1 实验一主要农作物有性杂交技术适用对象——本科农学专业实验学时——3 学时实验类型：技术验证性实验一、实验目的l. 以水稻为练习材料，熟悉水稻的花器构造和开花习性2. 通过练习，掌握水稻有性杂交的方法与技术3. 熟悉水稻杂交育种的一般程序4. 了解玉米、小麦、花生、大豆等作物的开花生物学特性和有性杂交关键技术二、实验原理1. 花器构造水稻 (Oryza sativa ，L．) 属禾本科 (Gramineae) 稻属 (Oryza) ，是雌雄同花的自花授粉作物稻穗属复总状圆锥花序，由主轴、枝梗、小枝粳组成在小枝梗上着生小穗，每个小穗由基部的两片退化颖片（通常称为副护颖） 、小穗轴和3 朵小花构成 3 朵小花中，顶端一朵为完全花，其下两朵均退化，仅见两片不孕外稃 ( 通称为护颖 ) 可育小花有外稃（通称外颖），内稃 ( 通称内颖 ) ，2 个浆片 ( 通称鳞被 ) 、6 枚雄蕊和 1 枚雌蕊雌蕊位于颖花基部的中央，子房一室，内藏一个胚珠；花柱先端分开成羽毛状柱头雄蕊6 枚，花丝从子房的基部生出，花药四室，长形，每个花药内约有1000 粒花粉子房与外颖间有两个小鳞片，鳞片呈圆形、白色、肉质，起着调控颖花开放的作用。
玉米 （Zea mays L . ）属禾本科（Gramineae） 、玉米属（Zea） ，雌雄同株异花授粉作物雄穗由植株顶端的的生长锥分化而成，为圆锥花序，由主轴和侧枝组成主轴上着生4～11 行成对排列的小穗，侧枝仅有2 行成对小穗每对小穗中，有柄小穗位于上方，无柄小穗位于下方每个小穗有2 枚成对护颖，护颖间着生2 朵雄花，每朵雄花含有内外颖、鳞被各2 枚，雄蕊3 枚，雌蕊退化雌穗一般由从上向下的第6～7 节的腋芽发育而成，为肉状花序雌穗外被苞叶，中部为一肉质穗轴，在穗轴上着生成对的无柄雌小穗，一般有14～18 行，每小穗有2 枚颖片，颖片内有2 朵雌花，基部的 1 朵不育，另1 朵含雌蕊 1 枚，花柱丝状细长，伸出苞叶之外，先端二裂，整条花柱（俗称花丝）长满茸毛，有接受花粉能力小麦 (T. aestivum L.)属禾本科（ Gramineae） 、小麦属（Triticum ） ，是雌雄同花的自花授粉作物麦穗属复穗状花序，由许多互生的小穗组成，小穗基部着生两个护颖和3-9 朵小花，但正常发育的都是基部的 2-5 朵小花，小穗上部的小花往往退化每朵小花自外向里有外颖、内颖各1 片；鳞片 2 个；雄蕊（花丝、花药）3 个；雌蕊（子房、柱头、花柱）1 个，呈羽毛状分裂。
外颖顶端有芒或无芒花生（Arachis hypogaea） 属豆科（Fabaceae） ， 蝶形花亚科 （Faboideae） ， 落花生属 (Arachis)，落花生（A. hypogaea） ，自花授粉作物花生的花是两性完全花，总状花序，着生在主茎或侧枝叶2 腋间的花梗上每一花序一般能开2—7 朵花，多的开到15 朵以上整个花器分为苞片、花萼、花冠、雄蕊、雌蕊五部分大豆 （Giycine max(L)Merrill）属豆科（ Leguminosae） 、蝶形花亚科大豆属（Glycine Willd.） ，自花授粉作物总状花序，着生在主茎和第一次分枝的叶腋内（腋生花序）或植株顶端（顶生花序）通常花序约有15 朵花，但长花序品种多达30 朵花大豆的花由花萼、花冠和雌雄蕊组成，花萼5 片，位于花的最外层，基部连合成筒状花冠呈蝶形，顶端较大的一片为旗瓣，两侧对称的二片为翼瓣，下面二片较小的为龙骨瓣，龙骨瓣弓形包被着雌雄蕊雄蕊10 枚，其中9 枚的花丝连在一起成管状，1枚单生，为二体雄蕊雌蕊位于雄蕊中央，花柱较长而弯曲，柱头球形，子房一室，内有1—4 个胚珠2. 开花习性水稻 ：早、中稻抽穗时，气温较高，在稻穗抽出叶鞘的当天或后1～2 天即陆续开花，开花也较快而集中，以开花后的第2～3 天为盛花期，晚稻开花较慢而分散，以开花后的第4～5 天为盛花期。
一个稻穗的颖花全部开放完毕约需5～7 天一个稻穗的开花顺序是上部枝梗的颖花先开，而后依次向下，同一枝梗上往往是顶端颖花最先开，而后再由下向上，一朵颖花从开放到闭合约需1～2 小时水稻开花的快慢和多少因天气条件和品种不同而异如夏季天气晴朗，气温适宜，籼稻开花通常从上午8 时到中午，以 9～ 11 时为开花盛期， 粳稻一般要比籼稻推迟2～3 小时开花 水稻开花授粉的最适温度为30℃左右，最适相对湿度为70～80％如遇阴雨连绵、气温偏低则开花推迟，甚至不开花而闭颖授粉水稻天然异交率一般为1％在自然条件下，水稻花粉生活力只能维持5 分钟左右，雌蕊接受花粉受精能力可维持3～4 天，但以开花当天或次日受精结实事最高玉米： 玉米雄穗一般抽出后5～ 7 天左右便开花散粉每天8～11 时开花以 7～9 时开花最盛， 其开花顺序是先主轴后侧枝，主轴由中上部开始向上向下延伸，侧枝则由上而下开放，始花后2～4 天为盛花期，一株雄穗花期约7～8 天开花的最适温度为25～28℃，最适相对湿度为70～90% 温度低于18℃或高于38℃时雄花不开放花粉生活力在温度为28.6 ～30℃和相对湿度为65～81% 的田间条件下，一般能保持6 小时，以后生活力下降，大约可维持8 小时左右。
一般雄穗散粉后2～4 天，同株雌穗的花丝开始外露通常以雌穗中下部的花丝先抽出，然后向上向下延伸，以顶部花丝抽出最晚，一般花丝从苞叶中全部伸出约需2～5 天，花丝生活力可维持10～ 15天但以抽出后2～ 5 天授粉结实最好，尚未受精的花丝色泽新鲜，剪短后还可继续生长，但一经受精便凋萎变褐玉米的花粉借风传播，传播距离一般在植株周围2～ 3m内，远的可达250m 花粉落到花丝上后约经6 小时开始发芽，24～36 小时即可受精小麦 ：小麦多数品种为开颖授粉，也有少数闭颖授粉通常小麦抽穗2-4 天开花（有的当天就开花，也有的抽穗10 天才开花），小麦的开花昼夜进行，其开花的高峰期随地区、品种、当时温、湿度有所差3 异通常一天有两个高峰，上午8-11 时，下午约2-6 时开花最盛，小麦开花的最适温度18-23 ℃，最适相对湿度70-80 ％, 小麦花粉在田间条件下的生活力约20 分钟小麦的开花顺序，就全株而言先主穗后分蘖穗；同一穗上，先中部的小穗，然后依次向上、向下两端开放；就一个小穗而言，先基部第一朵小花，然后依次向上，全穗开花约3-5 天小麦开花时，鳞片吸水膨胀，迫使外颖张开，同时花丝迅速伸长并伸出颖片外，花粉囊破裂而散粉，一朵小花开花时间很短，大约15-20 分钟，开花后花粉落在柱头上1-2 小时开始萌发。
花生： 花生在开花前花蕾膨大，一般在开花前一天傍晚，萼片裂开，露出黄色花瓣，到夜间花萼迅速伸长，至次日早晨开花时可长达3—6 厘米花多在早晨5—7 时开放开花前 l一 5 小时，花药即开裂散粉，进行授粉授粉后经12 小时左右即可完全受精开花受精后，花冠当天下午萎蔫花生的开花顺序，一般自下而上，从内到外，左右轮流开放或同时开放但在久旱遇雨时，开花顺序失常花生的开花类型，根据第一次分枝上花序的着生情况可分为两类：一类是连续开花型，即主茎开花，侧枝不论是否再分枝，每个节上都能开花另一类型是交替开花型，一般主茎不开花，侧枝的第一、二节分枝，第三、四节开花，第五、六节再分枝，第七、八节开花，分枝与花序交替出现花生的开花期很长，花量较多在一般大田生产中，单株开花数在50—200 朵开花期早熟种从始花到终花60—70 天，晚熟种90 一 120 天连续开花型品种在始花后10 天达盛花期；交替开花型品种则在始花后20—30 天达盛花期 花生的开花量虽多，但有效花期内的开花量只占总开花量的60％左右不论哪个品种类型花生的花，基部两对侧枝的开花量都占全花量的80％一 90％以上大豆 ：大豆的开花顺序因结荚习性而异。
无限结荚习性的大豆，其开花顺序是由内向外，由下向上，随主茎的生长而不断开放，一般不形成明显的顶端花序，花期较长，可达30—40 天，结荚分散有限结荚习性的大豆，主茎出现顶端花序较早并较发达，一般主茎中上部先开花，并往上下两个方向和由内向外呈螺旋式开放花期集中且较短，一般为15—20 天，同一花序中，基部的花先开，上下相邻两花序的花期相差1 天，同一花序相邻花朵其花期也相差1 天左右从现蕾到开花一般需3—7 天，雌雄蕊在开花前已成熟，当花冠展开时花药破裂自花授粉，所以其天然异交率一般仅0.5%—1% 大豆一般在上午6—11 时开花， 8 时左右开花最盛始花后的5—7 天进入盛花期开花的最适温度为25—28℃，相对湿度为80% 左右在自然条件下，大豆的花粉生活力一般能保持1 小时，柱头的生活力可维持2—3 天大豆开花授粉后花粉在柱头上2 小时内即发芽伸入柱头，经8—10 小时便完成受精过程三、实验材料不同的水稻、玉米、大豆、花生等品种四、实验方法与步骤（一）水稻有性杂交技术1．确定组合，种植亲本4 1） 根据育种目标确定杂交组合2） 决定杂交穗数，根据所需种子数，并按40% 的杂交结实事估算，一般单交2 穗，三交或回交7穗，双交11 穗。
3） 根据父母本生育期长短分期播种，生育期短的迟播，生育期长的早播如双亲生育期不甚清楚，可每隔 10～15 天为一期，分2～ 3 期播种，以确保花期相遇4） 早、晚稻杂交，在春季需对晚稻品种在5 叶期进行10～ 12 小时短日照处理30 天左右即可明显提早抽穗或推迟早稻的播种期，使早、晚稻花期相遇凡是短日照作物为了使各品种花期相遇，通常都采用分期播种、短日处理等措施，以下实验不再重复叙述2．杂交技术1）选株选择母本植株应具有该品种典型性状、生长健壮、 无病虫害， 穗尖已开过几朵花 （稻穗抽出2/3 ）的穗去雄2） 去雄A.水稻可育品种的去雄技术水稻有性杂交去雄的方法很多，常用的方法有：温汤去雄、剪颖去雄、热气杀雄、黑暗闭药开花去雄和真空去雄法等，其中以第一种方法应用较为普遍温汤去雄是利用水稻雄蕊对温度的忍耐力较雌蕊差的特点，在43—46℃的温水中浸泡稻穗4--6 分钟，可杀死花粉而不伤害雌蕊和其它花器；且温水能刺激鳞片，促进开花a. 温汤去雄：(1) 在自然开花1～ 1.5 小时前，将已盛有47℃热水的热水瓶用冷水调节到43～ 45℃，一般籼稻用43～ 44℃，粳稻用44～45℃切勿提高水温以免烫死雄蕊。
2) 小心地将选好的母本穗倾斜浸入热水瓶中，持续3～5 分钟，注意勿要延长处理时间，切忌将稻穗折断3) 取出稻穗，抖去穗上积水4) 待 5～10 分钟，只有当天开花的颖花其雄蕊已烫死，这一点应特别注意因此用剪刀先剪去处理后未开放的颖花，然后将已开放的颖花逐一斜剪去上端1／3 的颖壳b. 剪颖去雄：(1) 整穗在杂交前1 天下午 3 时后或当天水稻开花之前1～2 小时，用剪刀将穗部已开过的颖花和 2～3 天内不会开放的幼嫩颖花剪去，每穗只留中部小花2) 剪颖将保留的颖花用剪刀逐一斜剪，剪去其上端1／3 左右的颖壳3) 去雄用镊子轻轻地将每一颖花内尚未成熟带黄绿色的6枚花药全部完整地取出或用抽气吸雄5 器吸净 6 个花药，注意防止损伤柱头如去雄时花药破裂或已有成熟花药散粉，则应去除该小穗，并将镊子放入酒精里杀死所蘸花粉这种去雄方法虽然工作效率很低，但有些粳稻品种用温汤去雄不易促使开花杀雄，这时就不得不用这种去雄方法c. 热气杀雄法：将热水瓶中装48～50℃热水，去雄时倒掉水，使瓶内温度保持45℃左右，将空瓶套住母穗，瓶口用棉花塞住保温处理时间和整个步骤与温水法相同d. 黑暗闭药开花去雄：水稻开花时颖壳的张开和花药的开裂对外界条件刺激的反应不同。
在黑暗条件下， 可促进颖壳张开、花药伸出颖壳外而不开裂，花粉成团粘着把即将开花的盆栽稻，在早晨开花前2— 3 小时，从室外移进暗室，暗室开一小窗，留一点光线以便工作移后不久，即开始开颖，花药伸出颖外而不开。