中能重离子束诱变育种具有诱变率高和突变谱广的特点，广泛运用于植物诱变育种工作
中。豆科植物的离子束诱变育种工作已经多有开展，并且取得了丰硕的成果，但其诱变机理
研究还相对缺乏。本研究以豆科模式植物百脉根（生态型：MG-20）为研究材料，采用碳离
子束辐射百脉根干种子，从 M2 代群体进行突变体筛选，对突变率和突变谱进行量化分析，
并使用 ISSR 技术对辐射后代进行遗传多态性表征。M2群体筛选获得了花瓣衰老延迟突变体
（Petal senescence delayed, PSD），借助全基因组重测序分析和转录组测序分析寻找 PSD 的
突变基因和差异表达基因。对转录组数据进行深入挖掘，探索百脉根花瓣衰老的基因调控网
络。
使用兰州重离子研究装置（Heavy Ion Research Facility in Lanzhou, HIRFL）提供的能量
为 80MeV/u 的碳离子束辐射百脉根干种子，辐射的剂量为 0、100、200、300、400、500 和
600 Gy，统计 M1代的萌发率、存活率和根长。结果表明萌发率与剂量无相关关系，存活率
与根长随剂量升高而下降。最终选择 400 Gy 作为半致死剂量，辐射 1200 粒 M1代种子，从
2472 份 M2个体中筛选获得 127 个表型发生变异的个体。突变群体的变异类型包括叶突变、
茎突变、花突变和果实突变，总突变率为 5.14%。然后采用简单重复序列间区（Inter simple
sequence repeat, ISSR）分子标记技术分析 M2代植株的基因组 DNA 多态性。选取了 7 个有
突变表型的 M2个体和 8 个没有突变表型的 M2个体进行 ISSR 分析，多态性条带为 4 条，其
中 7 个有表型个体中共发现 2 条多态性条带，多态率为 0.607%，8 个无明显表型个体中有 2
条多态性，多态率为 0.532%，两组间无显著差异，总多态率为 0.567%。
碳离子束辐射百脉根获得 PSD 突变体未见报道，该突变体花瓣衰老延迟显著，具有较
大的研究价值和潜在的经济价值。结果表明 PSD 单朵花的花期比野生型（WT）长 10 天以
上，PSD 的果荚比 WT 略短，种子数比 WT 略少，但均不能到达显著差异水平。生长周期、
植株形态、叶型和花型均与 WT 无显著差异。台盼蓝染色实验和半薄切片实验结果表明：
授粉后 PSD 花瓣细胞存活时间长于 WT；花瓣萎蔫后，PSD 台盼蓝染色区域少于 WT，细胞
结构较 WT 完整。通过重测序与转录组关联分析，推测 CUFF.19232 为引起 PSD 花期延长
的突变基因。CUFF.19232 注释为木瓜蛋白酶类的半胱氨酸肽链内切酶（CysEPs），包含了
一类 C-末端 KDEL 类内质网保留信号因子（KDEL-CysEPs），与拟南芥 AT5G50260（KDEL-CysEPs）相似率为 82%，具有泛蛋白酶特点。该基因的具体的功能还需进一步研
究。
花瓣衰老是植物生长发育的重要过程之一，百脉根中花瓣的衰老调控机制仍不甚明了。
本研究以百脉根野生型材料（WT）为主要研究对象，探索参与百脉根花瓣衰老的基因，并
用 PSD 突变体作为验证。通过对 WT 和 PSD 中差异表达基因的分析，筛选出 4 个关键衰老
相关基因和 22 个泛素化相关基因参与了百脉根花瓣衰老。74 个转录因子家族参与百脉根花
瓣衰老的信号传导，其中 AP2-ERFBP 家族成员最多。并筛选出参与百脉根花瓣衰老的 7 种
植物激素相关基因，其中乙烯合成关键基因 ACS1 和 ACO1 表达上调，多个乙烯响应转录因
子（RAP2-3，ERF010，ERF060 和 ERF112）表达上调。对这些基因的 RT-PCR 验证结果与
转 录 组 测 序 结 果 一 致 。 体 外 喷 洒 乙 烯 生 物 合 成 中 间 体 1- 氨 基 环 丙 烷 -1- 羧酸
（1-aminocyclopropane-1-carboxylic acid, ACC）和抗乙烯剂硫代硫酸银（silver thiosulfate, STS）
实验表明，ACC 能够加速花瓣衰老，STS 则能够有效延缓花瓣衰老，进一步说明乙烯是参
与百脉根花瓣衰老的关键因素。
通过上述研究，我们建立了中能碳离子束辐射百脉根 M2代突变体库，并且用分子标记
方法考察了辐射诱变对后代 DNA 多态性的影响。花瓣衰老突变体经基因组和转录组关联分
析，初步认为 CUFF.19232 是引起 PSD 花瓣衰老延迟的突变基因。另外，本研究对百脉根
花瓣转录组进行了深入挖掘，探索了参与百脉根花瓣衰老的基因，证明了授粉是花瓣衰老的
一个重要时间点，而且乙烯在百脉根花瓣衰老中有重要作用。