水稻雜交實習

嵌入:
文字-A A +A

98.5.22 

被視為「主宰生命的程式」的基因---是DNA中含有特定遺傳訊息的一段序列,具有合成一種特殊蛋白質的訊息,為遺傳密碼的基本單位,一條植物染色體上之DNA分子往往有數千個基因。 

1953年Watson-Crick發現DNA雙股螺旋結構,DNA分子由兩股互相平行且方向相反的螺旋狀組成核?酸序列,每股DNA長鏈以磷酸與去氧核糖相連,兩條長鍊間以含氮鹼(有基腺嘌呤(A) 鳥糞嘌呤(G) 胞嘧啶(C) 胸腺嘧啶(T)四種)相接,彼此以氫鍵相接,其中A與T配、G與C配對,而生物的遺傳多樣性,乃在於含氮鹼基的排列順序不同。

人類的染色體有二十三條 (對)、水稻有十二條 (對),生物在形成生殖配子時,親本細胞內同源染色體,經過減數分裂,使生殖細胞的染色體數目減少一半,當精子與卵子結合之後,使親代與子代之間的染色體數目方能保持恆定,以保證物種的相對穩定性;另外在減數分裂過程中,發生非同源染色體的重新組合,以及同源染色體間的部分交換,使配子的遺傳多樣化,增加新環境適應的可能性,而變異則是演化上最重要的動力。

鳳凰花開,林順福老師帶領台大農藝系三年級學生進行水稻雜交實習,上課前一小時林老師就到農場上勘查,與研究生準備示範教具。

 

 

 

 

 

水稻花非常小,因為沒有花瓣,稱為穎花,由內、外穎保護著細小的雄蕊及雌蕊。一般在早上9-10點開花最旺盛,開花時因雌蕊基部之鱗被膨脹使外穎張開,開穎時間約1~2小時。水稻在它的穎花打開前,雄蕊的花藥囊就已經打開,將細小的花粉散放出來。

 

水稻花粉成熟後(稱花粉粒,是配子體)裡面有兩個核,分別為生殖核與管核。花粉粒落到柱頭上約30分鐘即可達到胚囊,花粉管的萌發由管核負責;生殖核會沿著花粉管跑到子房那裡去,路途中會有絲分裂一次變成兩個精核。而雌蕊的部份:胚囊中有8個核,其中之一為雌配子(卵子),另外有兩個獨立的核,稱為「極核」。

花粉管前端在胚囊內裂開,兩個精核進入胚囊後,一個和卵結合,行細胞分裂約14天發育成胚(2n);另一個精核會和兩個極核融合成三倍體,這三倍體將來行細胞分裂發育為胚乳,儲存養分提供將來種子發芽時之用,也就是平日我們吃白米的部分。精核分別與卵細胞、極核細胞結合稱為「雙重授精」,平日看到的被子植物和極少部分的裸子植物(麻黃門)都是。

 

在自然環境下,水稻雜交率低於4~5%,所以稱為「自交作物」。因此,讓去掉雄蕊的「母本」水稻的雌蕊,接受另一品種的「父本」水稻的花粉,讓子代有機會改變遺傳特徵,利用這種方法育種就稱為「 雜交育種」。

 

 

老師播放郭益全博士在農試所做「水稻雜交」的紀錄片,大拇指上排列的黃色小點就是用鑷子一個個取出的雄蕊,真令人感念,時間過得真快,今天這些學生已是當年考「香米碑」的下一屆。( :香米碑為學測作文題目,寫一篇紀念89年心臟病猝逝的郭益全博士並記述台灣益全香米育種歷史的文章)  生物所表現出來的明顯特徵(如株高、穗高、花色、氣味等)稱為「性狀」,遺傳性狀是由成對的遺傳因子所控制(基因有顯隱性關係例如A 相對於a為顯性,具有基因上位效應),例如益全香米的芋頭香即是由一對基因所控制。 

孟德爾認為在一般生物細胞中遺傳因子是成對存在,當生物產生生殖細胞時,成對的遺傳因子會分離,分別進入不同的生殖細胞,稱為「分離律」,而且兩種遺傳因子的分離之間不會互相影響,成對的遺傳因子在分離後會進行自由配對,稱為「獨立分配律」,當兩個生殖細胞結合時,遺傳因子又恢復成一對。

 

運用這原理,如果希望育成產量高又抗病的新品種,簡單來說,首先將豐產的品種A(基因AAbb)與抗病的品種B(基因aaBB)作「雜交」產生F1世代(基因AaBb),把AaBb自交產生F2後代,如果這時交給農民到田間種植,除了環境影響,因同源染色體的互換、非同源染色體的排列組合以及隨機受精等「遺傳重組」,會有AABB、AABb、AAbb、AaBB、AaBb、Aabb、aaBB、aaBb、aabb九種基因組合,個體之間遺傳變異很大,生長性狀良莠不齊,農民可吃不消,因此育種家要把基因純化,「選拔」優良性狀分株收獲栽種,經過數個世代,直到Fn世代都是同型結合基因型產生的後代(AABB、AAbb、aaBB、AaBB、aabb),即每個對偶基因都一樣,後代不會再產生變異,與親本一模一樣,成為純系品種。

 

郭益全博士自1992年開始以「台農4號」為父本,取其具有國人喜愛的芋頭香味,母本則為外觀、品質均佳的「日本絹光米」,雜交產生F1世代,F1自交產生F2世代之後, 在田間「行列試驗」以譜系法(1927 H.H.Lowe年提出)開始在早期世代選拔具有優良特性組合之個體,選育過程詳細調查與紀錄親緣關係及農藝性狀(如株高、抽穗期、葉片數、產量)等,經過每半年一個世代,品系觀察直到遺傳純化固定,1995年秋F7世代起再進行初級產量比較試驗、高級產量比較試驗、區域試驗,直到2000年F16-17世代才進行登記,由專家組成評審團審查決定是否命名,再由賴明信博士接棒推廣,在全國參加栽培說明會或田間觀摩會超過二百四十場次,接受指導的農民超過三萬人次,2006年輔導台南後壁栽種的益全香米,參加全國良質米競賽,榮獲總冠軍,眾人合作努力,台農71號(益全香米)才真正成為一個消費者喜歡的成功品種。

 

傳統育種直接採用兩親雜交的方式,得到新的變異,植物除了細胞核內的基因,細胞質內的粒線體及葉綠素也有遺傳物質,故以「優良栽培品種」或具有「優良細胞質遺傳特性」者當雌親,具有顯性外表型(型態)當雄親,以利鑑定產生雜交種。這次水稻雜交的親本主角是「桃園3號」與「越光」,選擇93年7月命名的「桃園3號」具芋頭香味、豐產良質作為雌親,而較不適合台灣環境生長、產量不高的「越光」作為雄親。如果顛倒來作,雌親選擇「越光」後代的成果可就完全不同。 

研究生發下水桶,大家準備到農場上挖「桃園3號」。

老師到農場上檢查哪些健康正將開花的「桃園3號」,插上標示牌,拿大鏟子親自示範如何挖取。用鏟子在老師標示的水稻旁小心畫圈避免傷害根系,力氣小的女生,在鏟子上加上腳踩的重力,把水稻連根帶土鏟起來,以便人工授粉後繼續栽種。 

拿回來的桃園3號要趕緊澆水,以免脫水凋萎,不少人忘記這個簡單步驟而影響雜交的成果。

選擇有50~60%穎花即將開花的稻穗供去雄使用,背光看比較容易找到花藥高度達穎花一半長度稻穗。用剪刀剪除其他已經開過(花藥會伸出到穎花外)或過早的花苞(花藥未達穎花長度一半、或孕穗期還包在劍葉的葉鞘裡),以免影響雜交成果。 

  

 

溫湯去雄:將稻穗置於43度C的溫水浸泡約5分鐘,和一般洗澡的溫度差不多,使90%花藥內的花粉失去活性,泡太久會影響雌蕊的功能。

雖然系上有真空吸器機可以協助吸取花藥,然而這次林老師敎大家「人工去雄」,首先,「斜剪」穎花上端1/3至1/2部位,增加開口面積比較好操作。

用鑷子一端伸入穎花壓著花藥一個個向外推除,縱使夏日公館車水馬龍,全體學生安安靜靜在不到0.5公分「水稻之心」大作功夫,耐心移除6枚雄蕊。

 

 

雌蕊柱頭分開成兩個花柱,柱頭為羽毛狀以利花粉著落,看到鑷子尖端的雌蕊嗎 ?只要眼花、煩躁不安,一不小心去掉雌蕊,這顆穎花就報銷了,「人工去雄」可真是夏季「靜心養心-磨耐心」的好工作。

 

 

下田順勢拔起授粉用的雄親稻穗,收集成一束用來約會還蠻漂亮的,一樣要放入水盆保濕,使用燈泡照射花穗將有助於開花,可供當日或隔日授粉用。天候對開花有很大影響,穎花開花角度晴天約35度、雨天30度、暴風雨23度,最適溫度為30~35度C、溼度為70~80%,花粉活力最棒。 

 

將去雄剩下雌蕊的「桃園三號」花穗集中,灑上「越光」稻穗上的花粉,去雄後的稻穗授粉成功率逐天遞減:第1天有60~80%、到第4天只剩下 10~15%,因此育種是早起搶時間的工作,清晨6~7點的農改場,剛做完落花生雜交回來的人向正忙向水稻雜交的工作人員笑說「早」。

 

進行授粉後,為避免感染其他花粉,也可以讓缺乏完整外穎保護的水稻種實順利生長,老師幫大家拿到農改場育種專用紙袋,在紙袋上標示親本名稱、日期、人員,將 「桃園三號」套上紙袋,在基部用迴紋針或訂書機固定,授粉後植株需有良好光照,但要避免風吹雨淋及病蟲害侵犯,今日的工作就算告一段落,林老師掏腰包請同 學吃冰淇淋。

隔天老師巡察大家作業成果,提醒大家「應剪除新長出非雜交之穎花」。

每一個稻穗大約有70~100個穎花,當水稻的媒人可真不容易,不僅幫男女主角牽線,還要包生,林老師要求每位同學至少做50個穎花雜交,1個成功60分,10個成功90分,一週後,鄭誠漢老師幫忙打開紙袋檢查成果,在一堆穎花的空包彈,好不容易摸到冒出像豆芽的成功小米粒,我也成功2個,真開心!!

 

FB留言板

PeoPo 討論區

回應文章建議規則:

  • 文章屬於開放討論空間,回應文章的議題與內容不代表本站的立場
  • 於明知不實或過度謾罵之言論,本站及文章撰寫者保留刪除權
  • 請勿留下身份證字號、住址等個人隱私資料,以免遭人盜用,本站不負管理之責
  • 回應禁止使用HTML語法
鐵錘

真不錯!我也需要做水稻雜交,希望能成功! ^_^

落山風

看到未來的農業專家。

5

加入時間: 2008.09.12

林如貞

加入時間: 2008.09.12
921則報導
157則影音
2則OnTV

誰推薦本新聞

作者其他報導

抗疫期間小朋友刷雜草增強免疫力

2020-03-30
瀏覽:
701
推:
76
回應:
0

收集更多年輕人回饋~新口味的台南秈18米糕

2020-03-27
瀏覽:
653
推:
38
回應:
0

小朋友記錄~米食飄香

2020-03-26
瀏覽:
651
推:
0
回應:
0

北投二崎農場特製的台南秈18胡蘿蔔糙米糕

2020-03-23
瀏覽:
1,480
推:
69
回應:
0

爺爺用台南秈18作米點心給3歲孫子吃

2020-03-23
瀏覽:
863
推:
2
回應:
0

關渡稻田生物多樣性

2020-03-19
瀏覽:
1,076
推:
1
回應:
0

男性朋友煮飯思親感言

2020-03-17
瀏覽:
1,082
推:
5
回應:
0

推動自己動手做台南秈18米糕湯

2020-03-16
瀏覽:
1,137
推:
2
回應:
0

水稻雜交實習

搜尋表單

目前累積了141,169篇報導,共10,880位公民記者

目前累積了141,169篇報導

10,880位公民記者