设计育种是水稻育种发展的方向。在水稻重要农艺性状遗传研究的基础上，利用单片段代换系(SSSL)进行优良基因和QTL的聚合是改良水稻农艺性状的一个重要途径。本研究在已克隆的水稻黑米基因Pb、红米基因Rc和香味基因fgr上分别设计了功能标记，以来源于世界各地的28个水稻品种作为功能标记检测材料，以获得各材料在这些基因上的等位基因信息；利用已经选择到的带有色素、粒型和品质等优良性状的单片段代换系和聚合系来进行聚合育种；将聚合材料的目标性状与目标片段结合起来，分析带目标性状的片段聚合后对色素、粒型和品质等性状的聚合效应，得到了如下结果。 1、分别在水稻黑米基因Pb、红米基因Rc和香味基因fgr上设计功能标记，并利用所设计的功能标记对来源于世界各地的28个水稻品种材料进行检测。在黑米基因(Pb)第7外显子上存在2bp(GT)的缺失不一定会导致水稻黑色种皮的产生。除了已发现的等位基因，在红米基因(Rc)还有其他的突变位点能引起水稻种皮颜色的改变，存在新的Rc等位基因，从而产生白色种皮。19份材料是非香米基因型，其余9份材料是香米基因型。 2、经过2年4季的筛选，在F3或F4代共选出86份纯合多片段聚合系，其中有58份片段长度各不相同的聚合系材料，三片段聚合系有27份，四片段聚合系有18份，五片段聚合系有13份。这些材料的聚合片段带有的优良基因是关于色素、早熟、产量、品质和粒型性状的，并在F4代挑选了26份纯合聚合材料对目标性状进行了测定，在红色种皮、黑色种皮、香味、直链淀粉含量、糊化温度、粒长、粒宽、粒重、高产和早熟等目标性状上都获得了理想的聚合材料，实现了设计育种的目标。 3、分析基因(QTL)聚合后对色素、直链淀粉含量、粒长和粒宽等性状的聚合效应。同时带有红米基因Rc和黑米基因Pb的聚合系，其种皮颜色表现为棕铜色。通过标记筛选，实现特定直链淀粉含量和其它优良性状的聚合，在直链淀粉含量性状上的选择效率非常高。大多数不带有谷粒长或谷粒宽QTL的片段对带有谷粒长或谷粒宽QTL的片段无上位性效应，但也有少部分会使聚合材料的谷粒长或谷粒宽较亲本显著改变的，通过标记筛选，可以实现谷粒长和其它优良性状的改良，其选择效率是比较高的。 本研究利用已经克隆的水稻黑米基因、红米基因和香味基因进行其功能标记的设计及利用，有利于水稻有色米的品种设计，也为水稻设计育种的进一步开展奠定了良好的基础。利用带有黑米基因和红米基因的SSSLs作亲本和具有优良品质性状基因的SSSLs亲本进行聚合育种，获得了一批优良的聚合材料，尤其是同时带有红米基因Rc和黑米基因Pb的聚合材料；这些聚合材料可直接用于推广应用，也可成为高水平育种中间材料。基因互作研究探讨了带不同目标性状的片段聚合后对色素、直链淀粉含量、粒长和粒宽等目标性状的影响，为分子设计育种的进一步开展奠定了良好的理论和实践基础。