以前期鉴定的一批具有较好抗旱效果的单价转基因纯合水稻（包括4个表达载体：Actin1::CBF3，Actin1::LOS5，OsHVA22P::NPK1，OsHVA22P::ZAT10）为材料，利用有性杂交将转基因进行聚合，并在杂交后代鉴定出双价及四价转基因纯合材料；在大田和PVC管两种生长环境下对转基因聚合材料进行成株期抗旱性筛选，鉴定出一批综合抗旱性（以单株产量及结实率作为抗旱评价指标）显著改良、遗传稳定的多价转基因纯合材料，应用于水稻抗旱性遗传改良。基于外源抗旱候选基因在水稻遗传背景中的表达模式和水稻全基因组表达谱扫描结果，结合水稻抗旱相关的生理生化指标测定，系统剖析这些抗旱候选基因（CBF3，LOS5，NPK1，ZAT10）在水稻遗传背景中的抗旱效果及互作模式，并揭示其抗旱分子机理，为利用外源抗旱候选基因聚合改良水稻抗旱性提供重要的理论和实践指导依据。

本研究利用常规有性杂交技术将单价转基因（CBF3, LOS5, NPK1, ZAT10）材料进行转基因聚合，通过分子检测和田间抗旱性筛选，分别获得了109和4份抗旱效果较单基因显著增强、遗传稳定的双价和四价转基因聚合材料。水分胁迫相关的理化指标测定表明，在干旱胁迫条件下转基因聚合材料的叶片水势(LWP)，渗透调节物质脯氨酸(Pro)、抗氧化酶类超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化物酶(POD)含量均较对照和单价转基因材料明显增强。水稻全基因组芯片表达谱数据分析表明，双价转基因聚合材料的诱导表达谱大部分涵盖了相应单基因的诱导表达谱，但也有部分基因是各自特异表达。四价转基因聚合材料在田间抗旱性、水分胁迫相关的理化指标（LWP、Pro、SOD、POD）和基因诱导表达谱等方面与双价转基因聚合材料均相似，这可能与转基因聚合过多造成了部分转基因在转录或翻译水平上沉默有关。以上结果从水分胁迫生理生化代谢及基因表达层面很好地解释了转基因聚合材料抗旱性显著增强的分子机理，同时也为利用基因聚合改良复杂数量性状提供借鉴：候选基因不宜过多，坚持功能互补、优化组合的原则。