水稻稻瘟病、白叶枯病、褐飞虱是我国乃至世界稻区最重要的病虫害,对水稻产量和品质造成严重的危害。两系法杂交水稻是我国南方稻区籼稻杂种优势利用的主要途径之一,也是世界水稻杂种优势利用的发展方向,光温敏核不育系的抗性表现往往直接影响其所配两系法杂交水稻组合的抗性水平。利用已有主效抗病虫基因的聚合进行水稻病虫害抗性的遗传改良是最经济有效而绿色友好的病虫害防控方式。丰39S是合肥丰乐种业股份有限公司培育的籼型光温敏核不育系,具有不育性稳定、株型紧凑、分蘖力强、米质优等诸多特点,所配组合已经大面积推广,但不抗稻瘟病、白叶枯病及褐飞虱。本研究利用以回交育种为主线的全基因组背景分子选择技术,将稻瘟病抗性基因Pi2、白叶枯病抗性基因Xa7和Xa23、褐飞虱抗性基因Bph14和Bph15精准地渗入到“丰39S”遗传背景中,首先创建携带不同抗性基因的单基因导入系,再通过基因聚合培育多抗的光温敏核不育系,获得了一系列以丰39S为遗传背景的抗稻瘟病、抗白叶枯病和抗褐飞虱的新不育系材料。主要研究结果如下:1、为了尽快改良丰39S对稻瘟病的抗性,首先利用回交和分子标记辅助选择技术,将供体亲本华1201S中的稻瘟病抗性基因Pi2快速地导入到丰39S的遗传背景中,创建出2个携带纯合Pi2基因的新株系DB16206-34和DB16206-38。用57个稻瘟病菌株进行的人工接种鉴定表明,DB16206-34和DB16206-38的苗瘟抗谱为94.70%,而受体亲本丰39S的苗瘟抗谱为18.30%;在湖北恩施和宜昌的稻瘟病病区自然诱发鉴定结果表明,新株系及所配的部分杂交组合的叶瘟和穗颈瘟抗性达到中抗以上,较丰39S及所配杂交组合的抗性明显提高。DB16206-34和DB16206-38的育性转换特性、主要农艺性状、稻米品质和所配组合的产量均与丰39S相似。其中DB16206-34被命名为“华634S”,作为抗稻瘟病不育系通过了湖北省农作物品种审定委员会组织的技术鉴定,所配组合“华634S/9311”和“华634S/丰香恢1号”作为抗稻瘟病两系杂交组合参加了湖北省和国家水稻区域试验。2、以携带Pi2基因的DB16206-172（DB16206-34的姐妹系）、携带Xa7基因的华1228S、携带Xa23基因的华1015S、携带Bph14和Bph15基因的华1165S为供体,与丰39S杂交、回交和全基因组背景分子选择,创建了Pi2基因位点插入片段567.0 kb、与丰39S遗传背景相似度99.85%的单基因导入系DBQ18071-414-3-3。用同样方法创建的Xa7、Xa23、Bph14、Bph15单基因导入系分别是DB17174-111-2、DB17207-217-244-8、DBQ18077-3-2-1和DBQ18080-61-407-1,插入片段长度688.4kb-1574.9 kb,与丰39S的遗传背景相似度99.82%-99.60%。抗性鉴定结果表明,DBQ18071-414-3-3（Pi2）抗稻瘟病,DB17174-111-2（Xa7）和DB17207-217-244-8（Xa23）抗白叶枯病,DBQ18077-3-2-1（Bph14）和DBQ18080-61-407-1（Bph15）中抗褐飞虱。生育期、主要农艺性状、稻米品质、育性转换特性均与丰39S相似。因此,可以将建立的单基因系用于后面的多基因聚合系的创建。3、通过将单基因导入系的相互杂交和对目标基因的前景选择,创建了携带Pi2+Xa7+Bph14+Bph15基因的多基因聚合系2个,编号是DB18128-19-164-2和DB18128-19-361-1,4个抗性基因的插入片段累加长度为3689 kb,与丰39S的遗传背景相似度为99.05%;携带Pi2+Xa23+Bph14+Bph15基因的多基因聚合系2个,编号是DB18129-34-268-38和DB18129-34-303-6,4个抗性基因的插入片段累加长度为3974 kb,与丰39S的遗传背景相似度为98.98%。将创建的多基因系用于后面的性状鉴定和组合测配。4、广东省农业科学院植保所的鉴定结果表明,DB18128-19-164-2、DB18128-19-361-1、DB18129-34-268-38和DB18129-34-303-6的苗瘟抗谱是94.12%-97.06%,受体亲本丰39S的苗瘟抗谱是35.29%。在湖北宜昌市远安县望家村稻瘟病区自然诱发鉴定表明,4个多基因聚合系的叶瘟是0级-2级、穗瘟发病率是0%-6%,丰39S的叶瘟是7级、穗瘟发病率是76%。以黄华占为父本与4个多基因聚合系配组的组合,叶瘟是0级-3级、穗瘟发病率是4%-9%,对照组合“丰39S/黄华占”的叶瘟是5级、穗瘟发病率是51%。在湖北恩施州两河村稻瘟病区自然诱发鉴定表明,4个多基因聚合系的叶瘟都是2级,穗瘟发病率是9%-15%,丰39S的叶瘟是8级,穗瘟发病率是100%。5、华中农业大学病圃人工接种PXO61、PXO99、ZHE173、GD1358、Fu J、YN24和He N11等7个白叶枯病菌株的鉴定表明,携带Pi2+Xa23+Bph14+Bph15基因的2个聚合系DB18129-34-268-38和DB18129-34-303-6以及它们与黄华占、五山丝苗配制的组合都高抗7个菌株。携带Pi2+Xa7+Bph14+Bph15基因的2个聚合系DB18128-19-164-2和DB18128-19-361-1抗PXO61、ZHE173、GD1358、Fu J和He N11等5个菌株,不抗其他2个菌株,它们所配的组合抗PXO61、ZHE173、Fu J和He N11等4个菌株,不抗其他3个菌株。而丰39S感6个菌株、中抗1个菌株He N11,丰39S与黄华占、五山丝苗配制的组合对7个菌株均表现感病。6、苗期褐飞虱鉴定结果表明,导入系DBQ18077-3-2-1（Bph14）表现为中抗褐飞虱,导入系DBQ18080-61-407-1（Bph15）和4个聚合株系DB18128-19-164-2、DB18128-19-361-1、DB18129-34-268-38和DB18129-34-303-6对褐飞虱表现为抗级。4个多基因聚合系与同时携带Bph14和Bph15基因的父本配制的杂交组合是抗褐飞虱的,但是与不携带Bph14和Bph15基因的父本配制的杂交组合表现为中抗褐飞虱。成株期褐飞虱鉴定结果表明,2个单基因导入系DBQ18077-3-2-1和DBQ18080-61-407-1、4个多基因聚合系以及它们所配的组合都是抗褐飞虱的。7、人工气候箱和武汉自然条件下分期播种的育性转换特性鉴定表明,单基因导入系和多基因聚合系的育性转换临界温度都是日平均温度22℃-23℃,稳定不育期81 d-86 d,与丰39S的育性转换特性完全一致。8、海南可育期的生育特性、产量、主要农艺性状和稻米品质鉴定表明,创建的导入系的平均播始历期99 d-101 d、单株粒重20.9 g-24.8 g、株高82 cm-88 cm、单株有效穗数9个-10个、平均穗长19 cm-20 cm、每穗总粒数138粒-162粒、结实率60%-73%、千粒重25 g-26 g、整精米率66%-69%、垩白粒率0.0%-0.5%、长宽比2.7-2.9、直链淀粉含量12%-13%、胶稠度89 mm-91 mm,经方差分析比较,各项指标与受体亲本丰39S都没有显著差异。在武汉不育期的生育特性观察表明,导入系的平均播始历期84 d-86 d、主茎叶片数14.0片-14.4片,株高85 cm-87 cm、单株有效穗数8个-9个、平均穗长24 cm-25 cm、每穗总颖花数175朵-192朵,柱头外露率24%-39%,也经方差分析比较,各项指标与受体亲本丰39S都没有显著差异。9、以4个多基因聚合株系DB18128-19-164-2、DB18128-19-361-1、DB18129-34-268-38和DB18129-34-303-6及丰39S为母本、4个两系恢复系五山丝苗、HB17004-7-88、黄华占和HB17010-180-171-1为父本配制了杂交组合,分别在海南和武汉育种试验站进行了3次重复的比产试验结果表明,在海南的小区平均单株产量33 g-39 g,在武汉的小区平均单株产量49 g-51 g。方差分析结果表明,多基因聚合系所配组合的产量与丰39S所配组合的产量没有显著差异。导入系的产量一般配合力与受体亲本丰39S没有差异。综上,通过全基因组背景分子选择育种策略,已经将Pi2、Xa7、Xa23、Bph14和Bph15等不同抗性类型的基因精准地导入到丰39S遗传背景中。培育出来的多基因聚合系的遗传背景与丰39S高度相似,稻瘟病、白叶枯病和褐飞虱抗性明显提高,育性转换特性、生育特性、开花习性、主要农艺性状、稻米品质、产量配合力都与受体亲本丰39S没有显著差异。实现了本研究提出的研究目标,创建的多基因导入系可以替代丰39S用于培育“三抗”的两系杂交水稻新组合。本研究是第一个利用全基因组背景分子选择技术、精准地进行多基因渗入、定向改良多个性状的育种案例。