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杂交水稻在我国乃至世界的粮食安全方面做出了重大的贡献。杂交组合包含雄性不育系和恢复系两个成员。三系法杂交水稻是杂交水稻的重要组成部分,其理论基础是细胞质雄性不育（cytoplasmic male sterility,CMS）基因和细胞核恢复基因（gene for restoration of fertility,Rf）互作系统。目前,在我国大面积推广的三系法杂交稻利用的细胞质雄性不育主要包括野败型细胞质雄性不育（Wild-abortive CMS,WA-CMS）和红莲型细胞质雄性不育（Hong-Lian CMS,HL-CMS）两种类型。研究表明,WA-CMS和HL-CMS的育性恢复均受到主效基因和微效基因的影响。此外,柱头外露率是决定雄性不育系异交结实率的关键因子,与杂交水稻的制种产量密切相关。研究表明,水稻的柱头外露率是典型的数量性状,受到多个基因的影响。在本研究中,为了解析WA-CMS和HL-CMS育性恢复的遗传基础,我们利用籼稻核心种质和WA-CMS、HL-CMS的不育系材料分别构建了杂交组合群体,并开展了全基因组关联分析（genome wide association study,GWAS）;针对重复检测到的主效位点进行了单倍型分析。为了解析柱头外露率的遗传基础,我们基于一个重组自交系（recombinant inbred lines,RILs）群体开展了QTL定位,通过构建高世代的回交群体验证了2个QTLs的效应,并针对其中1个QTL开展了精细定位。主要结论如下:1.以337份世界范围的籼稻核心种质为父本,WA-CMS不育系华1517A和HL-CMS不育系粤泰A分别为母本,构建F1杂交组合。基于2013年和2014年F1杂交组合群体的花粉育性、套袋结实率和自然结实率,开展了GWAS分析。对于WA-CMS,在整个群体中,两年一共检测到了13个显著关联的位点;位于第10号染色体上18.8Mb附近的位点在整个群体和父本为籼稻II亚群来源的群体中均被重复检测到,且同时影响花粉育性、套袋结实率和自然结实率。该位点与已经克隆的WA-CMS育性恢复主效基因Rf4共定位。对于HL-CMS,在整个群体中,两年一共检测到了6个显著关联的位点;位于第10号染色体上18.8Mb附近的位点在整个群体和父本为籼稻I亚群来源的群体中均被重复检测到,且同时影响套袋结实率和自然结实率。该位点与已经克隆的HL-CMS育性恢复主效基因Rf5共定位。2.在337份核心种质中,Rf4主要有4种单倍型。其中,H1单倍型为即恢复系明恢63携带的单倍型,而H4单倍型为不育系华1517A、珍汕97A等携带的单倍型。在四种单倍型中,H1和H2为有功能的单倍型,主要在籼稻II亚群中存在;H3和H4为无功能的单倍型,H3主要在澳洲稻亚群中存在,而H4主要在籼稻I亚群中存在。4.在337份核心种质中,Rf5主要有2种单倍型,即以恢复系9311为代表的有功能单倍型H1和以不育系粤泰A为代表的无功能单倍型H2。携带H1单倍型的核心种质材料有236份,而携带H2单倍型的核心种质材料只有34份。5.利用中国香稻和川香29B衍生的RIL群体解析柱头外露率的遗传基础。在2010年和2011年共检测到了18个QTLs。其中,8个影响柱头双露率,10个影响柱头单露率。位于第1号染色体上标记RM10105和RM10142之间和位于第6号染色体上标记RM253和L41之间的两个QTL簇,均稳定地影响柱头双露率和柱头单露率,分别被命名为qSe1和qSe6。6.以川香29B为轮回亲本,分别构建qSe1和qSe6的回交群体用于验证其效应。在qSe1的BC4F2随机群体中,中国香稻来源的纯合型家系的柱头双露率和柱头单露率分别比川香29B来源的纯合型家系高17.17%和15.82%;在qSe6的BC3F2随机群体中,中国香稻来源的纯合型家系的柱头双露率和柱头单露率分别比川香29B来源的纯合型家系低9.25%和11.80%。7.利用华1971B和川香29B衍生的F2群体解析柱头外露率的遗传基础。在2013年和2014年共检测到了12个QTLs,6个影响柱头双露率,6个影响柱头单露率。基于7个F2家系的后代测验,将影响柱头外露率的区域限定在标记RM314和L58之间,与中国香稻和川香29B RIL群体中检测到的qSe6的区间吻合。8.以川香29B为轮回亲本,构建qSe1的BC7F2世代的群体作为近等基因系（near-isogenic line,NIL）群体。NIL-qSe1ZX的柱头外露率比NIL-qSe1CX29B高12.53%。此外,NIL-qSe1ZX的粒宽和千粒重数值均显著高于NIL-qSe1CX29B的数值。9.基于qSe1 NIL群体的51个重组单株,通过加密标记和后代测验,将qSe1分解成两个QTLs,qSe1.1和qSe1.2。进一步地加密标记,将qSe1.1限定在约60kb的范围内。在日本晴的参考基因组上,qSe1.1区域有7个注释的基因,编码了2个反转座子蛋白,3个表达蛋白,1个转录因子和1个离子外排家族蛋白。通过NIL群体中两种纯合型家系的幼穗3个时期的相对表达分析和两个亲本的比较测序分析,将qSe1.1的候选基因限定在两个注释的基因之间。