创制水稻新品种是保障粮食稳产及高产的重要手段,水稻新品种的突破性成就依托于育种手段的不断创新。诱变育种是水稻新品种创制的重要途径之一。高能重离子束是一种新兴的物理诱变源,具有较高的诱变效率及广泛的突变谱,现已普遍应用于作物遗传育种,然而高能重离子束在北方粳稻中的应用还属空白,因此有必要探明北方粳稻的诱变特点及变异规律,为高能重离子束在北方粳稻上的高效应用提供参考。为此,本研究R428供应商以生产上大面积应用的北方粳稻品种为研究对象,通过调查分析M_1、M_2代各个水稻品种农艺性状的变异情况medical biotechnology以及高世代M_6、M_8代的全基因组测序数据,探讨了高能重离子束辐射对北方粳稻农艺性状及基因组的影响。主要研究结果如下:1.高能重离子束辐射对不同水稻品种存活率的影响存在显著差异(P<0.05)。所有品种的存活率随着辐射剂量的升高而逐渐降低,在100Gy处理下绥粳18和中科发5号的存活率显著高于通禾66和吉粳809。不同剂量辐射显著影响了水稻LY2835219配制M_1代的农艺性状(P<0.05),各水稻品种的株高、穗长、结实率、千粒重和产量在不同处理间均存在显著差异,进一步分析表明株高、结实率和粒型是最易受高能重离子束影响的农艺性状。2.水稻M_2代在株型、粒型、抽穗期等方面发生了突变。分析结果表明,水稻M_2代整体突变率存在着明显的品种间差异,绥粳18的突变频率最高,为5%-10%,吉粳809的突变频率最低,约1%;各品种在150Gy处理下呈现较高的变异频率,可推测150Gy是高能重离子束辐射北方粳稻较合适的剂量。不同农艺性状在不同辐射剂量下的变异幅度不同,其中单株产量的变异系数较大,范围为25-50,粒型的变异系数最小,为1-10,同时大量农艺性状在180Gy处理下的变异范围最大。比较不同水稻品种的变异特性发现,辐射对绥粳18和吉粳809的抽穗期、中科发5号的粒型及通禾66的每穗粒数的影响程度最大;在所有水稻品种中,粒型仍然为最容易受高能重离子束影响的农艺性状。突变体各农艺性状之间存在显著的相关性,每穗粒数与穗长、单株产量间存在显著的正相关关系,中科发5号由于其本身的粒型特征,粒长和粒宽的负相关关系最强。3.高能重离子束辐射可引起水稻基因组变异。分析高能重离子束诱变水稻后代的全基因组重测序的结果表明,SNP为最普遍的变异形式,其次为Indel,其变异率都显著高于自然变异率。SNP中常见的变异类型为C:G>T:A,Ti/Tv在2.5±0.1之间;Indel数量随着Indel长度的增加而减少。SNP和Indel在染色体上的分布无规律性,但常发生在基因上下游区和基因间区。4.高能重离子束对水稻基因组的作用包括直接作用和间接作用,诱变可以激活活性转座子,影响基因组稳定性。所有样品中Dasheng,RIRE2,Osr13及Gaijing为普遍存在的转座子,通过比较反转录转座子的插入与缺失发现高能重离子束可能激活Osr13转座子活性,同时在转座子多态性位点附近发现了大量功能基因的突变。5.在吉粳809和通禾899的突变体中检测到大量与抽穗期相关的基因变异,如:OsLFL1,OsMADS51,Ghd2,OsNF-YC2,PHYB,OsLBD38,Hd16,SDG708,OsRR1,OsCRY1b,Hd17,Hd3a,Hd1,SDG711,Se5,OsMADS15,DTH7,Ehd3,Hd18,Oscol15,OsFCA,SDG723,OsCO3,Ehd2,Ehd1,OsMADS56,RCN1,OsGATA28,OsFKF1,DHD1,RCN2,SDG725和OsHAPL1;以及与粒型相关的基因变异,如:GW5,GL5,GS3,GW8,WTG1,GLW7,LGY3和GW6。综上所述,本研究明确了不同水稻品种的变异特性,分析了各品种在不同辐射剂量下农艺性状的变异情况,总结出适宜的高能重离子束辐射剂量及各水稻品种的农艺性状变异特性。同时本研究还挖掘了高能重离子束辐射对水稻基因的影响机制,得到主要的基因变异类型及有差异的活性转座子,并筛选出与表型相关的基因变异。