杂种优势的应用极大提高了水稻产量,为保障我国粮食安全做出了重要贡献。我国杂交水稻经过50多年的发展,水稻产量不断突破,但是对其品质性状遗传的系统研究相对较少。稻米品质性状非常复杂,包括加工品质、外观品质、蒸煮食味品质和营养品质等。从杂交稻发展进程看,杂交稻米品质面临的主要问题是外观和蒸煮食味品质改良缓慢。其中稻米的外观品质主要涉及粒形和垩白,后者又与粒形密切相关。稻米的蒸煮食味品质评价较为复杂,其受到直链淀粉含量、胶稠度、糊化温度、淀粉黏滞特性、蛋白质含量和香味等众多因素的影响。由于消费者对自身健康的关注,稻米的营养品质在近些年来逐渐受到重视,该性状主要涉及稻米的蛋白质、脂质、微量营养元素和稻米淀粉的消化特性（抗性淀粉含量等）。目前围绕稻米品质性状的遗传调控已有大量研究,克隆了多个重要品质基因,其中一些基因的等位变异类型也比较清楚。但是在杂交稻育种过程中这些重要品质基因的等位变异和利用规律并不清楚。本研究以此为出发点,收集了自1970年到2020年育成的392份杂交稻亲本材料,其中包括58份两系恢复系（2-RL）、218份三系恢复系（3-RL）和116份籼型自交系（IRV）。系统分析了这些材料主要品质性状随着育种进程的变化规律。同时,还利用全基因组重测序数据对这些恢复系主要品质基因的等位变异和利用进行了分析,以明确这些基因在杂交稻育种过程中的演化规律。此外,还针对稻米营养品质评价的关键指标,快速消化淀粉和慢消化淀粉两个参数,开展了全基因组关联分析,并对主效位点进行了效应评价。本研究主要结论如下:1.分析了籼型恢复系稻米品质的变化规律。粒形方面,长宽比与粒长呈显著正相关,和粒宽呈负相关;千粒重与粒长和粒宽之间均存在显著正相关性,与长宽比相关性不显著。自交系材料随着育成时间的推移,粒长逐渐变长而粒宽逐渐变窄,导致长宽比不断提高,而表现为水稻粒形由“短而宽”逐渐向“细而长”转变;两系恢复系材料的粒长同样随着育成时间逐渐增加,但是增加幅度相较于自交系材料较小,而粒宽随着时间没有明显的变化趋势;三系恢复系的粒长和粒宽随着育成时间没有明显变化。蒸煮食味品质方面,食味值与表观直链淀粉含量（AAC）和消减值（SBV）之间存在显著负相关性,同时与崩解值（BDV）之间存在显著正相关;AAC与SBV呈正相关性,而与BDV呈负相关性;两系恢复系和三系恢复系稻米蒸煮食味品质的各测量指标随着育成时间无明显规律性变化;而在自交系（IRV）材料中,稻米AAC呈现两阶段的变化趋势,第一个阶段从1970起到2000,该阶段稻米AAC从整体的～25%降到～15%;第二阶段从2000至今,一直维持在15%左右;恢复系稻米的糊化温度（Tp）随着育种进程表现无规律性变化;自交系材料随着育种进程表现出明显的规律,早期高Tp的材料数量多,2000年左右低Tp材料的数目开始增加并一直维持在较高的比例;稻米蛋白质含量分析表明不同材料类型之间以及育成年份间没有明显的变化规律。2.利用392份籼稻的全基因组重测序数据分析了重要品质相关基因的等位变异类型和分布规律。全基因组关联分析结果显示,粒形相关的主效位点多集中在GS3和GW5基因附近,说明这两个基因在该群体中对粒形起到重要的调控作用;蒸煮食味品质相关的主效位点多集中在Wx和ALK基因附近,说明这两个基因对该群体稻米蒸煮食味品质发挥重要调控作用;分析了稻米外观品质相关主要的粒形（GS3、GW5、GS5和GW6a等）和垩白基因Chalk5的单倍型,以及单倍型在不同群体类型和材料育成时间与地区分布的规律。结果表明,恢复系材料中GS3和GW5的单倍型随时间无规律变化,而GS5、GW6a和Chalk5随着育成时间表现出明显的优势单倍型变多的趋势,表现为控制细长粒单倍型比例逐渐提高,低垩白单倍型比例也逐渐提高;自交系材料中GS3、GW5、GS5和GW6a粒形基因单倍型随着时间变化,控制细长籽粒的单倍型比例提高,高垩白单倍型比例降低。通过对粒形主效基因GS3和GW5单倍型的组合分析发现,总体粒形呈现两种主要类型:一种是“细而长”,另一种是“短而宽”。分析了蒸煮食味品质相关基因Wx、ALK、SSI、SBEⅡb和Badh2等基因的功能等位类型和单倍型。结果表明,自交系和两系恢复系材料中Wxb等位基因随着育种进程在群体中的比例逐渐提高,而其在三系恢复系中的比例却没有明显的变化;ALKb等位基因在自交系材料中比例随时间逐渐上升,但是其在恢复系材料中无规律变化;随时间的变化SSI和SBEⅡb的各单倍型在不同类型材料中无规律变化;Badh2具有香气的单倍型主要在自交系材料中,且随着育种进程占比逐渐提高。3.对392份籼稻稻米20分钟和120分钟淀粉消化量参数进行了进行全基因组关联分析,在水稻第6号染色体鉴定到两个候选区段,分别覆盖了Wx和ALK基因。针对一个高抗性淀粉（RS）含量籼稻种质,通过籼粳稻杂交构建了F2分离群体。利用分子标记连锁分析方式,在该群体中定位到10个RS相关QTL,其中qRS60-2.2和qRS60-6.2两个QTL的LOD值分别是7.99和9.21,两者的贡献率分别是14.31%和23.26%。其中qRS60-6.2定位区间与全基因组关联分析区间共定位,该区间包含ALK基因。通过对定位群体RS与糊化温度性状的测定分析发现,RS含量与糊化温度之间存在显著正相关。此外,对F2群体中不同RS含量材料的ALK基因序列检测,发现高RS含量的材料含有ALKc等位类型,低RS含量的材料含有ALKb等位。为明确两者之间的关系,利用实验室创建的粳稻日本晴背景下具有低糊化温度的ALK近等基因系NIL（ALKb）和具有高糊化温度的近等基因系NIL（ALKc）对上述相关性进行了验证,结果表明高糊化温度的近等基因系稻米RS含量显著高于低糊化温度近等基因系。上述的结果表明,ALK不仅是调控糊化温度的主效基因,其同时也对水稻RS有重要影响。