本研究以EMS诱变籼稻重穗型骨干恢复系蜀恢498(R498),获得遗传稳定的2个籼稻直立重穗突变体(R1338、R334),以及其野生型对照品种蜀恢498为研究材料；对直立穗突变体的表型、解剖结构、群体生理特性进行了系统研究；对其直立穗基因进行了遗传分析和候选基因克隆分析；并通过不完全双列杂交,研究了直立穗突变体R1338和R334在育种中的应用前景。具体结果如下：1.直立穗突变体RI338和R334的株高、穗长、籽粒长、籽粒厚度方面极显著小于野生型,而籽粒宽度、着粒密度方面则极显著大于野生型,千粒重、穗粒数和单穗重等其他农艺性状方面突变体和野生型均无差异。R1338的穗弯曲度8.48°,R334的穗弯曲度22°左右,属于典型的直立穗型材料。2.直立穗突变体R1338和R334的茎杆直径、壁面积、横截面积、穗颈腔面积、纤维素和木质素的含量均显著高于野生型蜀恢498,节间变短,其抗倒力显著增加；穗发育过程中一次枝梗的长度变短,一次枝梗密度增加,是保持穗直立的主要原因。3.直立穗突变体R1338和R334的叶片长度变短,剑叶的叶角变小,灌浆后期叶绿素含量,包括chlb和类胡萝卜素car的含量显著高于野生型,有延缓早衰的特性。在群体透光性方面,从冠层向下直立穗群体的光强度降低速度远小于弯曲穗群体,直立穗群体光合效率较高。4.遗传分析表明R1338和R334的直立穗特性均受一对半显性基因控制；进一步通过近等基因池重测序结合共分离分析表明R1338的直立穗特性是已报道的DEP2/EP2基因的等位突变,但与已报道的DEP2/EP2移码突变体突变方式不一样,其突变发生在第7外显子,第928个碱基A突变成G,导致碱性的精氨酸(AGG)被置换成中性的甘氨酸(GGG),说明该突变位点可能是该基因编码蛋白质的重要结构域。R334的直立特性可能是由第9染色体LOC_Os09g07220基因突变导致,在该基因包含2个外显子,全长1725bp,其突变位点发生第一个外显子上C突变成T导致氨基酸序列中第56个碱性的精氨酸突变成中性的半胱氨酸,该基因可能是一个控制直立穗的新基因,定名为DEP4。5.利用弯曲和DEP1直立穗不育系与蜀恢498及直立穗突变体进行不完全双列杂交组合的产量和相关性状分析表明：尽管直立穗不育系或者恢复系受不同的直立穗基因控制,与弯曲穗亲本的杂交F1均表现为半直立,直立穗与直立穗亲本的杂种F1均表现为直立；在遗传背景相近的情况下,半直立穗杂交稻组合的产量与传统弯曲穗相当或更高,直立穗杂交稻组合产量较低。比较遗传背景相同或相近的弯曲穗、半直立穗和直立穗杂交稻组合,分析其产量构成、茎秆和叶片等有差异的性状,半直立穗组合的这些性状表现介于弯曲穗和直立穗之间,其株高和穗长降低,茎秆性状更优,群体透光性和光合效率提高,其它产量性状无影响。因此,针对西南稻区“寡日照、高湿度、小温差”的生态条件,通过选育籼型半直立重穗杂交稻品种,适当增加密度,可能是进一步提高西南稻区水稻产量的最佳选择之一。