小麦穗分化与面筋的提取

实验一小麦穗分化过程的观察

一、目的

掌握观察小麦穗分化的操作技术；鉴别小麦穗分化各时期的形态特征；了解小麦穗分化过程与植株外部形态的关系。

二、内容

1.小麦穗、花的构造

小麦穗为复穗状花序，穗的中轴叫穗轴，由一个个的节片组成。每个穗轴节片的顶端着生一个小穗。小穗是由两个颖片及颖片之间的若干内小花组成。小花相对互生在小穗梗上。

小麦的小花叫颖花，是由外稃、内稃及内、外稃之间的雄蕊、雌蕊、浆片组成。小麦的雌蕊包括柱头和子房，子房基部靠外稃的两侧各有浆片一片，为无色薄膜。雄蕊由花药、花丝组成，每个小花由花药、花丝组成，每小花有花药3枚，每个花药二裂，每裂分为两室，室内在花药成熟时贮藏有花粉。

2.小麦穗分化过程

小麦穗是由麦苗茎（或分蘖）生长锥分化发育而来。小麦在通过春化阶段以前，茎的生长锥是一个半圆球形的突起，宽度大于长度，其主要作用是分化叶片、节和节间的原始体。当春化阶段通过而进入光照阶段发育、茎的生长锥开始伸长时，即为小麦穗分化的开始。

小麦幼穗开始分化的时间，随品种的冬春性、播期的迟早而不同。一般趋势是早熟品种分化早，春性品种比冬性早，早播的比晚播的早。另外，增施磷肥、高度密植、高温干旱、土壤瘠薄等都会有促进发育的作用，因而也能使穗分化提早进行。

小麦幼苗个体上的穗分化，是按照主茎到分蘖、由低位分蘖到高位分蘖，由低级（次）位分蘖到高级（次）位分蘖的顺序进行。所以，同一植株上主茎与各个分蘖间幼穗分化的进行程度是不相同的。为此，观察或检查幼穗分化时，一般以主茎为对象进行剖析，较能正确反映个体发育的情况。

主茎和分蘖进行幼穗分化时，均是按照由穗轴→小穗→小花的顺序开展的。其中穗轴由基部向顶端进行，小穗则由中下部→中部→下中部→基部→顶部的顺序进行。顶部与基部小花发生顺序与小穗发生顺序颠倒。说明顶部小穗的小花发育较基部早，基部小穗分化虽然早，但进程慢。因而基部小花有较多退化现象。同一小穗的小花是从基部向上顺序分化，基部1-4内小花形成的强度大，平均1-2天形成一朵，以后分化速度转慢，约2-3天形成一朵，每朵小花内又由外向内（内外稃、雌雄蕊、浆片、芒伸长）进行。到开花时，每小麦穗上就照原来的分化顺序进行开花，二者是互相一致的。

根据小麦幼穗分化发育过程及需要，可将小麦幼穗发育过程划分为下述几个时期。

冬小麦穗分化对应的生育时期

1. 伸长期：麦苗生长锥慢慢伸长，长度大于宽度，呈透明光滑的圆锥形。这时春化阶段已经结束，生长锥基部叶原始体分化完毕，这标志着营养器官分化过程的结束，生殖器官分化的开始。

2. 单棱期（穗轴节片原始体分化期或苞原基分化期）：当生长锥伸长到一定长度，在生长锥基部由下而上出现的象叶原始体的环状突起，即为苞叶原始体。苞叶原始体是变态叶，着生在穗轴节上，但生长到一定程度就停止发育，并逐渐消失，每二片苞叶原始体之间即为穗轴节片。每个苞叶原基突起呈棱形，故称为单棱期。

3. 二棱期（小穗原始体分化期）：穗轴节分化到一定程度后，在幼穗中部两上相邻苞原始体之间最先长出一个突起，即小穗原始体。然后渐次向上向下相继分化小穗原始体。由于小穗原基与苞叶原基呈一大一小的二棱状故称为二棱期。随着小穗原基的不断加大，苞原基逐渐披掩盖。由于这一时期持续时间较长，小穗原基和苞原基在体积和形态上有明显的变化，故又可细分：

（1）二棱初期：生长锥顶部继续向上伸长，单棱数量不断增加，在生长锥中部两个苞叶原基之间开始形成一个突起，即小穗原基。从植物学的角度看，苞叶原基属叶性器官，小穗突起为苞叶腋芽原基。二棱初期整个穗的二列性尚未形成，由苞叶原基构成的二棱状也不太明显，此时基部节间开始活动，节间一般在0.1cm以下。

（2）二棱中期：此期小穗原基出现数量逐渐增多，体积大并超过叶原基，从穗侧面看，二列性明显可见，二棱状也以此期最为明显，但同侧上、下两上小穗原基尚未重叠。

（3）二棱末期：小穗原基进一步伸长，同侧相邻小穗原基部分重叠（下位小穗的顶部遮住上位小穗的基部），因而二棱状又转为不明显，至二棱末期幼穗的二列性十分明显。

（4）颖片分化期：进入二棱末期后，接着在幼穗中发育最早小穗原始体的基部又出现一碗状突起，即为颖片原始体，然后发育成颖片（位于两颖片原始体中间的组织，以后分化形成小穗轴及各小花），这一时期较短。在实际观察中，中部小穗一、二个颖片原始体的出现，常常作为进入颖片分化期的标志。

4. 小花原始体分化期：小穗原始体基部出现颖片原始体后不久，在它的上方又出现突起——小花的外稃和小花的生长点，这是小花原始体。小花原始体分化是先从幼穗中部开始，然后向上向下相继分化。在一个小穗原始体上先分化第一朵小花，然后依次分化其他小花原始体，这时麦苗茎杆第一节已显著伸长，第二节间开始伸长，茎的总长达2cm左右，将很快进入拔节期。

5. 雌雄蕊原始体分化期：当幼穗中部小穗上分化出三、四个小花原始体时，小穗基部第一小花的中央出现3个半球的突起，这是雄蕊原始体，接着三个雄蕊原始体稍为分开，从中间又长出一个突起，这是雌蕊原始体。这时茎的总长达3-4cm，正值拔节值。一般认为，这时正是光照阶段的结束期，所以幼穗的形成过程与光照阶段的发育过程是相吻合的。

6. 药隔形成期：雌雄蕊原始体分化以后，小花原始体各部分迅速发育。当雄蕊原始体由分化初期的半球形发育成为柱形，进而发育成方柱形，然后每个花药原始体自上而下出现纵沟，将一个花药分为二室，以后每室出现分隔，这时每个花药原始体成为四个花粉囊，这是药隔形成期，在雄蕊原始体发育的同时，雌蕊原始体迅速发育，顶端原始体迅速伸长。这时麦苗第一、二节间接近定长，第三节间开始伸长，正值拔节期后至孕穗前。

7. 四分体形成期：花粉囊形成后，花粉囊中的孢原组织进一步发育成为花粉母细胞，经过减数分裂形成四分体，这是四分体形成期。四分体形成期是小花向有效、无效两极分化的时期。从植株外形上看，旗叶

叶环高于其下一叶叶环2-4cm，正值孕穗后至抽穗前。

（三）大、元麦（裸大麦）的幼穗分化在二棱期以前与小麦相同，在小穗原基分化时，则与小麦不同，在每个穗轴节上形成三个并列的小穗原始体，以后每个小穗原始体分化颖片，内外和稃和雌雄性器官的过程与小麦相同。

（四）决定每穗小穗数及粒数的主要时期了解麦穗分化过程的目的，在于根据其穗部各器官的发育形成特点促进穗部器官发育达到穗大粒多，现将决定每穗小穗数的主要时期归纳如下：

1. 决定每穗小穗数目的时期是自穗轴节片分化始期到小花原始体分化期前夕。试验证明，采用肥水等措施增加小穗数目时，必须注意使之生效，一般越是在前期效果越好。

2. 自小花原始体分化期到四分体分化期前夕是决定小花数目的时期。在小花分化期或提前几天追肥浇水，能显著增加每穗小花数。

3. 自药隔形成期到开花受精期是决定结实率和穗粒数的主要时期。

据观察，小花形成持续时间很长。但小花的退化非常集中，到四分体期前，所有小花集中向两极分化，即一部分小花形成四分体，大部分小花在2-3天内很快萎缩不再发育。所以要使小花发育好，必须在四分体期前采取措施。

三、材料及用具

不同小麦品种分期播种材料，解剖针、双解镜或低倍显微镜，载玻片、醋酸洋红、酒精灯、麦穗分化挂图，或小麦穗分化过程录相带。

四、方法与步骤

（一）三叶期以前幼穗的剥取，此时幼苗很小，剥时应注意以下几点：

1. 先洗净幼苗植株的泥土，剥时先查清叶龄和茎蘖数。要留住分蘖和根，如根短少时，则需把幼苗最外边两片真叶向下撕，并留住根部，以便左手把持。

2. 剥时要先用解剖针在叶鞘基部刺入向上撕裂叶鞘，然后用手撕剥叶基，不要留下残余叶基，否则主茎幼叶（或幼叶鞘）生长锥易发生混淆或找不到生长锥。

3. 剥心叶时要格外注意，解剖针不宜在未剥叶片的中部刺入，应从叶基两侧刺入，剥至生长锥暴露清晰，然后再用低倍镜观察。

三叶期以后剥制方法比较简便，基本与上相同。

（二）拔节后幼穗的剥取应注意以下几点

1. 用手摸清各节部位，注意有几节伸长并估计幼穗的部位，然后剪去基部及幼穗上方2cm以上的叶，发没有把握估计幼穗的部位，宁可多留一段，以免损伤幼穗。

2. 将叶鞘由外向内，一层导剥除。可从各叶鞘基部用解剖针挑开，分开后轻轻拉掉，以免拉断幼穗。

剥展开叶内的幼嫩叶时，可用拇指与食指念转幼叶顶鞘（向右或向左），则幼叶连鞘一起剥落，效果较好。

剥出幼穗可直接用放大镜观察，为了清楚地观察其小花内部构造，可用解剖针挑取一个小穗，置于载玻片上在显微镜下观察。

（三）对材料观察应注意以下几点

1. 把提供实验用的各品种，按叶龄大小顺序排列好，并逐一记载各苗的主茎叶龄，为观察生长锥所用。

2. 观察幼穗分化均以幼苗主茎为分析对象，如提供的材料不完备时，也可利用同株上不同部位分蘖进行观察，以弥补缺期现象。