随着我国城市化进程的加快,水稻的种植面积在逐年减少,因而提高单位面积产量成为增加水稻产量的必由之路。生产实践证明,杂交稻比常规稻增产15%～20%。但目前我国杂交籼稻种植面积已达到籼稻种植面积的80%以上,继续扩大种植面积的潜力已相当有限。相比之下,我国杂交粳稻种植面积仅为粳稻种植面积的3%左右,还有很大的发展空间,因而扩大其种植比例是实现我国近期水稻增产的一个重要突破口。目前我国杂交粳稻应用最广泛的三系不育系均为BT型不育系,柱头小,几乎无柱头外露,异交结实率低,导致杂交粳稻繁种/制种产量低,并因此成为制约杂交粳稻发展的重要原因之一。同时,目前我国在制种过程中主要通过高劳动强度的喷施赤霉素、"割叶"这两个关键技术来减少授粉障碍,提高不育系的异交结实率,这也直接导致制种成本的大幅增加。因而,培育异交习性优良的不育系,免除杂交稻繁/制种中的喷施赤霉素和"割叶",提高异交结实率,对实现轻型高效制种具有重要实践意义。本研究围绕上述科学问题进行了以下三项研究。1.在4个年份利用以Nipponbare为受体、Kasalath为供体的CSSL群体(NK-CSSL)调查了柱头长度(STL,stigma length)、柱头外露率(PES,Percentage of exserted stigma)、穗颈长度(PNL,Panicle neck length)、剑叶角度(FLAN,Flag leaf angle)、剑叶长(FLL,flag leaf length)、剑叶宽(FLW,Flag leaf width)和剑叶面积(FLAR,Flag leaf area)等7个异交相关性状,并进行了QTL分析。2.利用NK-CSSL群体中的单片段置换系SSSL14与轮回亲本回交建立了次级F2群体,精细定位了年份间稳定表达的控制柱头长度的QTL qSTL3.1,并对候选基因进行了分析。3.以大剑叶角度粳稻种质A7444为供体、籼稻保持系Ⅱ-32B为受体构建了一套覆盖A7444基因组的染色体片段置换系群体,命名为ⅡA-CSSL。利用ⅡA-CSSL群体检测了剑叶角度、柱头长度和穗颈长度等3个异交相关性状的QTL。获得的主要研究结果如下:1.在NK-CSSL群体中,4年共检测到66个控制7个异交相关性状的加性QTL(A-QTL),单个A-QTL的贡献率为2.97%～64.71%。4个年份均检测到的A-QTL有7个,3个年份重复检测到的A-QTL有13个,2个年份重复检测到的A-QTL有16个。2个及以上重复检测到的QTL定义为稳定表达的QTL。柱头长度共检测到7个A-QTL,其中5个在年份间稳定表达。qSTL7是新发现的稳定表达的位点。柱头外露率共检测到12个A-QTL,其中9个在年份间稳定表达。qPES3.2、qPES8.1和qPES9是新发现的稳定表达的位点。穗颈长度共检测到8个A-QTL,其中4个在年份间稳定表达。qPNL4、qPNL1、qPNL6.1和qPNL6.2均为新发现的稳定表达的位点。剑叶角度共检测到10个A-QTL,其中6个在年份间稳定表达。qFLAN6.1和qFLAN9是新发现的稳定表达的位点。剑叶长度共检测到10个A-QTL,其中4个在年份间稳定表达。qFLL3.2和qFLL11是新发现的稳定表达的位点。剑叶宽度共检测到10个A-QTL,其中4个在年份间稳定表达。qFLW5.1、qFLW8和qFLW10是新发现的稳定表达的位点。剑叶面积共检测到9个A-QTL,其中4个在年份间稳定表达。qFLAR3.2、qFLAR10和qFLAR11是新发现的稳定表达的位点。在NK-CSSL群体中,4年共检测到104对影响7个异交相关性状的上位性QTL(E-QTL),单对E-QTL的贡献率为1.00%～25.25%。未发现4个年份均检测到的E-QTL,3个年份重复检测到的E-QTL有3对,在2个年份重复检测到的E-QTL有14对。所有稳定表达的E-QTL中,仅有1对为加性效应不显著位点间的互作,表明NK-CSSL群体异交相关性状的A-QTL在上位性互作中起着重要作用。柱头长度共检测到3对E-QTL,柱头外露率共检测到7对E-QTL,剑叶面积共检测到21对E-QTL,这3个形状均未发现在年份间稳定表达E-QTL。穗颈长度检测到17对E-QTL,其中2对在年份间稳定表达。剑叶角度共检测到20对E-QTL,其中5对在年份间稳定表达。剑叶长度共检测到17对E-QTL,其中9对在年份间稳定表达。剑叶宽度共检测到19对E-QTL,其中仅1对在年份间稳定表达。2.精细定位了控制柱头长度的QTLqSTL3.1,初步确认了LOC_Os03g14850是控制柱头长度的基因。前期在NK-CSSL中鉴定到1个稳定表达的控制柱头长度的QTL qSTL3.1,并在NK-CSSL群体中发现了1个仅在qSTL3.1区段携有供体基因组的单片段置换系SSSL14,其柱头长度极显著地高于其轮回亲本Nipponbare。遗传分析发现Nipponbare和SSSL14的柱头长度差异由单个位点控制,且该位点的等位基因间没有显性效应。利用SSSL14/Nipponbare F2群体的7917个单株,将qSTL3.1位点精细定位在第3染色体短臂中部的19.8kb区域中。在这19.8kb区间中共发现了3个注释基因(LOC_Os03g14850、LOC_Os03g14860和LOC_Os03g14880)。LOC_Os03g14850的基因序列比对发现,在基因编码序列的474bp处检测到1个G(Nipponbare)到A(Kasalath)的转换;该转换使Kasalath中提前形成了1个新的终止密码子,并导致预测的氨基酸序列缺少28个氨基酸。LOC_Os03g14850的T-DNA插入突变体(05Z11CN28)的柱头长度极显著地高于其野生型(中花11),因而初步证实LOC_Os03g14850是控制柱头长度的基因。群体遗传学分析显示Kasalath在LOC_Os03g14850位点处的等位变异是特异的。测序分析了80个不同柱头长度的种质在LOC_Os03g14850基因编码序列的474bp处的碱基变异,发现所有测试种质在该位点处的等位变异都与Nipponbare相同,因而表明Kasalath在该位点处的等位变异是特异的。另外,根据Kasalath-type等位基因的3碱基缺失开发了1个基因特异的InDel标记LQ30。3.构建了由66个家系组成的籼稻Ⅱ-32B为受体的粳稻A7444染色体片段置换系群体(ⅡA-CSSL)。利用源于SSR分子标记数据库的529对引物分析了Ⅱ-32B与A7444的差异,共检测到220对在亲本间呈现多态性的标记。参考各标记在公布的Nipponbare基因组序列中的位置,选取其中在12条染色体上分布较为均匀的141个标记,构建了染色体图谱。该图谱覆盖了粳稻基因组的356.14Mb,标记间平均距离为2.76Mb。利用这141个多态性标记鉴定了"Ⅱ-32B/A7444"的BC3F1及其衍生后代单株的标记基因型,筛选目标候选单株。最终在BC2F4、BC3F3、BC4F2、BC3F5、BC4F4、BC5F3和BC6F2等世代的单株中获得候选置换系111个,并据此获得了一套由66个家系组成的以籼稻Ⅱ-32B为受体、粳稻A7444为供体的染色体片段置换系群体。ⅡA-CSSL群体将有助于解析A7444全基因组的有利等位变异基因,同时也可作为优良的资源用于选育新品种。利用ⅡA-CSSL群体对剑叶角度、柱头长度和穗颈长度等3个异交相关性状进行了QTL分析。剑叶角度性状检测到6个A-QTL,其中qFLAN1的贡献率为40.55%。qFLAN10和qFLAN11为新检测到的位点。柱头长度检测到8个A-QTL,其中qSTL2.2、qSTL3和qSTL7的贡献年大于10%。qSTL2.1、qSTL2.2、qSTL8和qSTL9.1为新检测到的位点。穗颈长度检测到6个A-QTL,其中qPNL10的贡献率为44.05%。qPNL10和qPNL12为新检测到的位点。这些结果可为杂交粳稻不育系异交习性的改良提供理论和实践依据,并为图位克隆控制柱头长度的有利等位基因奠定基础。