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杂种优势是生物界普遍存在的一个重要的遗传现象。杂种优势的利用是人们提高作物产量、品质、抗逆性等的一个重要手段。芸薹属作物也是优势育种利用比较普遍的一类作物。该类作物种类繁多，栽培面积大，既是重要的蔬菜品种又可以作为油料、观赏、药用植物以及饲料的来源等，因而具有重要的经济价值。但是由于人们对杂种优势形成机理的认识还非常有限，极大地限制了杂种优势育种在农业生产中的应用。本研究以来自芸薹种（Brassica campestris L．，syn．B．rapa L．）3个亚种的4个自交系：‘矮脚黄’白菜（ssp．chinensis Makino cv．Aijiaohuang）自交系‘Bcajh97-01’、‘黄芽菜’大白菜（ssp．pekinensis Olsson cv．Huangyacai）自交系‘Bchyc98-02’、‘白蔓菁’芜菁（ssp．rapifera Sinsk cv．Baimanjing）自交系‘Bcbmj98-03’和‘上海青’白菜（ssp、chinensis L．Hanelt cv．Shanghai-qing）自交系‘Bcshq98-04’及其杂交后代为研究对象，分别从分子数量遗传学、基因表达水平、光合作用的杂种优势以及杂种耐低P胁迫机制等四个方面入手，研究了杂种优势形成的分子生物学基础。获得的主要研究结果如下：（1）以4个亲本及其包括正反交在内的9个杂种一代为材料，研究了生物学产量及其构成性状、光合作用和叶绿素含量在杂种和亲本中的表现。结果表明多数组合的产量构成性状在定植后的第20、45和70 d都表现出明显的中亲或超亲优势；收获时的生物学产量优势最为明显，最高表现出181.2％的超亲优势。各组合的光合作用均显著高于双亲，表现出7.2％～29.5％的超亲优势。光合作用与株高、叶数、最大叶宽、植株鲜重和干重等性状呈显著正相关。但是叶绿素含量未表现出明显的杂种优势。（2）以‘Bcajh97-01’、‘Bcbmj98-03’及其杂交得到的F1和F2代群体为研究对象，利用141个AFLP标记构建了白菜的遗传连锁图谱。该图谱包括17连锁群，全长2063 cM，相邻标记间的最小遗传距离为0.4 cM，最大距离为37.3 cM，平均16.6 cM。利用该图谱对植株的生物学产量、地上部重、株高、株幅1&2、最大叶长、最大叶宽、叶数、直根直径1&2和直根重等性状进行QTL定位。采用复合区间作图一共检测到23个主效QTL，单个QTL可以解释4.4％～47.8％的表型变异，每个性状的所有QTL可以解释累计达16.96％～61.59％的表型变异。对这些QTL的效应进行分析发现65％（15／23）的QTL表现为超显性效应。（3）利用Epistacy软件对这11个性状进行了两位点互作分析。在P＜0.005水平一共检测到444个两位点互作，平均每个性状达到40个上位性互作。在P＜0.001和P＜0.0005水平，仍然有76个和43个互作表现为显著。研究还发现成对性状之间或者复合／组成性状之间存在部分一致的互作位点。（4）以‘Bcajh97-01’、‘Bcbmj98-03’及其杂种一代为材料，利用cDNA-AFLP技术分析杂种与亲本基因表达的差异。从杂种特异表达的条带中成功克隆了17个片段。测序后序列比对结果表明，17个片段中的15个分属于14个UniGene。其中有4个与叶绿体有关，2个与线粒体有关，其他片段与内膜系统、细胞溶质等有关。这些基因参与了核酸代谢、碳水化合物代谢、寡肽转运、蛋白质合成、胞内蛋白转运、蛋白复合体装配、蛋白质折叠、蛋白质水解等生物过程；具体功能涉及到激酶、水解酶、甲基转移酶等酶活性、叶绿体生物合成、元素结合、核酸结合以及转运等。（5）以‘Bcajh97-01’、‘Bcbmj98-03’及其正反交杂种为材料，利用气体交换和叶绿素荧光技术对其光合过程进行了较为系统的研究，并对卡尔文循环中的关键酶核酮糖1，5-二磷酸羧化／加氧酶（RuBisCO）在亲本及杂种中的含量进行了比较。结果表明，在整个实验期间，杂种一代的净光合速率（Pn）显著高于双亲，具有较强的杂种优势。杂种气孔导度（Gs）也高于亲本，但其胞间CO2浓度（Ci）和气孔限制值（l）与亲本间没有明显的差异。杂种总叶绿素含量介于双亲之间，仅表现出微弱的中亲优势。杂种PSII光合电子传递量子效率(φPSII)及光合电子传递速率（ETR）显著高于亲本，其变化趋势和PSII反应中心开放程度（qP）一致。RuBisCO最大羧化速率（Vcmax）、最大电子传递速率（Jmax）和RuBisCO蛋白含量在杂种中均有所增加。（6）以‘Bcbmj98-03’、‘Bchyc98-02’及其杂交一代为试验材料，采用水培的方法研究了低P条件下杂种及其亲本的生物学产量、根系生长、光合作用、叶绿素荧光、呼吸作用、元素吸收等情况。研究结果表明，低P处理显著降低了双亲的地上部重和光合作用，但对杂种F1代影响不明显。低P处理下杂种的最长须根长比对照增加了61.4％，但对双亲影响不明显。杂种一代的P吸收效率、利用效率和单株P含量受低P处理的影响远小于双亲。低P处理下根系和叶片的酸性磷酸酶活性均有所升高。低P处理还显著降低了植株的呼吸作用并增加了交替途径呼吸占总呼吸的比例。低P处理的杂种一代细胞色素途径呼吸显著高于双亲。低P处理对N、K、Ca、Mg元素的吸收也有一定的影响。