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。