实验三 小麦的人工杂交技术
一、目的要求
1．了解小麦开花生物学特性；
2．掌握小麦人工杂交技术。
二、材料和用具
1．实验材料 小麦品种若干个。
2．实验用具 小羊皮纸袋、回形针、纸牌、70％酒精棉球、剪刀、大头针、铅笔、橡皮。
三、内容说明
1．小麦花器构造：
小麦的花排列为复穗状花序，通常称作麦穗。麦穗由穗轴和10～30个互生的小穗两部分组成。穗轴直立而不分枝，包含许多个节，在每一节上着生 1 个小穗。每个小穗包含 2 片护颖和 3～9 朵小花，最上部的一个或几个小花发育不完全或退化。一般情况下，只有小穗基部的2～3朵发育完全的小花结实，在良好的栽培条件下，可以有6-7朵小花结实。因此做杂交时每个小穗只留下基部的2朵小花。
小麦为两性花，发育完全的小麦花由 1 枚外稃（或外颖）、 1 枚内稃（或内颖）、 3 枚雄蕊、 1 枚雌蕊和 2 枚浆片（或鳞片）组成。其外稃因品种不同，有的品种有芒，有的品种无芒。雄蕊由花丝和花药组成，花药两裂，未成熟时为绿色，成熟时黄色。花粉囊内充满花粉粒，成熟时花粉囊破裂，散出花粉粒。雌蕊具有羽毛状柱头、花柱和子房，猪头成熟时羽毛张开接受花粉，子房倒卵圆形，白色，受精后发育成一粒种子。两片鳞片位于子房与外颖之间的基部，开花时由于鳞片细胞吸水膨胀推开外颖，因而呈现开花现象，以后膨胀减弱，颖片渐渐合拢。（见图3-1）
2. 小麦开花习性
（1）开花时间 小麦抽穗后如果气温正常，经过 3～5 天就能开花；晚抽的麦穗遇到高温时，常常在抽穗后 1～2 天，甚至抽穗当天就能开花；抽穗后如遇到低温，则需经过 7 ～ 8 天甚至十几天方能开花。
小麦开花昼夜都能进行。开花最盛的时间随品种、地区和气候条件不同而异。在沈阳地区一般以上午5～8时及下午16～20时最盛。在正常天气，小麦上午开花最多，下午开花较少，清晨和傍晚很少开花。因此，上午是采集花粉和授粉的最好时间，而母本去雄的最好时间则在清晨和傍晚。
小麦开花时，因鳞片细胞吸水迅速膨大，使内外颖张开。张开角度为20-30°。开张角度的大小因品种和气候条件而变化。天气晴朗，水分充足时，夹角可达40°；在干旱条件下，会小到10°，开花时花丝迅速伸长将花药推出。一朵花开放的时间平均15～20分钟，因品种和气候条件而异。当内外颖张开不久，随着花丝的伸长花药即开始破裂，花粉便落在自己的柱头上，其余花粉随风散布在空气中。
（2）开花顺序 就全株来说，主茎上的麦穗先开，分蘖上的麦穗后开；就 1 个麦穗来说，中部的小穗先开，上部和下部的小穗后开；就 1 个小穗来说，基部的花先开，上部的花后开。一个麦穗从开花到结束，约需 2～3 天，少数为 3～8 天。干旱天气开花期缩短，潮湿天气可以延长。
（3）授粉方式 小麦为自花授粉作物，但有一定的天然杂交率，其天然杂交率在 1 ％以下。杂交率随气温和品种不同而有区别。小麦开花最适宜的温度为18-20℃，最低温度为9-11℃，如遇旱风和40℃以上高温也要受害。开花时如遇到高温或干旱，天然杂交率就容易上升。因为在高温干旱条件下，花粉极易失去生活力（在正常气候条件下，其生活力也只保持几个小时），而柱头的受精能力却往往能保持一段时间，在正常条件下柱头寿命可维持7天左右，但经过3-4天后结实率便明显下降。一旦气温下降或干旱减轻，则能接受外来花粉，发生天然杂交。有些小麦品种，开花时稃片开张较大，开放时间较长，天然杂交的机会增多。授粉后经1-2小时，花粉粒开始萌发，再经40小时左右完成受精。
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图3-1 小麦花序及小穗和花的结构
四、方法步骤
小麦杂交有选择亲本、选穗、整穗、去雄、采粉、授粉和收获等步骤。
1．选择优良母本植株
按既定杂交组合，选择发育良好，健壮，无病虫害，穗柄抽出高3-6cm （但当处在高温等不利于生长而利于发育的环境条件下时 ，应考虑适当降低穗柄抽出高度），但尚未开花，即花药未成熟的植株作为母本。
麦穗初步选中以后，用镊子打开麦穗中部的小花，观察它的花药，如果花药正在由绿变黄，就是理想的杂交穗。因为这样的麦穗当天去雄后，第二天就能授粉杂交。
2．整穗
整穗时，保留中部8-10个发育健壮的小穗，剪掉穗子基部和顶部发育不好的小穗，然后用镊子拔掉每个小穗上发育不良的小花，每个小穗只留基部两朵小花，再用剪刀剪去芒连同外颖顶端1/4-1/3。
3．去雄
整穗以后应立即去雄。小麦花在未开放以前，内、外稃紧闭，为了夹除花内的花药，可用手指和镊子将内、外稃分开，然后将花内的花药夹出来。这种去雄方法称为分颖去雄法。分颖去雄法是小麦去雄时常用的一种方法。
运用分颖去雄法去雄时，先用左手大拇指和中指捏住麦穗，用食指轻轻压住要去雄的花朵内、外稃顶部，右手用镊子轻轻插入内、外稃的合缝里，利用镊子的弹性使内、外稃略为张开，然后轻轻夹出 3 个花药。注意不要将花药夹破或夹断，也不能碰伤柱头，并且要数清 3 个雄蕊是否已全部取出。
整个麦穗的去雄工作要先从麦穗的一侧开始，从上向下进行，做完一侧再做另一侧，按顺序进行，以免遗漏。去雄时，如发现花药已经变黄或已经破裂，应立即将这朵花除去。每朵花去雄后，应该将镊子浸入酒精中，杀死可能沾带的花粉。
去雄后套上羊皮纸袋隔离，拴挂标签。标签上应该注明母本品种名称（或行号），去雄日期，然后用曲别针夹住纸袋。纸牌写法如下：
A ×B A 代表母本品种
E 日/月 B 代表父本品种
P 日/月 E 代表去雄日期
××× P 代表授粉日期
×××授粉者姓名
4．花粉的采集和授粉
当母本麦穗去雄的小花上，柱头呈羽毛状分叉并带有光泽时，表示柱头已经成熟，应
马上进行授粉。采集父本花粉，多选择在去雄后2-4天，时间在上午9时前，下午4时后。一般采用捻穗法授粉，杂交工作效率高，结实率也高。
捻穗法授粉步骤如下：在小麦开花盛期前采集父本穗。选择父本穗时，应选择父本中的中部小穗已有少部分小花开过的穗子。父本麦穗中如果有 1 ～ 2 朵小花已经开放时，说明即将有更多的花朵开放。用剪刀剪去芒和当日不能开花的小穗，留3cm 穗柄将穗剪下。用手握1-2分钟后，再用剪刀剪开母本纸袋顶部，将整好的父本穗倒插在纸袋内，穗柄应露在纸袋外边，封好纸袋上口。5-10分钟后，用手轻轻捻动穗柄，使其围绕母本穗转动数周。取出父本穗，立即用大头针把纸袋上口折叠别好，并在纸牌上注明父本名称，授粉日期及授粉者姓名。然后剪去纸牌（或塑料牌）的一角，以示授粉完毕。一般父本穗只要有2-3个花药良好散粉就可满足授粉的需要。
为了得到更多花粉，也可同时多抹几个麦穗，将开花麦穗弯进光滑纸片叠成的容器中，用镊子轻敲麦穗，将花粉振落在容器中。用这种方法，一次可以采集较多的花粉。采集的花粉不要在阳光下照晒，应立即用来进行授粉。授粉时，先取下母本麦穗上的纸袋，一只手捏住麦穗，另一只手用毛笔蘸取刚刚采集的父本花粉，轻轻抹在柱头上。授粉要按顺序进行，从上向下授完一侧再授另一侧。授粉结束后，要重新套好纸袋，并在纸牌（或塑料牌）的另一面写上父本名称和授粉日期。然后剪去纸牌（或塑料牌）的一角，以示授粉完毕。
在授粉 10 天以后，要将纸袋摘掉，以使杂交穗正常生长发育。母本穗上的纸袋也可一直保留到收获时连同穗子一起收回。
5．收获
麦穗成熟后，要及时剪下杂交穗，并将每个杂交穗单独脱粒和保存，以供来年播种检验杂交是否成功。
五、作业思考题
1．观察小麦穗及花，了解小麦的花器构造及开花习性。
2．每人杂交3～5穗，将杂交结果列入下表。
表3-1 小麦杂交结果统计表
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实验三 小麦的人工杂交技术
一、目的要求
1．了解小麦开花生物学特性；
2．掌握小麦人工杂交技术。
二、材料和用具
1．实验材料 小麦品种若干个。
2．实验用具 小羊皮纸袋、回形针、纸牌、70％酒精棉球、剪刀、大头针、铅笔、橡皮。
三、内容说明
1．小麦花器构造：
小麦的花排列为复穗状花序，通常称作麦穗。麦穗由穗轴和10～30个互生的小穗两部分组成。穗轴直立而不分枝，包含许多个节，在每一节上着生 1 个小穗。每个小穗包含 2 片护颖和 3～9 朵小花，最上部的一个或几个小花发育不完全或退化。一般情况下，只有小穗基部的2～3朵发育完全的小花结实，在良好的栽培条件下，可以有6-7朵小花结实。因此做杂交时每个小穗只留下基部的2朵小花。
小麦为两性花，发育完全的小麦花由 1 枚外稃（或外颖）、 1 枚内稃（或内颖）、 3 枚雄蕊、 1 枚雌蕊和 2 枚浆片（或鳞片）组成。其外稃因品种不同，有的品种有芒，有的品种无芒。雄蕊由花丝和花药组成，花药两裂，未成熟时为绿色，成熟时黄色。花粉囊内充满花粉粒，成熟时花粉囊破裂，散出花粉粒。雌蕊具有羽毛状柱头、花柱和子房，猪头成熟时羽毛张开接受花粉，子房倒卵圆形，白色，受精后发育成一粒种子。两片鳞片位于子房与外颖之间的基部，开花时由于鳞片细胞吸水膨胀推开外颖，因而呈现开花现象，以后膨胀减弱，颖片渐渐合拢。（见图3-1）
2. 小麦开花习性
（1）开花时间 小麦抽穗后如果气温正常，经过 3～5 天就能开花；晚抽的麦穗遇到高温时，常常在抽穗后 1～2 天，甚至抽穗当天就能开花；抽穗后如遇到低温，则需经过 7 ～ 8 天甚至十几天方能开花。
小麦开花昼夜都能进行。开花最盛的时间随品种、地区和气候条件不同而异。在沈阳地区一般以上午5～8时及下午16～20时最盛。在正常天气，小麦上午开花最多，下午开花较少，清晨和傍晚很少开花。因此，上午是采集花粉和授粉的最好时间，而母本去雄的最好时间则在清晨和傍晚。
小麦开花时，因鳞片细胞吸水迅速膨大，使内外颖张开。张开角度为20-30°。开张角度的大小因品种和气候条件而变化。天气晴朗，水分充足时，夹角可达40°；在干旱条件下，会小到10°，开花时花丝迅速伸长将花药推出。一朵花开放的时间平均15～20分钟，因品种和气候条件而异。当内外颖张开不久，随着花丝的伸长花药即开始破裂，花粉便落在自己的柱头上，其余花粉随风散布在空气中。
（2）开花顺序 就全株来说，主茎上的麦穗先开，分蘖上的麦穗后开；就 1 个麦穗来说，中部的小穗先开，上部和下部的小穗后开；就 1 个小穗来说，基部的花先开，上部的花后开。一个麦穗从开花到结束，约需 2～3 天，少数为 3～8 天。干旱天气开花期缩短，潮湿天气可以延长。
（3）授粉方式 小麦为自花授粉作物，但有一定的天然杂交率，其天然杂交率在 1 ％以下。杂交率随气温和品种不同而有区别。小麦开花最适宜的温度为18-20℃，最低温度为9-11℃，如遇旱风和40℃以上高温也要受害。开花时如遇到高温或干旱，天然杂交率就容易上升。因为在高温干旱条件下，花粉极易失去生活力（在正常气候条件下，其生活力也只保持几个小时），而柱头的受精能力却往往能保持一段时间，在正常条件下柱头寿命可维持7天左右，但经过3-4天后结实率便明显下降。一旦气温下降或干旱减轻，则能接受外来花粉，发生天然杂交。有些小麦品种，开花时稃片开张较大，开放时间较长，天然杂交的机会增多。授粉后经1-2小时，花粉粒开始萌发，再经40小时左右完成受精。
2
图3-1 小麦花序及小穗和花的结构
四、方法步骤
小麦杂交有选择亲本、选穗、整穗、去雄、采粉、授粉和收获等步骤。
1．选择优良母本植株
按既定杂交组合，选择发育良好，健壮，无病虫害，穗柄抽出高3-6cm （但当处在高温等不利于生长而利于发育的环境条件下时 ，应考虑适当降低穗柄抽出高度），但尚未开花，即花药未成熟的植株作为母本。
麦穗初步选中以后，用镊子打开麦穗中部的小花，观察它的花药，如果花药正在由绿变黄，就是理想的杂交穗。因为这样的麦穗当天去雄后，第二天就能授粉杂交。
2．整穗
整穗时，保留中部8-10个发育健壮的小穗，剪掉穗子基部和顶部发育不好的小穗，然后用镊子拔掉每个小穗上发育不良的小花，每个小穗只留基部两朵小花，再用剪刀剪去芒连同外颖顶端1/4-1/3。
3．去雄
整穗以后应立即去雄。小麦花在未开放以前，内、外稃紧闭，为了夹除花内的花药，可用手指和镊子将内、外稃分开，然后将花内的花药夹出来。这种去雄方法称为分颖去雄法。分颖去雄法是小麦去雄时常用的一种方法。
运用分颖去雄法去雄时，先用左手大拇指和中指捏住麦穗，用食指轻轻压住要去雄的花朵内、外稃顶部，右手用镊子轻轻插入内、外稃的合缝里，利用镊子的弹性使内、外稃略为张开，然后轻轻夹出 3 个花药。注意不要将花药夹破或夹断，也不能碰伤柱头，并且要数清 3 个雄蕊是否已全部取出。
整个麦穗的去雄工作要先从麦穗的一侧开始，从上向下进行，做完一侧再做另一侧，按顺序进行，以免遗漏。去雄时，如发现花药已经变黄或已经破裂，应立即将这朵花除去。每朵花去雄后，应该将镊子浸入酒精中，杀死可能沾带的花粉。
去雄后套上羊皮纸袋隔离，拴挂标签。标签上应该注明母本品种名称（或行号），去雄日期，然后用曲别针夹住纸袋。纸牌写法如下：
A ×B A 代表母本品种
E 日/月 B 代表父本品种
P 日/月 E 代表去雄日期
××× P 代表授粉日期
×××授粉者姓名
4．花粉的采集和授粉
当母本麦穗去雄的小花上，柱头呈羽毛状分叉并带有光泽时，表示柱头已经成熟，应
马上进行授粉。采集父本花粉，多选择在去雄后2-4天，时间在上午9时前，下午4时后。一般采用捻穗法授粉，杂交工作效率高，结实率也高。
捻穗法授粉步骤如下：在小麦开花盛期前采集父本穗。选择父本穗时，应选择父本中的中部小穗已有少部分小花开过的穗子。父本麦穗中如果有 1 ～ 2 朵小花已经开放时，说明即将有更多的花朵开放。用剪刀剪去芒和当日不能开花的小穗，留3cm 穗柄将穗剪下。用手握1-2分钟后，再用剪刀剪开母本纸袋顶部，将整好的父本穗倒插在纸袋内，穗柄应露在纸袋外边，封好纸袋上口。5-10分钟后，用手轻轻捻动穗柄，使其围绕母本穗转动数周。取出父本穗，立即用大头针把纸袋上口折叠别好，并在纸牌上注明父本名称，授粉日期及授粉者姓名。然后剪去纸牌（或塑料牌）的一角，以示授粉完毕。一般父本穗只要有2-3个花药良好散粉就可满足授粉的需要。
为了得到更多花粉，也可同时多抹几个麦穗，将开花麦穗弯进光滑纸片叠成的容器中，用镊子轻敲麦穗，将花粉振落在容器中。用这种方法，一次可以采集较多的花粉。采集的花粉不要在阳光下照晒，应立即用来进行授粉。授粉时，先取下母本麦穗上的纸袋，一只手捏住麦穗，另一只手用毛笔蘸取刚刚采集的父本花粉，轻轻抹在柱头上。授粉要按顺序进行，从上向下授完一侧再授另一侧。授粉结束后，要重新套好纸袋，并在纸牌（或塑料牌）的另一面写上父本名称和授粉日期。然后剪去纸牌（或塑料牌）的一角，以示授粉完毕。
在授粉 10 天以后，要将纸袋摘掉，以使杂交穗正常生长发育。母本穗上的纸袋也可一直保留到收获时连同穗子一起收回。
5．收获
麦穗成熟后，要及时剪下杂交穗，并将每个杂交穗单独脱粒和保存，以供来年播种检验杂交是否成功。
五、作业思考题
1．观察小麦穗及花，了解小麦的花器构造及开花习性。
2．每人杂交3～5穗，将杂交结果列入下表。
表3-1 小麦杂交结果统计表
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