重离子束作为一种新兴的辐射诱变源,具有生物诱变作用强、诱发突变谱广、突变率高、DNA损伤修复率低等优点,已经成为植物品种改良的重要手段。通过重离子辐射诱变的突变体除了直接或间接用于植物品种的改良之外,一些具有重要突变性状的突变体也可用于基因功能的研究,成为正向遗传学的重要研究手段,推动了功能基因组学的研究。浮萍生长速度快、淀粉含量高,是一种极具有应用前景的淀粉类能源植物。本研究以浮萍为研究对象,利用兰州重离子加速器辐照终端诱变浮萍愈伤,建立浮萍重离子辐射诱变突变体库,在此基础上利用淀粉染色和淀粉含量测定等方法筛选高淀粉突变体。随后对高淀粉突变体进行机制解析,测定其淀粉含量、淀粉粒大小及数目、最大光化学效率和叶绿素含量等生理指标。随后对高淀粉突变体进行了转录组测序分析,揭示重离子辐射诱变高淀粉突变体分子机制,以期为浮萍重离子辐射诱变育种奠定基础,同时提供高淀粉浮萍新种质。取得主要结果如下:(1)浮萍重离子诱变条件优化结果显示,随着辐照剂量的增加,浮萍愈伤的致死率提高,20 Gy以下,浮萍愈伤致死率较低,其半致死辐照剂量在50 Gy左右。此外,重离子辐射诱变后的浮萍再生植株出现叶片变大、叶片褶皱、根变粗和根缠绕等特殊表型。(2)高淀粉突变体筛选结果显示,通过对2 000个浮萍突变体进行碘碘化钾染色,发现55个浮萍突变体叶片染色较野生型深,作为候选高淀粉突变体进行后续筛选。进一步通过测定干鲜重比值,筛选到15个浮萍突变体的干鲜重比值较野生型浮萍高。随后测定15个浮萍突变体的淀粉含量,筛选到5个浮萍突变体的淀粉含量明显高于野生型。最后对5个浮萍突变体的淀粉含量和生长曲线进行测定,发现其中一株突变体(HS)淀粉含量显著高于野生型浮萍,且其生物量积累与野生型浮萍接近,最终确定HS为高淀粉突变体。(3)高淀粉突变体HS的生长曲线测定结果显示,HS的生物量与野生型没有显著差异,HS的淀粉含量显著高于野生型,是野生型的2.57倍。结合生物量和淀粉含量计算淀粉产量,结果显示HS的淀粉产量显著高于野生型,是野生型的2倍。此外,还发现高淀粉浮萍突变HS的叶片较野生型小。(4)缺氮可以快速诱导浮萍淀粉积累,对高淀粉突变体HS和野生型浮萍进行缺氮处理,结果显示缺氮处理后高淀粉突变体淀粉含量显著高于野生型,进一步利用透射电子显微镜对缺氮0、1、3、5天后的野生型株系和高淀粉突变体进行淀粉粒观察,结果显示缺氮处理后高淀粉突变体HS和野生型淀粉粒均较未处理增大,淀粉粒数目也随着缺氮时间延长大幅增加。进一步对同一缺氮条件下高淀粉突变体和野生型进行对比,发现高淀粉突变体淀粉粒较野生型更大,淀粉粒数目也显著高于野生型。随后我们对缺氮处理下高淀粉突变体和野生型的最大光化学效率(Fv/Fm)和色素含量进行测定,结果显示高淀粉突变体色素含量高于野生型株系,野生型株系最大光化学效率随着缺氮时间延长显著降低,而高淀粉突变体一直维持较高水平,缺氮初期低于对照,缺氮后期高于野生型。(5)为了深入研究重离子诱变高淀粉突变体分子机制,我们对高淀粉突变体HS和野生型浮萍的缺氮处理第0、1、5天的转录组进行了测序,共得到Clean Bases116.30 Gb,Unigene共47 616个,差异表达基因8 437个,显著富集到421条GO条目,显著富集的Pathway途径有9条。在差异表达基因中,有91个基因与高淀粉浮萍突变HS的淀粉代谢有关。差异基因富集分析结果显示高淀粉突变体光合作用捕光天线相关蛋白、光合作用、碳固定、单萜类生物合成、苯丙素代谢、生物素代谢、植物和病原菌互作、昼夜节律、乙醛酸和二羧酸代谢等代谢通路显著性富集。为了验证转录组测序结果,我们对光合作用和淀粉代谢途径差异基因进行了荧光定量PCR验证。结果与转录组测序结果一致,高淀粉突变体在光合作用捕光天线蛋白以及光合作用途径相关蛋白均与野生型株系存在显著性差异。淀粉代谢通路结果显示高淀粉突变体在淀粉降解途径与野生型株系相比发生了显著性差异,其中α-淀粉酶、β-淀粉酶、淀粉磷酸化酶和β-葡萄糖苷酶基因表达均较野生型株系显著性降低。最后我们测定了α-淀粉酶和β-淀粉酶的活性,结果与荧光定量和转录组测序结果一致,高淀粉突变体淀粉降解关键酶α-淀粉酶和β-淀粉酶活性较野生型株系显著降低。