太空辐射尤其是重离子辐射可造成DNA的破坏、细胞死亡、以及一些癌症的发生,而空间微重力等因素会导致机体心血管功能失调、神经系统疾病、免疫功能下降等一系列生理反应,但其作用机制目前尚不清楚,这些问题都是人类深空探索进程中急需克服的难题。本文通过重离子加速器产生12C6+重离子束对大鼠头部进行一定剂量的辐射,模拟空间重离子辐射对中枢神经系统(CNS)的生物学效应。采用基于1HNMR的代谢组学方法对辐射大鼠大脑额叶皮质区进行了测定分析,结合数据的统计分析和检验,发现了包括一些重要CNS神经递质在内的代谢物含量发生明显变化。这些代谢物主要为：牛磺酸、乳酸、谷氨酸、4-氨基丁酸、以及磷酸胆碱等。结合差异蛋白质组结果分析,包括4-氨基丁酸、谷氨酸、乳酸、牛磺酸等在内的代谢物参与的主要生物途径,如神经递质的合成途径,以及神经递质受体介导的信号途径可能受重离子辐射的负面影响。这些发现将为进一步阐明重离子辐射效应的分子机制提供有利信息,从而为从生物学途径探寻有效重离子辐射防护措施提供依据。论文还通过代谢组学方法研究微重力对免疫器官的影响,试图发现与微重力效应相关的关键代谢物,为进一步分析代谢通路,探明微重力效应的分子机制奠定基础。采用大鼠吊尾模型模拟微重力效应,并基于1H NMR和模式识别方法(PR)分析进行研究,发现在吊尾大鼠的脾脏极性提取物中与对照组相比乳酸、磷酸乙醇胺、天冬氨酸、甘氨酸、抗坏血酸、牛磺酸等代谢物的相对含量发生了较为明显的变化；而在吊尾大鼠胸腺的极性代谢提取物中牛磺酸、O-磷酸胆碱、抗坏血酸、丙氨酸、乳酸、甘氨酸等几种代谢物的相对含量发生了明显的变化。