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水稻是世界上最重要的粮食作物之一,为超过1/3的人口提供主食。粮食危机的警钟仍不时敲响,提高水稻产量仍然是水稻育种的重要目标。创新育种方法非常必要。设计育种是后基因组时代的一个新课题。设计育种的核心是对自然变异的有效创造和利用。因此,创建并鉴定有利的等位基因变异是一个重要环节。水稻籽粒的形状和大小影响着水稻的品质和产量,因此它作为一个农艺性状在水稻育种中发挥着重要作用。然而,粒型是由多个基因控制的数量性状,它们的遗传机制很复杂,到目前为止尚未完全了解。水稻染色体片段代换系（CSSLs）与受体亲本的遗传差异仅存在于少量几个代换片段,利用这些代换片段对目标QTL的识别更为有效,因而是进行遗传分析的合适材料。尤其,水稻染色体片段代换系可以创造丰富的自然变异,鉴定出的有利等位基因可以直接应用于育种实践。因此,CSSL是复杂性状遗传分解和基因鉴定的良好材料,也是设计育种的重要资源。本研究以我们培育的优良籼稻恢复系西恢18作为受体亲本、耐逆性强的粳稻品种沪旱3号为供体亲本,通过高世代回交、自交,结合水稻全基因组分子标记辅助选择的方法,鉴定了两个水稻短宽粒CSSL-Z436和CSSL-Z413。本文以这两个CSSLs为研究材料进行了一系列研究。主要结果如下:1.CSSL-Z413代换片段的鉴定和重要农艺性状分析Z413是以籼型优良恢复系西恢18为受体亲本,沪旱3号为供体亲本,经高代回交和自交,结合全基因组分子标记辅助选择方法选育而成。Z413含有来自沪旱3号的6个代换片段,分布于第1、2、3、5和11号染色体上,平均代换长度为3.38Mb。与受体亲本西恢18相比,Z413的株高、每穗实粒数、每穗总粒数、粒长、长宽比、单株产量、一次枝梗数和二次枝梗数分别显著降低15.9%、34.2%、23.0%、11.8%,32.3%,12.8%,34.2%和15.3%。Z413的每株有效穗数、粒宽和千粒重分别比受体西恢18显著增加76.4%、29.9%和7.28%。2.CSSL-Z413携带的重要农艺性状的QTL以西恢18/Z413构建的次级F2群体为水稻重要农艺性状的QTL定位群体,共鉴定出12个重要性状的QTL,包括1个株高QTL、1个每株有效穗数QTL、2个粒长QTL、2个粒宽QTL、1个长宽比QTL、1个一次枝梗数QTL和1个二次枝梗数QTL、1个每穗粒数QTL、1个每穗总穗数QTL和1个千粒重QTL。3.Z413的次级代换系培育在QTL定位基础上,利用分子标记辅助选择（Molecular marker-assisted se-lection,MAS）法在F3代共选出18个纯合的次级代换系,包括1个单片段代换系,7个双片段代换系,7个三片段代换系和3个四片段代换系,这些代换系的培育为这些QTL的进一步分离奠定了基础。4.CSSL-Z436的代换片段鉴定和重要农艺性状的分析Z436是以优良长粒籼型恢复系西恢18为受体亲本,短宽粒品种沪旱3号为供体亲本育成的。Z436携带来自沪旱3号的8个替换片段,平均替换长度为4.49Mb（籼稻9311为参考基因组）。与西恢18相比,Z436的粒宽和千粒重分别增加25.6%和16.4%,达到0.05显著水平。Z436的粒长、长宽比、每穗总粒数、每穗实粒数、株高和二次枝梗数显著降低7.6%、26.4%、22.1%、17.4%、19.6%、21.0%。单株穗数在二者间差异不显著。5.Z436携带的重要农艺性状的QTL定位以西恢18/Z436杂交构建的由150株单株组成的次级F2分离群体为QTL定位群体。以P＜0.05为QTL存在的阈值,在Z436的替换片段上共鉴定出18个水稻重要农艺性状的QTL。其中株高QTL有1个,穗长QTL有1个,一次分枝数QTL有1个,每穗总粒数QTL有2个,结实率有1个,粒长QTL有2个,粒宽QTL有4个,长宽比QTL有3个,千粒重QTL有3个。6.Z436的目标QTL的次级代换系选育在QTL定位的基础上,利用分子标记辅助选择技术在F3代选育了15个次级代换系,包括7个单段代换系（S1～S7）和8个双片段代换系（D1～D8）。7.利用单片段代换系进行目标QTL的验证利用相应的7个SSSLs验证了q GL11、q GW5、q GWT5、q RLW5、q RLW11、q SPP7和q SSR7等7个QTL的遗传稳定性。此外,S1～S7还检测到了18个新QTL,包括q PH4、q PH5、q PL4、q NPB5、q NPB11、q SPP4、q SPP5、q SSR4、q SSR5、q GL6、q GL7、q GW2-1,q GW2-2,q GW6、q GW7、q RLW2-1、q RLW2-2、q RLW6和q RLW7,表明SSSL消除了个体间遗传背景的干扰,具有更高的QTL的检测效率。8.利用双片段代换系和相应单片段代换系的QTL的加性和上位性效应分析不同QTL的聚合产生不同的上位效应和不同的表型,而一些QTL间聚合则表现独立遗传。如双片段代换系D6携带第5号和7号染色体的代换片段,粒宽QTL-q GW5（a=0.28）和q GW7（a=0.2）以及千粒重QTL-q GWT5（加性效应=4.95）和q GWT7（a=4.5）的聚合分别产生了-0.32和-5.55的上位性效应,暗示了其遗传效应使D6的粒宽和千粒重分別增加了0.16 mm和3.90 g。表明q GW5、q GW7和q GWT5、q GWT7的聚合产生了比含有单个QTL的单片段代换系更窄、更轻的籽粒。而q GWT2-1（a=1.45）和q GWT7（a=4.50）的聚合产生了-3.90的上位性效应,其遗传效应使D2增加了2.05 g的千粒重。这样,D2的千粒重（30.7g）比含有单个QTL-q GWT2-1的S1重（29.5 g）,而比含有q GWT7的S6（35.6 g）轻。在D4中聚合总粒数q SPP4 and q SPP7及在D6中聚合q SPP5和q SPP7均表现独立遗传。尽管从现象上看纷繁复杂,但从本质上,两QTL聚合的表型,则取决于聚合基因型的遗效应（各QTL加性和上位性效应的代数和）与单个QTL加性效应的比较。如此可预测聚合基因型的表型,因此在设计育种中具有重要意义。