杂交小麦叶部性状的杂种优势及其与产量关系的研究

刘彤

（湖南广益实验中学，湖南 长沙 410014）

当前，杂交作物增产已成为一个十分热门的问题，许多科研机构都对此进行不懈的研究。我虽然只是中学生，但对生物有着极大的兴趣。在一次为湖南农业大学老师的杂交小麦进行考种的生物小组活动中，我发现有些杂交小麦的产量及叶片的大小明显地优于其父母本，具明显的杂种优势。由此我联想到：叶片是小麦进行光合作用的主要器官，小麦的形成是光合作用产物在籽粒中的积累和贮藏，杂交小麦的叶片大小应该与增产具有十分重要的关系。那么，作为光合作用气体交换重地的气孔在大小和密度上是否也存在着杂种优势呢？杂交小麦的增产会不会与叶片的大小，气孔的长度、密度等有关系呢？我的想法得到了我校老师及湖南农业大学老师的支持，于是在老师的帮助下我设计了这个小实验，目的在于从微观角度了解杂交小麦的增产机理，寻找杂交小麦在气孔长度、气孔密度上是否存在杂种优势以及气孔长度、密度与叶片大小、小麦产量是否存在一定的相关联系，同时也通过实地采样、观察、测算、研究和分析，从中学会科学的实验方法，锻炼我的能力。

1　材料和方法

1.1　实验时间

2013年5月至2014年4月。

1.2　材料来源

由湖南农业大学的老师提供进行实验的亲本及其杂交种小麦材料共9种，分别为：1个母本：2410(代号)；4个父本：015，6803，5817， 5827；4个杂交种：2410／015，2410／6803，2410／5817，2410．／5827；材料种在湖南农业大学的试验地内。

1.3　实验方法

1.3.1　观察气孔密度实验田中，取小麦灌浆期父、母本及杂交种9个材料的旗叶。用自来水冲洗后，用单面刀片配合毛刷将叶片相同部位的上表皮及叶肉刮除，留有下表皮制成装片，在光学显微镜下(放大倍数10×20)观察。每一材料随机取10个视野，数出每一视野中的气孔个数，记录，并计算每一材料气孔密度的平均值。

1.3.2　观察气孔长度在观察气孔密度的同时，在光学显微镜下观察气孔的长度。为了更精确地测量气孔的长度，选用“S—570”型的扫描电子显微镜进行观察、测量(得到了湖南农业大学电镜室老师的帮助)，材料处理时，先用普通自来水冲洗干净后，再用蒸馏水反复认真冲洗，取叶片中央大小相等、适合观察的一部分(每片叶取样位置相同)，由电镜员对样本进行处理并将处理好的样本放在电镜下，操作电镜，协助观察。通过电镜屏幕我分别观察了9个材料的旗叶的气孔形态、大小，并在电镜员的帮助下，我对每个样本用电镜附量度尺随机测量10个气孔的长度并记录、拍照，最后计算出每个材料旗叶的气孔长度平均值。

1.3.3　测量旗叶大小在实验田中，对灌浆期的9个材料的小麦旗叶大小进行测量(长从叶基到尖，最宽处为宽)，每一材料随机测量10片旗叶的长和宽，并计算出长和宽的平均值，然后代入公式计算每一材料旗叶面积(旗叶面积=长×宽×0．75)。

1.3.4　测量单穗产量每个材料取10穗脱粒，天平称重，计算出单穗平均产量。

1.3.5　对数据进行处理分析在老师指导下，对数据进行分析、计算。

1）分析杂交种在叶片大小，气孔长度、密度上优于父、母本的特性，即表现的杂种优势。

老师提供的公式：杂种优势(％)=×100(Fl为杂交种的性状值)。

2）分析杂交种气孔长度、气孔密度、叶片大小与产量间的关系。

2　结果与讨论

2.1　杂交种的杂种优势将测量的父、母本及各杂交种的气孔长度、密度，旗叶面积，单穗产量的平均值以及计算的杂种优势分别列于表1、表2、表3、表4。

从上表中我们看到以下一些现象，在气孔长度上，4个杂交种中有3个比其亲本长，具有杂种优势。一个杂交种比其亲本都短，杂种优势为负值，说明不是所有的杂交后代都具有杂种优势。在气孔密度上，杂交种比亲本的平均值小，不具有杂种优势。但是，杂交种气孔密度值与父本很接近，如2410／5827的杂交种与父本均为33.6，又如2410／015的杂交种与父本分别为30.1和30.4，说明杂交种的气孔密度可能存在于父本的遗传基因之中。

杂交种的旗叶面积和单穗产量均具有显著的杂种优势(表3)，没有一个是负优势。单穗产量的优势最高的达56.9％，4个杂交种的平均优势为35.7％，进一步证明了杂交小麦有很好的增产效果。

2.2　气孔长度等与单穗产量的关系把4个杂交种的气孔长度等性状的平均值列于表4，父本气孔长度和密度列于表5。

把表4中的数据按值的大小排序发现，旗叶面积较大的、气孔长的、气孔密度大的杂交种其产量也较高，说明杂交种的旗叶面积、气孔长度、气孔密度与产量有一定关系，可能是杂交种光合面积大、气孔长、气孔多，使得光合效率提高，所以单穗产量提高。

还有一个有趣的现象，杂种气孔较长的，气孔密度也较大，而父本气孔长度大的，气孔密度则较小，与杂种中的情况完全相反。据老师说，这种现象还是第一次发现。杂种是由亲本杂交得到的，说明杂种既遗传了亲本气孔大的特性，又具有气孔密度大的特点而优于其亲本，因而表现出较高的光合效率。收获和体会通过实验，我明确了多数的杂交小麦在气孔长度、旗叶大小、单穗产量上具有杂种优势(比亲本高大)，而在气孔密度上表现为负杂种优势(即不优于亲本)及偏于父本的遗传现象，同时看到了杂交种气孔长度气孔密度也相对较大及旗叶面积大的，气孔大的、多的，产量高的相关关系。虽然我仅从外部形态上观察到这些现象，还不能从遗传学、生理学等角度来揭示这些规律，但实践过程中学会了一些科学的实验方法，如懂得到了随机取样，计算平均值，制作表皮装片，电子显微镜使用的简单知识，天平的使用方法及单穗产量、杂种优势、相关系数等一些理论知识，特别是在文章的写作阶段，在对数据进行分析和讨论中，学到了如何在测量的数据中发现问题，寻找规律，初步懂得了实验文章的一般写作方法。

总之，通过这个小实验，锻炼了我的动手能力，培养了我的观察能力、分析问题的能力以及查阅使用资料、解决问题的能力。一年来的努力，其意义最根本的是我从这个实验中体会到科学实验要有严谨的治学态度和不畏艰难的精神。

［责任编辑：汤静］