同源四倍体水稻是由二倍体水稻经过染色体加倍获得的种质。籼、粳型同源四倍体水稻杂交F1具有明显的生物学优势,蕴含巨大的增产潜力。然而,其杂交F1育性普遍偏低,产量优势难以发挥,无法在生产上直接应用。本室经过多年努力,成功获得育性正常的同源四倍体水稻新种质,这一类新种质目前暂称为“新型四倍体水稻”(Neo-tetraploid rice),其中有2份材料,即华多1号和华多2号已获得国家植物新品种权。为了加快利用该材料,本研究利用华多1号作为研究材料,从形态学、细胞学和基因组学等方面,对其主要农艺性状和杂种优势表现、花粉母细胞减数分裂特征和基因组变异特征等进行系统研究。主要研究结果如下:(1)华多1号具有优良的主要农艺性状,并表现明显的杂种优势。华多1号成熟花粉育性为95.62%,极显著高于亲本T45和T44。与双亲相比,华多1号结实率显著提高,平均达到了76.46%以上。华多1号株高为104 cm,有效分蘖数为6.6个,千粒重35.44 g,穗总粒数87粒。利用华多1号与不同类型的同源四倍体水稻杂交,F1与同源四倍体水稻相比,实粒数、总粒数和结实率等极显著的提高,且部分杂种F1表现出超亲优势,表明华多1号可以克服F1的不育性。(2)华多1号花粉母细胞减数分裂过程异常染色体行为明显比其亲本低。华多1号花粉母细胞减数分裂过程及特点与二倍体基本一致。华多1号减数分裂期间的染色体异常率明显低于双亲,前者的异常率为8.80%,而双亲的平均达25.06%。双亲的异常主要包括染色体拖曳、染色体桥、落后染色体等。华多1号除后期II出现染色体不同步分离,其他时期出现的异常染色体频率均较低。华多1号终变期染色体平均构型为:2n=48=(0.06±0.02)I+(10.17±0.31)II+(6.87±0.15)IV+(0.02±0.01)VI;亲本T45的平均构型为:2n=48=(0.55±0.10)I+(7.93±0.27)II+(0.07±0.02)III+(7.16±0.14)IV+(0.03±0.01)V+(0.27±0.05)VI+(0.12±0.03)VIII;亲本T44的平均构型为:2n=48=(0.34±0.09)I+(5.55±0.40)II+(0.04±0.02)III+(8.68±0.19)IV+(0.22±0.05)VI+(0.05±0.03)VIII。(3)华多1号全基因组与亲本比较,出现丰富的变异特征。华多1号通过基因组重测序共获得25.15 G高质量的碱基,其GC含量为45.41%,Q30达到85.06%,测序深度为57×。通过与双亲基因组对比,华多1号基因型与父本T44较接近。在华多1号中共检测到26243个非同义SNP、896个的移码突变In Del、991个SV和36个CNV。与双亲比较,华多1号共筛选出9041个变异基因。通过与育性相关的关键词,在其中筛选出390个可能与育性有关的变异基因。基因富集分析表明,390个基因主要涉及细胞、催化活性、细胞过程等功能。通过进一步的GO注释和基因网络关联分析,筛选出16个与育性相关的主效基因,已知功能注释表明,它们在花粉发育、纺锤体组装、减数分裂等过程或功能中发挥重要的调控作用。综上所述,本文研究表明华多1号花粉母细胞减数分裂过程染色体异常频率低,花粉育性高,与同源四倍体水稻杂交F1育性正常并具有明显的优势,具有利用前景。而华多1号在全基因组产生了丰富的遗传变异,其中可能与华多1号高育性相关的变异基因,值得进一步研究。