摘要
重离子束具有独特的生物学特性，可以诱导更高的突变率和更广的突变谱，在诱变育种中被广泛应用。本研究以不同剂量（100Gy、120Gy和140Gy）的碳离子束辐照处理大豆品种“东生28”的种子，构建突变体库以筛选特异性突变体，并在表型水平、生理水平和分子水平探讨了碳离子束辐照大豆的诱变效应。 在后代群体中，鉴定到多种类型的可遗传的变异，包括株高变异、生育期变异、不育株变异、高产变异、抗倒伏变异、卷叶短叶柄变异、品质性状变异、子粒大小变异以及每荚粒数的变异等。综合M1代和M2代出苗率和成活率以及生理参数和主要农艺性状的变异，认为120Gy是碳离子束辐照大豆育种比较合适的剂量。 辐照导致生理损伤，相关生理参数在M1代均发生了较宽范围的变异。除了140Gy对叶绿素a具有一定的负效应以外，辐照处理对叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素和总叶绿素的积累均具有促进作用。相比于对照，丙二醛(MDA)浓度、超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化物酶(POD)活性也发生了范围较宽的变异。但是在M2代，辐照处理的叶绿素浓度和MDA浓度相比于M1代变异幅度明显变窄，而SOD和POD的活性保持了较宽范围的变异。 对M2代和M3代群体91个株系的子粒蛋白质、脂肪、蔗糖、可溶性糖、Fe、Mn、Zn、Cu、大豆黄苷、黄豆黄苷、染料木苷11项品质指标的遗传变异的分析表明，群体中所有指标均发生了丰富的变异，且基本呈正态分布。除蔗糖和可溶性糖以外，其它指标从M2代到M3代仍处于分离中。在更高的世代中进行筛选，获得稳定遗传的突变体的概率更高。较高的辐照剂量对异黄酮和锰(Mn)元素的含量存在一定的抑制效应，但对其它品质指标却具有促进效应。 子粒大小和每荚粒数的改变在碳离子束辐照诱变育种中比较普遍。对典型突变体motp1研究表明，相比于WT，在子粒生长时期，突变体叶片、荚皮和茎秆中淀粉的浓度更高，这可能是大粒形成的物质基础。R6.5时期，是大粒形成的关键时期，前期储存的淀粉在该时期更多的向子粒进行转化。因此，此期突变体子粒蔗糖和可溶性糖的浓度均明显高于WT。而一粒荚、二粒荚的增多，增加了荚皮的库强，为大粒的形成提供了可能。 我们获得的卷叶短叶柄突变体（rlsp1），在大豆中属于首次报道。该突变体叶柄中IAA浓度较低，叶片中IAA浓度差异不显著，叶片和叶柄中ZR浓度较低，ABA和GA3浓度较高;叶片中叶绿素和蔗糖浓度较低，但茎中蔗糖含量较高;突变体对外源IAA的响应也与WT存在不同;突变体rlsp1的叶柄韧皮部不发达，叶片细胞数量少，但是细胞间隙较大。通过转录组分析，分别在叶片和叶柄中鉴定出7946个和5402个差异表达基因。GO富集分析和KEGG富集分析表明，突变体rlsp1的生长素和碳水化合物的信号转导途径被抑制，但微管相关的信号转导途径被促进。在Seq-BSA分析中，筛选了3、6、8、13和17号染色体上的10个区域作为目标基因的候选区域，总共6.47Mb，共计790个基因，其中包括81个含有有效突变位点的有效基因。拟南芥BOP基因的直系同源基因Glyma.03G128600，可能是该突变体形成的重要候选基因。
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