在染色体组多倍化水平上来研究稻属植物的潜在价值是水稻遗传改良的重要研究方向之一。为了进一步阐明染色体组加倍在水稻育种中的潜在价值,以二倍体水稻630-2X和SP-2X以及相应同源四倍体630-4X和SP-4X为试验材料,通过栽培试验与性状分析,首次系统地研究了染色体组加倍后水稻在形态、生理及品质等性状方面的变异及相应的变异机理,同时,也对不同染色体组倍性水稻对N+离子照射的反应进行了研究。结果表明：染色体组加倍后,在两个不同材料中均呈现增加效应的性状共有34个,占总调查性状的70.8%。这些性状主要以形态特征为主,同时也有部分品质性状如籽粒中的淀粉和一些微量元素含量。然而,涉及到水稻生长发育的性状,如发芽率、幼苗存活率、分蘖数、结实率、单株产量、旗叶光合速率和旗叶叶绿素含量等在不同的试验材料中均有所降低,占总调查性状数的14.6%。株高、侧根初生木质部和籽粒中的蛋白质、P、Ca、Fe、Na含量在不同的试验材料中则表现出相反的结果。对不同染色体组倍性水稻的光合特性进一步研究表明：在水稻生长发育的早期,一天中在早上及傍晚的弱光条件下,同源四倍体水稻的光合速率要高于相应的二倍体水稻的光合速率,其余时间则低于相应的二倍体水稻的光合速率。同源四倍体水稻在高光强或干旱条件下其光合速率也高于相应的二倍体水稻的光合速率。这意味着同源四倍体水稻在极端条件下能够保持一定的光合优势。对不同染色体组倍性水稻抗旱机理的研究表明：同源四倍体水稻抗旱性增强的原因在于干旱条件下能够保持比较高的光合速率,叶绿素含量,ΦPSII, Fv/Fm和SOD、POD、CAT、PEPC活性以及比较低的02·-产生速率和MDA含量。同时,水稻染色体组加倍后,根系特征的变化也是引起水稻抗旱性增强的重要因素之一；虽然同源四倍体水稻生长发育前期在根干重、根冠比、根体积、根总吸收面积、根活跃吸收面积、和根a-NA氧化量等性状上与相应的二倍体水稻相比没有明显的优势,甚至有些性状还低于相应的二倍体,但在生长发育的中后期,同源四倍体水稻的上述根部性状均高于对应的二倍体水稻的上述根部性状,这种优势增强了同源四倍体水稻在中后期对土壤养分和水分的吸收和利用能力,这也是同源四倍体水稻在中后期表现出较好的生活力及抗旱性的原因之一。对水稻染色体组加倍后淀粉和蛋白质含量变化机理的研究表明：同源四倍体水稻淀粉含量增加的原因在于染色体组加倍后,ADP-葡萄糖焦磷酸化酶、淀粉分支酶和可溶性淀粉合成酶等淀粉合成关键酶的活性在整个灌浆期间均有不同程度的增加,这些酶活性的增加促进了同源四倍体水稻中淀粉的合成。染色体组加倍对不同水稻的蛋白质含量影响不同。对于同源四倍体630-4X,染色体组加倍提高了灌浆期水稻籽粒中谷草转氨酶、谷丙转氨酶和谷氨酰胺合成酶等蛋白质合成关键酶的活性,进而促使同源多倍体水稻630-4X籽粒中蛋白质含量的增加。而对于同源四倍体SP-4X,染色体组加倍降低了谷氨酰胺合成酶的活性,使之成为同源四倍体SP-4X蛋白质合成的瓶颈,进而导致同源四倍体水稻SP-4X籽粒中蛋白质含量的降低。N+离子束注入对二倍体的大多数性状具有不同程度的增加效应,而对同源四倍体水稻的大多数性状具有不同程度的降低效应。N+离子束注入后,二倍体水稻的19个性状显著增加,6个性状显著降低,而同源四倍体水稻的10个性状显著提高,15个性状显著降低。因此,同源四倍体水稻对N+离子束注入也很敏感。值得注意的是,N+离子束注入会导致同源四倍体水稻籽粒中的8种矿质元素含量减少。