小麦（Triticum aestivum L.）是人类最早栽培的作物之一，也是世界上分布最广的作物之一；在中国，小麦是仅次于水稻、玉米的第三大作物，主要种植在半湿润、半干旱地区。在我国干旱、半干旱地区约占国土面积的二分之一；即使在半湿润、甚至湿润地区也常会发生临时性、季节性或周期性的干旱。干旱是小麦增产的主要限制因子，因此，研究小麦抗旱性的鉴定指标，挖掘抗旱种质资源、同时利用数量性状基因位点QTL作图技术对控制小麦重要性状的基因进行定位、发掘优良等位变异，并将优异变异跟踪利用到新品种选育，对提高小麦的抗旱性和产量水平有着非常重要的作用。本研究以90份具有广泛代表性的中国冬小麦种质为材料，通过连续两年的抗旱棚水、旱处理试验，筛选抗旱种质材料、对抗旱相关性状进行了评价；并以其中12份育成品种为材料，对水、旱处理下碳同位素分辨率、籽粒产量、光合性状、旗叶气孔密度及矿质元素之间的相互关系进行了深入研究；同时利用269对小麦基因组上均匀分布的SSR标记对我国冬小麦的遗传多样性、群体结构和连锁不平衡进行分析，并对小麦主要农艺性状、光合性状和根系性状的QTL位点进行关联分析。取得的主要研究结果如下：1、通过两年的抗旱棚水、旱处理试验，采用抗旱系数隶属函数法筛选抗旱小麦种质，共筛选出抗旱性较好的材料5份。对各性状在干旱胁迫下的协同变化分析表明：蒸腾速率和气孔导度、单株籽粒产量和单株生物产量对干旱胁迫存在极强的协同变化趋势，株高、穗长、小穗数、穗粒数、单株籽粒产量和单株生物产量6个性状相互间也存在较强或极强的协同变化效应。以材料的抗旱隶属函数值为响应变量，各性状的抗旱系数为回归变量进行了逐步多元回归分析，最终单株籽粒产量、蒸腾速率（或气孔导度）、株高、穗下节长和穗长5个性状的抗旱系数被选入模型，并可以解释超过91%的抗旱隶属函数值的变异，为小麦种质大规模抗旱性鉴定与评价提供一种可行的方法，有助于提高选择效率。2、以12份育成品种为材料，系统研究了碳同位素分辨率（Δ13C）、籽粒产量、光合性状、旗叶气孔密度及矿质元素在水、旱两组水分处理下的表现以及它们之间的相互关系。光合速率、Δ13C、气孔导度、旗叶叶绿素含量、籽粒产量、籽粒灰分含量、籽粒K含量、籽粒Mn含量8个性状在干旱胁迫下表现为下降趋势，且与充分灌溉相比达到极显著水平（P<0.01）；籽粒Fe含量在干旱胁迫条件下表现为上升趋势，且与灌溉下相比达到极显著水平（P<0.01）。相关分析表明，籽粒Δ13C值与籽粒产量在干旱胁迫和充分灌溉条件下均呈现正相关，籽粒Δ13C值与灌溉条件下的旗叶下表皮气孔密度和干旱条件下的Ci/Ca值在P<0.05水平下相关。气孔导度、胞间CO₂浓度、蒸腾速率和Ci/Ca4个光合性状相互间在两种水分条件下均呈现极高的正相关。在干旱胁迫条件下，籽粒灰分含量与籽粒Fe含量、Zn含量、Mn含量和K含量表现为极显著的正相关（P<0.01）；在灌溉条件下，籽粒灰分含量与籽粒Fe含量、Zn含量、Mn含量、K含量和Mg含量均表现为正相关；在两种水分条件下，籽粒Fe含量、Zn含量、Mn含量和K含量4个指标相互间均呈明显或极显著正相关。通过多元回归分析建立多指标共同解释Δ13C的模型，在干旱条件下本研究所用性状不符合构建多元回归模型；而在灌溉条件下旗叶下表皮气孔密度和光合速率入选回归模型，并能解释60.9%的Δ13C变异。3、以90份广泛代表性的小麦种质为材料，对我国冬小麦21个主要性状的遗传变异分析表明，除穗长、小穗数、光合速率、胞间CO₂浓度和叶绿素含量5个性状外，其他16个性状均具有比较丰富的遗传变异。广义遗传力分析表明，以形态性状为主的简单性状（穗叶距、穗下节长、株高、胚芽鞘长、根直径、千粒重、穗长、叶绿素含量、穗粒数、小穗数、根长、旗叶长）具有较高的遗传力，适宜早代选择；产量性状（单株籽粒产量和单株生物产量）遗传力中等，但考虑其是育种改良的核心目标，同样建议作为一个可靠的早代选择指标；光合生理性状及复合性状（萌发期根表面积、根体积、胞间CO₂浓度、气孔导度、蒸腾速率和光合速率）遗传力最低，尤其是光合生理性状容易受外界环境的影响且不容易准确的测量，不适宜作为早代选择的指标。4、利用269对均匀分布于小麦21条染色体的SSR标记对90份中国冬小麦种质基因组进行扫描，对我国冬小麦的遗传多样性、群体结构和连锁不平衡的分析表明，中国冬小麦遗传多样性较差；不同基因组间差异显著，其中B基因组多样性最丰富，D基因组多样性最差。利用Structure聚类、UPGMA聚类和主坐标分析均表明中国冬小麦可以分为3个亚群，且亚群的划分在一定程度上与群体地理生态类型相关。中国冬小麦的连锁不平衡衰减距离较短，全基因组LD平均衰减距离约2.2cM，A、B和D三个基因组的LD最大衰减距离分别为2.2、0.6和8.6cM；表明利用中国冬小麦进一步关联作图时需要更高密度的标记。5、利用均匀覆盖小麦21条染色体的269对SSR标记，对我国冬小麦群体（90份具有广泛代表性材料）进行全基因组扫描，采用TASSEL软件的MLM模型对两年水、旱2种处理下的农艺性状、光合生理性状、萌发期根系及胚芽鞘等共19个性状进行关联分析。检测结果发现，在138个SSR位点共检测到274次与19个性状在P<0.01水平下极显著关联，与株高、穗下节长、穗叶距、旗叶长、旗叶宽、穗长、小穗数、穗粒数和千粒重9个形态性状关联的SSR位点数分别为20、18、18、13、8、13、35、14和20个；与光合速率、蒸腾速率、气孔导度、胞间CO₂浓度和叶绿素含量5个光合生理性状关联的SSR位点数分别为16、16、13、27和18个；与胚芽鞘长、根长、根直径、根表面积和跟体积5个萌发期性状关联的SSR位点数分别为7、4、5、3和6个；其中7个SSR位点同时在4种条件下共检测到14次与4个性状关联，表现出位点的一致性和稳定性；研究还发现了67个SSR标记（138的48.55%）同时与2个或多个性状相关联，这可能是性状本身存在相关或者一因多效；关联分析结果的部分SSR位点与前人连锁分析或关联分析定位的QTL位点一致，进一步验证了实验结果的真实性。研究结果对重要区段QTL精细定位及分子标记辅助育种具有重要的参考价值。