蒙农红豆草是一种多功能性牧草,除作饲料外,还可美化环境,同时也是重要的蜜源植物。但由于其育成和使用年限已有20余年,其丰产性和抗寒性逐渐退化,因此亟需对其进行提纯复壮及品种的更新换代研究。本研究利用甲基磺酸乙酯(EMS)诱变蒙农红豆草吸胀种子确定半致死剂量,并以此剂量构建M1代突变群体,一方面以低温(2℃)发芽方法筛选抗寒性较强的突变植株;另一方面混合收种构建M2、M3代突变群体,对突变群体主要进行以下3方面的研究:①通过SSR分子标记对不同突变群体进行遗传多样性分析,目的从分子层面确定不同突变群体DNA多态性;②以M1、M2代突变群体为试验材料,通过SPAD值和株高对突变群体进行初步鉴定分类,比较不同类型中突变植株的叶绿素含量和光合特性,目的筛选红豆草高产育种亲本材料;③在M1代突变群体中获得浅色花突变体,通过对不同花色表型、结构、成分以及转录组的研究,为红豆草的进一步开发利用提供理论基础。主要研究结果如下:(1)EMS诱变强度的增加导致蒙农红豆草种子发芽力和活力的降低,其中0.9%的EMS处理18 h吸胀种子达到其半致死剂量,也是建立蒙农红豆草突变群体的适宜剂量。在蒙农红豆草的突变群体中,出现了叶色、叶量、花色、花序分枝等多个变异性状,其中多叶变异率较高,在M1代中达到30%以上。(2)EMS诱变蒙农红豆草吸胀种子获得的M1代诱变植株,在幼苗期和越冬期的低温胁迫下其主要生理生化指标发生显著变化,同时其越冬期根部结构也有明显变化,说明EMS诱变吸胀种子后在低温条件下发芽筛选得到的植株其抗寒性强于对照。蒙农红豆草M2代的突变体植株(SPAD为25.28～48.84,株高为80～107 cm),其光合速率最高(5.76 μmol·CO2·m-2·s-1)、水分利用效率也较高(2.33 μmol·mmol-1),可作为其高产育种的亲本材料。23对引物在蒙农红豆草不同群体多态性位点比例变化为M3>M2>M1,说,说明EMS诱变后代其遗传物质多态性逐代增强,由于育种目标的不同M3代蒙农红豆草突变群体也可作为育种亲本材料的筛选群体。(3)EMS诱变蒙农红豆草获得的浅色花突变体与对照的粉红色花和紫红色花为3种不同的色系,根据黄度值(b*)和色相角(h°)将浅色花突变体的花色定义为黄白色花。在3种花色中共检测到10种类黄酮和5种花青素,其中6种山奈酚衍生物、2种矮牵牛素衍生物、2种飞燕草素衍生物和1种锦葵素衍生物为首次在蒙农红豆草的花瓣中报道。(4)不同花色不同时期蒙农红豆草花瓣转录组测序共得到81319631904个核苷酸(约 81Gb),5.47 亿多个 reads,53009 条 Unigene,其中 6202 条 Unigene 上具有SSR位点,平均每5.86 kb就有1个SSR位点;重复基元数量主要以三核苷酸为主(49.13%),二核苷酸次之(22.07%);在重复基元类型中以AG/CT最高(16.16%),其次为AAG/CTT(14.30%);基元重复次数种类最多为三核苷酸(1 1种),二核苷酸次之(10种),随着基元重复次数的增加核苷酸的数量减少;具有高度多态性潜能的SSR(长度≥20 bp)有3130条(38.29%)。其中共有6396个基因被注释到KEGG代谢通路中,共找到和花色相关的3条代谢通路,分别是类黄酮代谢通路、黄酮和黄酮醇代谢通路以及花青素代谢通路,其中与类黄酮代谢通路合成相关的差异基因38条,黄酮和黄酮醇代谢通路合成的相关差异基因有10条,花青素代谢通路合成的相关差异基因有1条。(5)通过对蒙农红豆草不同花色花瓣的转录组测序和qRT-PCR的验证,共找到7个控制其花色的关键基因,分别为4CL3、ANR、LAR、FLS、CHS、DFE、ANS,其中CHS、DFR、ANS表达量增加导致花色的加深。