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水稻（Oryza sativa L.）是最重要的粮食作物之一，世界上约有一半以上的人口以稻米为主食。因此增加水稻产量对世界，尤其对我国粮食安全至关重要。在水稻生产中，杂草和病虫危害是造成水稻减产的重要因素，而利用基因工程技术培育抗性优良的抗虫、抗除草剂水稻是减少杂草和害虫危害、提高水稻产量、减少农药残留最为经济有效的方法之一。本研究将来源于根癌农杆菌(Agrobacterium tumefaciens)CP4菌株的草甘膦抗性基因Epsps、来源于苍白杆菌(Ochrobactrum anthropi)的草甘膦降解基因Gox和来源于苏云金芽孢杆菌(Bacillus thuringiensis)的抗虫基因Cry1Ca分别按照水稻偏爱密码子进行优化设计，利用农杆菌介导法把优化后的基因转化水稻，获得了外源基因表达优良的抗除草剂、抗虫植株。主要研究结果如下: 1、优化合成的Epsps＃基因与原始的Epsps基因(Genebank No.AB209952.1)相比，核苷酸序列长度为1371 bp，氨基酸序列保持不变，降低了水稻稀有密码子ATA、TTA、CTA、GTA的使用频率;同时为了防止DNA序列甲基化，降低了GCG、ACG、CCG、TCG和GGG的分布;消除了1处富含AT序列;去除了常用的BamHI、PstI、NcoI等限制性内切酶位点;总共改变碱基163个，占碱基总数的11.89％;更改密码子138个，占整个密码子的30.20％;G+C含量由65.62％降为59.94％。优化后的Epsps＃基因的密码子分布更接近于水稻密码子的分布特征，比原始的Epsps基因更容易和有效地在水稻体内表达。 2、构建含优化的Epsps＃基因的植物表达载体pC3300-Epsps。利用农杆菌介导法转化粳型水稻光温敏核不育系7001S，获得34个经过PCR验证的再生植株。选取其中10株进行Southern杂交检测分析，结果表明外源基因已经整合进水稻基因组内，拷贝数为1～3个。对独立转化事件产生的株系进行荧光定量PCR和ELISA检测，发现优化的Epsps＃基因在测试株系叶片中表达正常，但表达水平在转化事件间存在差异，EPSPS蛋白最高相对表达量为9.02％。T1和T2代转基因株系对除草剂草甘膦和草铵膦均具有良好的抗性。从T2代转基因株系的田间喷洒试验来看，获得的转基因水稻株系对草甘膦的抗性剂量不低于3.332 g/m2，而且可同时抵抗剂量不小于0.375 g/m2的草铵膦和0.833 g/m2的草甘膦。转基因水稻育性和农艺性状分析结果显示，外源基因的插入并未显著影响转基因光温敏核不育水稻的育性转换和农艺性状。 3、在保持原序列的氨基酸序列不变的前提下，根据水稻偏爱密码子优化后的Gox＃基因长度为1296 bp，与原始的Gox基因(Genebank No.CP000389.1)的序列相比，消除了水稻稀有密码子TTA、CTA、GTA;同时为了防止DNA序列甲基化，消除了密码子GCG、ACG、CCG、TCG和GGG;消除了3处富含AT序列和9处内含子切割信号序列;去除了常用的BspEI、EcoRI、NcoI、NruI、SacI和SphI限制性内切酶位点;优化基因的mRNA在起始密码子处不形成发夹结构，从而保证蛋白质的顺利翻译;总共改变碱基192个，占碱基总数的14.81％;更改密码子181个，占整个密码子的41.9％; G+C含量由56.17％变为59.1％。 4、构建含优化的Gox基因的植物表达载体pC3300-Gox。利用农杆菌介导法转化粳型水稻光温敏核不育系7001S，获得32株再生植株;PCR初步检测获得的转基因植株为阳性植株;草甘膦和草铵膦抗性实验表明:转基因植株对草胺铵具有良好的抗性，但对于草甘膦的抗性较弱。 5、在保持Cry1Ca5基因(Genebank No.X96682)氨基酸序列不变的前提下，按照水稻偏爱密码子优化的Cry1Ca＃基因序列长度为1890bp，与原始的Cry1Ca5基因的序列相比，提高了密码子第3位碱基为G/C的密码子的比率;降低了水稻稀有密码子ATA、TTA、CTA、GTA的使用频率;同时为了防止DNA序列甲基化，降低了GCG、ACG、CCG、TCG和GGG的分布;消除了23处富含AT序列和18处内含子剪切信号位点;优化基因的mRNA在起始密码子处不形成发夹结构，从而保证蛋白质的顺利翻译;总共改变碱基407个，占碱基总数的21.53％;更改密码子364个，占整个密码子的57.78％; G+C含量由36.51％升高为55.47％。优化后的Cry1Ca＃基因的密码子分布更接近于水稻密码子的分布特征，比原始的Cry1Ca6基因更容易和有效地在水稻体内表达。 6、构建含优化的Cry1Ca＃基因的植物表达载体pC3300-Cry1Ca;利用农杆菌介导法转化水稻恢复系R893获得6株再生植株;经过分子鉴定及性状鉴定，发现Cry1Ca＃基因和Bar基因均已成功整合到水稻基因组并稳定表达。其中4个株系的外源基因拷贝数为1，花粉可育;另外2个株系的外源基因拷贝数为2，花粉不育。在苗期对转基因阳性植株进行ELISA检测，发现不同器官中Cry1Ca＃蛋白含量有差别，根系中Cry1Ca＃蛋白的表达量最低，叶片中最高，达到35.073μg/g叶片鲜重。除草剂和抗虫生物鉴定结果显示，获得的转基因株系对除草剂草铵膦和稻纵卷叶螟均具有良好的抗性。