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水稻产量的持续提高对于保障人民群众粮食安全有着重要的现实意义,特别是在耕地减少、人口增加的情况下。水稻基因组的测序完成标志着水稻的科学研究和品种选育进入后基因组时代。要实现全基因组有利等位变异基因的利用,需创建丰富的自然变异和鉴定大量的水稻重要性状QTL。而染色体片段代换系是既可以创造自然变异,又可以用于QTL定位的良好资源;同时一些CSSLs还可直接应用于设计育种。本研究以籼稻恢复系西恢18为受体亲本、粳稻沪旱3号为供体亲本,构建了一个具有多穗短宽粒为主要特征的水稻CSSL-Z431。1.Z431的代换片段鉴定、表型分析和颖壳细胞学分析Z431是以西恢18为遗传背景选育的含有6个来自沪旱3号代换片段的染色体片段代换系,其代换片段估计总长度为12.71 Mb。其中最长的片段为3.76 Mb,最短的片段为0.95 Mb,平均长度为2.12 Mb。与受体亲本西恢18相比,Z431的穗长、每穗实粒数、每穗总粒数、粒长和长宽比分别显著下降20.37%、38.60%、37.77%、1.37%和33.24%。Z431的单株穗数、粒宽、千粒重和单株产量分别比西恢18提高80.95%、30.00%、16.55%和34.11%。结实率在Z431（86.40%）与西恢18（87.99%）之间不存在显著性差异。Z431的颖壳细胞长度比西恢18显著变短,但细胞宽度比西恢18显著增加。西恢18与Z431在颖壳外表皮细胞单位面积细胞总数上没有显著差异。2.Z431代换片段携带的水稻重要性状QTL分析在以西恢18/Z431构建的F2群体中共鉴定到13个控制产量相关性状的QTL,解释2.10%-30.75%的表型变异。其中控制穗长、有效穗数、每穗实粒数、每穗总粒数、籽粒长度和籽粒宽度的QTL各1个,控制籽粒长宽比和千粒重的QTL分别有3个。在西恢18的遗传背景下,Z431短穗表型由qPL3控制,其加性效应可以使其穗长显著减少;qPN3的加性效应使Z431单株穗数显著增加;qGL3的加性效应使Z431的籽粒长度显著变短,解释30.75%的表型变异。qGW5则使Z431的粒宽显著增加。Z431的粒型受qRLW2、qRLW3和qRLW5控制。Z431千粒重受两个主效QTL（qGWT3和qGWT-5-2）和一个微效QTL（qGWT-5-1）控制。此外,有一些QTL成簇分布,连锁于同一标记。相关性分析表明有效穗数与每穗总粒数、每穗实粒数呈显著正相关,而与穗长、粒型性状无关。粒型性状间显著相关。如此,qPN3可能与qPL3、qGL3、qRLW3和qGWT3由不同基因控制。而qGL3、qRLW3和qGWT3可能属于一因多效QTL。qGPP12和qSPP12属于一因多效QTL,qSSR5、qRLW5和qGWT-5-1也属于一因多效QTL。3.目标QTL的次级单片段代换系、双片段代换系和三片段代换系选育在QTL定位基础上,在F3代利用MAS法共选育出6个含目标QTL的染色体单片段代换系（S1-S6）,3个染色体双片段代换系（D1-D3）和2个染色体三片段代换系（T1-T2）。4.基于单片段代换系的QTL验证和加性效应分析在F2群体鉴定到的13个QTL中,有11个QTL（qRLW2、qPN3、qGL3、qRLW3、qGWT3、qPL3、qRLW5-1、qGW5-2、qGWT5、qGPP12和qSPP12）可以被单片段代换系S1-S6验证,而2个遗传效应比较小的QTL（qSSR5和qGWT5-1）没有被验证。并且通过6个SSSLs还新鉴定出15个QTL（qGL1、qGW1、qRLW1、qGWT1、qYD1、qGL2、qGWT2、qYD2、qYD3、qGL5、qGW5-1、qPN5、qRLW5-2、qYD5和qYD12）,表明单片段代换系具有比F2群体更高的QTL检测效率。5.基于双片段代换系和三片段代换系及相应单片段代换系的重要QTL聚合分析利用6个SSSLs、3个DSSLs和2个TSSLs分析了多对QTL的上位性效应及聚合效果。结果表明,qGW1和qGW5、qGWT2和qGWT3、qGWT2和qGWT5、qYD2和qYD5属于独立遗传。而其他QTL间存在上位性互作。如:qGL2（a=-0.47）和qGL3（a=-0.31）聚合产生了0.62的上位性效应,其遗传效应增加粒长0.16mm,使得D1的粒长（10.03 mm）显著长于含qGL2的S2（9.39 mm）和含qGL3的S3。聚合qYD2（a=-1.69）、qYD3（a=6.72）和qYD5（a=7.45）产生了-7.79的上位性效应,其遗传效应增加单株产量4.69g,使得T2的单株产量显著高于S2（24.41g）和西恢18（27.66 g）,而与含qYD3的S3（41.25g）和含qYD5的S5（42.70g）无显著差异。聚合qPN3（a=1.63）和qPN5（a=1.43）后产生-1.86的上位性效应值,使D3的有效穗数（6.75）显著低于含qPN3的S3（7.60）和含qPN5的S5（7.20）。6.qPN3、qGL3和qGW5的候选基因分析qPN3被分解到单片段代换系S3,其估计代换长度为1.48 Mb。经基因预测和DNA测序,发现Os IAGLU在西恢18和S3间存在3个SNP,且导致氨基酸变化。定量分析发现Os IAGLU的表达量在S3的根、茎、叶、鞘和穗中的显著高于西恢18。因此,将Os IAGLU作为qPN3的候选基因。qGL3也被分解到S3。经基因预测,发现了6个可能的候选基因。DNA测序表明候选基因2在S3与西恢18间存在2个SNP和2个碱基的缺失,但其表达量无显著差异。候选基因4的在西恢18和S3间存在4个SNP,导致了氨基酸变化,且其在S3的叶片、叶鞘和穗部的表达量均显著高于西恢18。候选基因6在S3中存在1个碱基的缺失和3个SNP的差异。同时,其表达量在S3的根、茎、叶、鞘和穗部均显著高于西恢18。因此将候选基因4和6优先作为qGL3的候选基因,候选基因2作为qGL3的潜在候选基因。qGW5被分解到单片段代换系S5,其估计代换长度为1.68 Mb。经基因预测,发现6个可能的候选基因。DNA测序表明候选基因1在西恢18和S5间存在2个SNP差异,引起了氨基酸变化。且qRT-PCR分析表明该基因在S5穗部的表达水平显著高于西恢18。候选基因2在西恢18和S5间存在3个SNP差异,也引起了氨基酸变化;其在S5的茎、叶、鞘和穗中的表达量显著高于西恢18。因此将候选基因1和候选基因2作为qGW5的候选基因。