照处理，经模拟微重力处理的番茄基因组DNA发生了降解，条带呈弥散状态，并且降解程度随处理时间延长加深。这些结果表明长期模拟微重力处理对植物生长发育产生多方面的影响。为了研究模拟微重力处理对植物在细胞水平的影响，本研究利用番茄栽培品种“矮生红铃”作为对象，利用三维回旋装置模拟微重力效应，监测长期模拟微重力处理对细胞膜、液泡、线粒体和核仁的影响。结果表明模拟微重力处理对植物细胞膜的伤害随处理时间持续增强，细胞发生液泡化，线粒体结构变化，嵴膨大并以花环状呈现，相对于1×ɡ对照处理，经模拟微重力处理的番茄根尖分生区组织材料中观察到的微核仁数量较多，并且微核仁出现频率随处理时间延长增加。这些研究结果表明模拟微重力处理对植物在细胞水平的影响体现在多个细胞器形状和结构上，并且这些细胞器形状和结构的改变提示与之相关的某些生理功能的改变。为了鉴定番茄中与模拟微重力相关的保守miRNA（microRNA）以及由这些miRNA介导的调节体系，通过直接克隆的方法，我们从番茄（Solanum lycopersicum.cv Micro-Tom）中构建了一个miRNA文库并对此文库进行了分析。7个来源于其它植物中保守的miRNA首次在模拟微重力处理的番茄中发现，经荧光定量PCR方法检测其表达量发现其中6个表达升高，尤其是长时间处理时。基因本体论研究表明这7个miRNA的靶基因大部分参与基因转录调节、信号转导以及胁迫反应等。6个预测的靶基因由5′ RACE验证确为miRNA的靶基因，并且其表达量经荧光定量PCR检测，结果表明伴随着miRNA表达量的增加，其相应的靶基因表达量降低。其中miR159e*的靶基因，可能与微重力条件下淀粉粒数量增加有关。本研究还构建了一个由miRNA介导的植物多重逆境反应调控体系。调控miRNA表达的顺式作用元件以及它们在基因调控中的作用也在本文中进行了研究。除了上述鉴定的7个miRNA，本研究还鉴定了模拟微重力条件下起作用的6个来源于番茄的保守miRNA并分析了其表达情况随模拟微重力处理时间的变化情况。基因本体论研究表明大部分miRNA的靶基因参与细胞器组成、转录调节、信号转导以及代谢过程。本研究还鉴定了6个保守的番茄miRNA基因启动子区的顺式作用元件并对其功能进行了分析。模拟微重力条件下miRNA的鉴定以及功能分析的研究结果将有利于揭示miRNA介导的植物微重力调控机制以及地球重力适应机制，这些机制对于我们理解植物在微重力条件下的生长规律，建立生物再生式生命保障系统内良好的栽培作业规程具有积极意义。