水稻是世界上最重要的粮食作物之一,全世界一半左右的人以其为主食,鉴于它的重要性,其高产和抗性育种是非常重要的。同源四倍体水稻是二倍体水稻经过染色体加倍而成的新种质。由于其基因组增加一倍,可能具有更高增产潜力和更高的抗性,引起水稻育种家的高度关注。那么同源四倍体水稻原种和杂种的农艺性状在不同的季节有何表现规律,与相应的二倍体水稻相比有何不同,以及有何遗传特征等都是值得研究的问题。本研究利用不同类型的同源四倍体水稻及相应的二倍体原种,首先对其主要农艺性状、产量和胚囊育性、花粉育性在不同季节的表现与二倍体原种进行比较研究,然后,选择一些代表性亲本组配杂种,对杂种的主要农艺性状、产量和遗传等进行分析,最后对花粉育性等性状进行QTL定位。目的是为育种上利用同源四倍体水稻提供理论依据。主要的结果如下:　　 (1)亚热带条件下季节对二倍体和同源四倍性水稻主要农艺性状和产量的影响　　 对10个同源四倍体水稻(其中6个粳稻和4个籼稻)及其相应的二倍体原种在3个不同季节条件下的主要农艺性状和产量性状表现进行研究,发现在3个季节不同的温度、日照和降水显著影响材料的各种特性。早季连续超过4天的高于35度高温可能是导致低产的原因。同源四倍体和相应的二倍体水稻在晚季表现出比早季高产和高的结实。更多的日照和适合的温度所形成的高库流是晚季高产的主要原因。籽粒长度、宽度和千粒重不受季节的影响。同源四倍体水稻的籽粒长度、宽度和千粒重明显比相应的二倍体水稻大。二倍体水稻的干物质与产量呈明显的正相关,而在四倍体水稻中收获指数与产量呈正相关。晚季条件下,同源四倍体和相应的二倍体水稻的生育期和株高显著比早季短。在亚热带条件下,籼稻的产量比粳稻高,但前者的结实率却比后者低。广陆矮4号、E-24和IR36三份二倍体水稻的产量比其他的二倍体水稻高。虽然同源四倍体水稻的剑叶长度和宽度,以及穗长较大,但产量还是较低。广陆矮4号-4x、L,202-4x、Jakson-4x和IR363-4x四份同源四倍体水稻的产量和结实率比其他四倍体水稻高。　　 (2)不同生长季节同源四倍体水稻花粉及胚囊的异常表现　　 利用曙红整体染色透明激光扫描共聚焦显微术(WE-CLSM)研究二倍体水稻和同源四倍体水稻不同生长季节的胚囊和花粉育性,发现同源四倍体水稻的胚囊育性(64.4％)明显比二倍体水稻(86％)低;10份同源四倍体水稻胚囊异常主要有5种类型,即胚囊退化、雌性生殖单位退化、卵器退化、极核位置或数目异常和小胚囊,此外,还观察到其他一些异常类型。其中胚囊退化和雌性生殖单位退化是最主要的异常类型。胚囊育性的变化范围是49.3-79.3％,花粉育性是56.2-85.9％,结实率是12.5-69.01％。胚囊和花粉育性与结实率呈显著相关。季节因素对二倍体水稻和同源四倍体水稻的花粉育性和胚囊育性影响显著。多种不同类型胚囊异常类型的出现显示了异常可能与材料的基因型有关。　　 (3)同源四倍体水稻的杂种农艺性状的数量遗传及杂种优势分析　　 利用7个同源四倍体水稻杂种对优势和基因效应进行研究发现,与基因型和环境互作效应比较,遗传方差对同源四倍体水稻不同性状的效应更加明显。数量遗传分析表明,株高、穗长、实粒数、结实率、产量、干物质和千粒重是由基因显性效应所控制:剑叶长、剑叶宽、鲜重、空粒数和芒长主要是由基因型和环境互作控制。在抽穗期、穗数、每穗粒数、粒长的遗传中,加加性和显性起主要作用。抽穗期在中亲值及超亲值上表现负向优势;F1和F2单株产量、结实率、穗抽出长、实粒数和千粒重等都表现很高的中亲值和超亲值;剑叶长、剑叶宽、每穗粒数、芒长和粒宽的中亲值表现出很强的杂种优势,但在超亲值上表现为负值。同源四倍体水稻杂交组合96025-4x×Jackson-4x、96025-4x×零轮-4x和零轮-4x×Jackson-4x具有较高的结实率和产量,表现出较好的杂种优势。研究结果表明,亚种间的同源四倍体水稻杂种比亚种内的杂种具有更大的优势,具有利用潜力和进一步研究的价值。　　 (4)二倍体和同源四倍体水稻农艺性状的杂种基因效应　　 利用3个同源四倍体水稻杂种和相应的二倍体杂种研究杂种优势和基因的效应。研究表明,同源四倍体水稻综合了籼粳杂种和多倍性的优势,显示了比二倍体更大的利用潜力。通过不同倍性水稻的比较研究,发现穗长、每穗粒数、粒长显著受到基因加性的影响,而其他的性状主要受非加性的遗传效应影响。与四倍体水稻比较,除了粒长、结实率外,在其他的性状上,二倍体水稻表现较大的负向遗传效应。二倍体水稻的基因与环境互作效应也比其相应的同源四倍体水稻大。与二倍体水稻比较,同源四倍体水稻的多数性状表现出与亲本明显高的杂种优势。同源四倍体水稻适应各种条件种植,产量性状能得到发挥。广陆矮四号-4x×Jackson-4x具有较好的表现,可望用于育种。　　 (5)同源四倍体水稻花粉育性的QTLs作图。　　 花粉育性是影响同源四倍体水稻结实率的重要因素之一。利用水稻12条染色体上424对SSR标记对广陆矮4号4x和Jackson-4x两个亲本进行多态性检测,获得138对具有多态性。利用这些对态性引物对F2群体266单株进行检测。一共检测到与花粉育性等性状有关的QTLs共22个,分布在2、3、5、6、8、9、11和12号染色体上,其中7个为主效QTLs(typ3,sd6,np8.np11,typ11,,sp11 and sd11),11个为微效QTLs(np3,np6,np9,np12,sd3,sd5,sd12,sp2,typ6,typ8 and typ12),4个为预测QTL(np2,sd8,sp12,andtyp2),一共解释了3.9-34.9％的表型变异。检测到1个与结实率有关QTL(ss8),位于8号染色体上。发现二个重要区域:一是与花粉育性的4个主效QTL,位于第11染色体,距离为10.2cM,解释了19.3-34.9％的表型效应.另一个区域是含有2个与花粉育性有关的QTLs,以及1个与结实率有关的QTL,位于第八染色体上。