雜交小麥葉部性狀的雜種優(yōu)勢及其與產(chǎn)量關(guān)系的研究

劉 彤

（湖南廣益實(shí)驗(yàn)中學(xué)，湖南 長沙 410014）

當(dāng)前，雜交作物增產(chǎn)已成為一個(gè)十分熱門的問題，許多科研機(jī)構(gòu)都對此進(jìn)行不懈的研究。我雖然只是中學(xué)生，但對生物有著極大的興趣。在一次為湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)老師的雜交小麥進(jìn)行考種的生物小組活動(dòng)中，我發(fā)現(xiàn)有些雜交小麥的產(chǎn)量及葉片的大小明顯地優(yōu)于其父母本，具明顯的雜種優(yōu)勢。由此我聯(lián)想到：葉片是小麥進(jìn)行光合作用的主要器官，小麥的形成是光合作用產(chǎn)物在籽粒中的積累和貯藏，雜交小麥的葉片大小應(yīng)該與增產(chǎn)具有十分重要的關(guān)系。那么，作為光合作用氣體交換重地的氣孔在大小和密度上是否也存在著雜種優(yōu)勢呢？雜交小麥的增產(chǎn)會(huì)不會(huì)與葉片的大小，氣孔的長度、密度等有關(guān)系呢？我的想法得到了我校老師及湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)老師的支持，于是在老師的幫助下我設(shè)計(jì)了這個(gè)小實(shí)驗(yàn)，目的在于從微觀角度了解雜交小麥的增產(chǎn)機(jī)理，尋找雜交小麥在氣孔長度、氣孔密度上是否存在雜種優(yōu)勢以及氣孔長度、密度與葉片大小、小麥產(chǎn)量是否存在一定的相關(guān)聯(lián)系，同時(shí)也通過實(shí)地采樣、觀察、測算、研究和分析，從中學(xué)會(huì)科學(xué)的實(shí)驗(yàn)方法，鍛煉我的能力。

1 材料和方法

1.1 實(shí)驗(yàn)時(shí)間

2013年5月至2014年4月。

1.2 材料來源

由湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)的老師提供進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的親本及其雜交種小麥材料共 9 種， 分別為：1 個(gè)母本：2410(代號)；4 個(gè)父本：015，6803，5817，5827；4 個(gè)雜交種：2410／015，2410／6803，2410／5817，2410.／5827；材料種在湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)的試驗(yàn)地內(nèi)。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 觀察氣孔密度實(shí)驗(yàn)田中，取小麥灌漿期父、母本及雜交種9個(gè)材料的旗葉。用自來水沖洗后，用單面刀片配合毛刷將葉片相同部位的上表皮及葉肉刮除，留有下表皮制成裝片，在光學(xué)顯微鏡下(放大倍數(shù)10×20)觀察。每一材料隨機(jī)取10個(gè)視野，數(shù)出每一視野中的氣孔個(gè)數(shù)，記錄，并計(jì)算每一材料氣孔密度的平均值。

1.3.2 觀察氣孔長度在觀察氣孔密度的同時(shí)，在光學(xué)顯微鏡下觀察氣孔的長度。為了更精確地測量氣孔的長度，選用“S—570”型的掃描電子顯微鏡進(jìn)行觀察、測量(得到了湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)電鏡室老師的幫助)，材料處理時(shí)，先用普通自來水沖洗干凈后，再用蒸餾水反復(fù)認(rèn)真沖洗，取葉片中央大小相等、適合觀察的一部分(每片葉取樣位置相同)，由電鏡員對樣本進(jìn)行處理并將處理好的樣本放在電鏡下，操作電鏡，協(xié)助觀察。通過電鏡屏幕我分別觀察了9個(gè)材料的旗葉的氣孔形態(tài)、大小，并在電鏡員的幫助下，我對每個(gè)樣本用電鏡附量度尺隨機(jī)測量10個(gè)氣孔的長度并記錄、拍照，最后計(jì)算出每個(gè)材料旗葉的氣孔長度平均值。

1.3.3 測量旗葉大小在實(shí)驗(yàn)田中，對灌漿期的9個(gè)材料的小麥旗葉大小進(jìn)行測量(長從葉基到尖，最寬處為寬)，每一材料隨機(jī)測量10片旗葉的長和寬，并計(jì)算出長和寬的平均值，然后代入公式計(jì)算每一材料旗葉面積(旗葉面積=長×寬×0.75)。

1.3.4 測量單穗產(chǎn)量每個(gè)材料取10穗脫粒，天平稱重，計(jì)算出單穗平均產(chǎn)量。

1.3.5 對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析在老師指導(dǎo)下，對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、計(jì)算。

1）分析雜交種在葉片大小，氣孔長度、密度上優(yōu)于父、母本的特性，即表現(xiàn)的雜種優(yōu)勢。

老師提供的公式：雜種優(yōu)勢(%)=×100(Fl為雜交種的性狀值)。2）分析雜交種氣孔長度、氣孔密度、葉片大小與產(chǎn)量間的關(guān)系。

2 結(jié)果與討論

2.1 雜交種的雜種優(yōu)勢將測量的父、母本及各雜交種的氣孔長度、密度，旗葉面積，單穗產(chǎn)量的平均值以及計(jì)算的雜種優(yōu)勢分別列于表1、表 2、表 3、表 4。

表1 氣孔長度的雜種優(yōu)勢

表2 氣孔密度的雜種優(yōu)勢

表3 旗葉面積的雜種優(yōu)勢

從上表中我們看到以下一些現(xiàn)象，在氣孔長度上，4個(gè)雜交種中有3個(gè)比其親本長，具有雜種優(yōu)勢。一個(gè)雜交種比其親本都短，雜種優(yōu)勢為負(fù)值，說明不是所有的雜交后代都具有雜種優(yōu)勢。在氣孔密度上，雜交種比親本的平均值小，不具有雜種優(yōu)勢。但是，雜交種氣孔密度值與父本很接近，如2410／5827的雜交種與父本均為33.6，又如2410／015的雜交種與父本分別為30.1和30.4，說明雜交種的氣孔密度可能存在于父本的遺傳基因之中。

雜交種的旗葉面積和單穗產(chǎn)量均具有顯著的雜種優(yōu)勢 (表3)，沒有一個(gè)是負(fù)優(yōu)勢。單穗產(chǎn)量的優(yōu)勢最高的達(dá)56.9%，4個(gè)雜交種的平均優(yōu)勢為35.7%，進(jìn)一步證明了雜交小麥有很好的增產(chǎn)效果。

2.2 氣孔長度等與單穗產(chǎn)量的關(guān)系把4個(gè)雜交種的氣孔長度等性狀的平均值列于表4，父本氣孔長度和密度列于表5。

表4 氣孔長度、密度等與雜種產(chǎn)量

把表4中的數(shù)據(jù)按值的大小排序發(fā)現(xiàn)，旗葉面積較大的、氣孔長的、氣孔密度大的雜交種其產(chǎn)量也較高，說明雜交種的旗葉面積、氣孔長度、氣孔密度與產(chǎn)量有一定關(guān)系，可能是雜交種光合面積大、氣孔長、氣孔多，使得光合效率提高，所以單穗產(chǎn)量提高。

表5 父本氣孔長度與氣孔密度

還有一個(gè)有趣的現(xiàn)象，雜種氣孔較長的，氣孔密度也較大，而父本氣孔長度大的，氣孔密度則較小，與雜種中的情況完全相反。據(jù)老師說，這種現(xiàn)象還是第一次發(fā)現(xiàn)。雜種是由親本雜交得到的，說明雜種既遺傳了親本氣孔大的特性，又具有氣孔密度大的特點(diǎn)而優(yōu)于其親本，因而表現(xiàn)出較高的光合效率。收獲和體會(huì)通過實(shí)驗(yàn)，我明確了多數(shù)的雜交小麥在氣孔長度、旗葉大小、單穗產(chǎn)量上具有雜種優(yōu)勢(比親本高大)，而在氣孔密度上表現(xiàn)為負(fù)雜種優(yōu)勢(即不優(yōu)于親本)及偏于父本的遺傳現(xiàn)象，同時(shí)看到了雜交種氣孔長度氣孔密度也相對較大及旗葉面積大的，氣孔大的、多的，產(chǎn)量高的相關(guān)關(guān)系。雖然我僅從外部形態(tài)上觀察到這些現(xiàn)象，還不能從遺傳學(xué)、生理學(xué)等角度來揭示這些規(guī)律，但實(shí)踐過程中學(xué)會(huì)了一些科學(xué)的實(shí)驗(yàn)方法，如懂得到了隨機(jī)取樣，計(jì)算平均值，制作表皮裝片，電子顯微鏡使用的簡單知識，天平的使用方法及單穗產(chǎn)量、雜種優(yōu)勢、相關(guān)系數(shù)等一些理論知識，特別是在文章的寫作階段，在對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和討論中，學(xué)到了如何在測量的數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)問題，尋找規(guī)律，初步懂得了實(shí)驗(yàn)文章的一般寫作方法。

總之，通過這個(gè)小實(shí)驗(yàn)，鍛煉了我的動(dòng)手能力，培養(yǎng)了我的觀察能力、分析問題的能力以及查閱使用資料、解決問題的能力。一年來的努力，其意義最根本的是我從這個(gè)實(shí)驗(yàn)中體會(huì)到科學(xué)實(shí)驗(yàn)要有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度和不畏艱難的精神。