粮食作物主要包括禾谷类作物、豆类作物和薯类作物等，其中小麦、水稻和玉米三种作物占世界上食物的一半以上。世界上大部分国家和地区以水稻、小麦、玉米、薯类等为主要粮食作物；在欧亚温带地区，谷子、高粱是仅次于小麦的重要粮食作物。豆类作物长期以来当作添闲、备荒、救灾作物，现在多用作油料、蔬菜栽培。
主要的粮食作物水稻、小麦、玉米等都属于禾谷类作物，禾谷类作物共同的特征是：根为须根系，除初生根外，大部分为次生根。茎基部节间密集不伸长，中上部节间伸长；茎基部叶腋内发生腋芽，形成分蘖（或分枝）。叶互生，由叶片和叶鞘两部分组成，有时有叶舌、叶耳。花序（穗）有总状、穗状、圆锥、肉穗花序等；穗由小穗组成，小穗由一至数个小花组成。种子中胚乳占大部分，是食用的主要部分。禾谷类作物对土壤的适应性较广，对氮磷钾三要素要求较高。
需水量因作物而不同，一些小杂粮，如黍和粟需水较少，而水稻需水较多。小麦、大麦和黑麦等是典型的耐寒作物，玉米、水稻等为喜温作物。小麦、大麦、黑麦等为长日照作物，玉米、水稻、谷子等属于短日照作物。在禾谷类作物中，玉米的光饱和点最高，谷子的光补偿点最高。
薯类作物主要是甘薯、马铃薯、山药、芋头等，随着人民生活水平的提高，薯类在中国多数作为蔬菜和轻工业原料，近年来食品加工业的发展促进了薯类作物的生产。
粮食作物制种是农作物制种中占有比重最大的部分，仅玉米种子中国年需求量就达9.5亿千克，中国玉米、高粱杂交种利用率达95%以上，水稻达50%以上，小麦杂交制种在生产中开始少量利用。
§§§第一节小麦制种
小麦（Triticum.aestivumL.），英文名Wheat，禾本科（Gramineae）小麦属（TriticumL.）一年生或越年生草本植物。起源于近东和中亚，中国是普通小麦的次生基因中心之一，北方地区是小麦的主产区。小麦种子生产以常规制种为主，虽然在雄性不育系杂交制种方面取得了一定成就，但在生产中没有大面积推广利用。
一、生物学特性
小麦是须根系作物，由初生根（种子根）和次生根（节根、不定根）组成，多集中于0~40cm耕层内。拔节前茎节密生于近地表分蘖节上，拔节后，上部4~5个节间伸长。叶片有胚芽鞘（保护绿叶出土）、分蘖鞘（保护分蘖的叶片）、颖壳（保护花及籽粒）、盾片（退化叶，吸收胚乳营养）、正常绿叶等五种，完全叶有叶片、叶鞘、叶耳、叶舌组成，叶耳颜色有红、紫、绿等色，可作为鉴定品种标志。冬小麦主茎叶片总数12~14片，春小麦7~9片；地上茎4~6片叶，其他叶片集中在基部地表处。叶片分近根叶、中层叶、上层叶（旗叶、旗下一叶）三组。春小麦主要靠主茎成穗，冬小麦主要靠分蘖成穗。复穗状花序，颖果，有菱形、卵圆形、圆筒形、椭圆形等，呈红、黄白、浅黄、金黄、深黄、紫色等，颜色与品种、气候、灌溉条件等有关。千粒重30~48g，波兰小麦千粒重50g以上。
小麦生育期分为出苗、三叶、分蘖、冬小麦的越冬和返青、拔节、孕穗、抽穗、开花、灌浆和成熟等生育时期。小麦的一生可归纳为三个生育阶段，即以长根、叶、蘖为主的营养生长阶段；以根、茎、叶生长与幼穗分化同时进行的并进生长阶段；以开花受精、子粒形成和灌浆成熟为主的生殖生长阶段。三个阶段分别决定小麦的穗数、粒数和粒重。
小麦喜凉耐寒，种子发芽的最低温度1℃~2℃，最适温度15℃~20℃；苗期适温12℃~18℃。春季在10℃以下幼穗分化缓慢，分化的小穗小花多。籽粒形成和灌浆期适温20℃~22℃，超过25℃以上灌浆期缩短，千粒重下降，北方干热风对灌浆影响较大。喜光不耐阴，光照不足，植株细弱，延迟抽穗，贪青晚熟。耐旱，需水中等。拔节前耐旱，拔节后需水量加大，抽穗、灌浆期达到高峰，乳熟期后水分需求下降。对养分需求全面，氮、磷、钾需求量大，三叶期是氮磷养分临界期，拔节至灌浆期是养分吸收量最大时期。小麦对土壤适应性较强，耐轻度盐碱，喜耕层深厚、结构良好、有机质丰富、保水性好的土壤。
二、阶段发育
小麦感受一定时间的低温是通过春化阶段的主导因素，不满足春化条件，只分蘖不拔节抽穗。根据小麦从种子萌动到幼苗期通过春化要求温度的高低和时间长短，品种分为三种类型：1.冬性品种主要是冬小麦，春化阶段适温0℃~3℃，经历35d以上。
2.弱（半）冬性品种春化阶段适温3℃~15℃，经历15~35d。
3.春性品种主要是春小麦，春化阶段适温5℃~20℃，经历5~15d。不经过低温春化过程也能正常抽穗，春化阶段从生长锥伸长期开始到二棱期结束。
光照阶段是小麦能否正常抽穗开花的基础。每天一定的日照时数是小麦通过光照阶段的主导因素，根据小麦不同品种对光照长短的反应，分为三种类型。
1.反应迟钝型每天8~12h日照，经过16d以上即能正常抽穗开花，春性品种属此类型。
2.反应中等型每天12h日照，经过24d可以抽穗，弱冬性品种属于此类型。
3.反应敏感型每天12h以上日照，经过30~40d抽穗开花，冬性品种属于此类型。光照阶段从二棱期开始到次雄蕊分化期结束。
三、花器构造与开花授粉习性
小麦的穗由穗轴和小穗两部分构成。穗轴由节片组成，每一节片上着生一枚小穗，分枝类型的小麦在第二次轴上可以进一步分枝；小穗没有柄，基部着生两个护颖，上部有3~9朵小花，一般仅基部2~4朵小花发育良好，正常结实。护颖的形状、色泽、有无茸毛和包被籽粒的松紧程度是品种的主要鉴定特征。每朵小花有内、外颖各1枚，外颖的顶端有芒或无芒，中间有雄蕊3枚，雌蕊1枚。雌蕊基部有两个鳞片，雌蕊柱头成熟时呈羽毛状分杈。
当麦穗从旗叶抽出后，约2~5d开始开花，在一个单株上主茎穗上的花先开，分蘖穗按分蘖发生先后的次序开花。一个穗上通常是中部偏上的小穗先开花，然后向上向下依次开放。同一小穗中，基部的小花先开，全株开花期需4~6d，全田开花持续15~20d。
开花时，鳞片迅速膨大，使内外颖张开，在开颖的同时，花丝迅速伸长，把花药推出花部之外，此时花药开裂，部分花粉落在自己的花内进行授粉。开花在昼夜都能进行，但每天有2次开花高峰，第一次在上午9~11时，第二次在下午3~6时。授粉后经过1~2h花粉粒开始萌发，再经过24~36h完成受精。一般柱头保持授粉能力可达8d，但以开花后2~3d受精能力最强。花粉寿命较短，一般在散粉后3~4h就失去发芽能力。
四、小麦品种分类
小麦属包括多个种，通常按染色体数分为三大系：包括野生带壳的拟斯卑尔脱小麦（T.spettoides）、双角小麦（T.bicorne）、长形小麦（T.longissimum）、塔斯奇小麦（T.tauschii）粗山羊草（=Ae.Squarrosa），一粒小麦（T.monococcum）的变种野生一粒小麦（var.boeoticum），栽培一粒小麦（var.monococcum）。
包括提莫菲维小麦（T.timopheevii）、圆锥小麦（T.turgidum）。提莫菲维小麦野生变种有阿拉拉特小麦（T.araraticum），栽培变种有提莫菲维小麦（var.timophee-vii）；圆锥小麦野生变种有野生二粒小麦（var.dicoccoides）、栽培二粒小麦（var.dicoccum）、硬粒小麦（var.durum）、圆锥小麦（var.turgidum）、波兰小麦（var.polonicum）、卡茨利小麦（var.carth-licum）等。
包括普通小麦（T.aestivum），变种有斯卑尔达（var.speita）莫迦小麦（var.macha）、瓦维洛夫小麦（var.vavilovii），以上变种带壳；密穗小麦（var.compactum）、印度矮生小麦（var.sphaerococcum）、云南小麦（T.aestivum%ssp.Yunnaenesking），少量栽培。
五、制种技术
小麦以常规品种为主，有秋播制种和春播制种两种方式，以春播制种为代表。
小麦常规制种栽培方法与大田生产相似，制种田应集中连片。由于机械混杂、品种间天然杂交、自然变异、品种的遗传不稳定、原种生产错误选择等因素造成小麦品种混杂退化，制种时与商品小麦隔离30~50m，并进行去杂去劣，或选单株进行提纯复壮。
20世纪50年代日本木原均用山羊草（Jdegilops）作母本与普通小麦回交，获得小麦A型雄性不育性。1962年美国获得了具有提莫菲维（T.timopheevi）的细胞质的T型雄性不育性。T型不育系为核质互作遗传，从普通小麦里容易找到保持系。恢复系有两类：一类是和T型不育系有相同的提莫菲维（T.timopheevi）的细胞质的同质恢复系，另一类是和T型不育系有不同的细胞质的异质恢复系。中国在利用化学杀雄配制小麦杂交种方面，取得了不少经验，1992年在世界上首次育成光敏性雄性不育材料，使小麦两系法制种获得成功。
1.三系法制种小麦利用T型三系杂交制种，需每年设置两个隔离区。不育系繁殖田生产雄性不育系和保持系种子；制种田生产杂交种子和雄性不育恢复系种子。三系法制种的关键是防杂保纯，不育系的保纯更为重要，它是配合力强弱的关键。制种技术要点如下：
（1）隔离及播种。在集中制种区，与其他小麦隔离80~l00m以上。父母本行比1∶2~4，播幅宽度2~3m。行向根据制种田的位置、亲本性状及扬花期风向确定，应有利于借助风力传粉。
（2）父母本花期调节。要求父本始花期比母本迟2~4d，分期或错期播种方法，生育期长、花期晚的亲本先播；同期播种时把开花晚的亲本地膜覆盖。对长势弱的的亲本加强水肥管理，或使用激素等调节措施。但是，通过播种期调节花期相遇的作用比玉米小得多，有试验表明播种期相差15d，花期只能调节1~2d。
（3）人工辅助授粉。小麦借用风力自然授粉的能力较低，尤其在父本行数少花粉量弱的制种田里，必须进行人工辅助授粉，利用拉绳法赶花授粉较好。
2.化学杀雄制种化学杀雄是用化学药剂喷洒母本穗部，造成杀雄而不伤害雌蕊的功能性雄性不育。国内外研究的较好的小麦杀雄剂有乙烯利、WL84811、HYBREX和LYl95295。根据对乙烯利的研究表明，适宜浓度为3000~6000mg/kg，在小麦减数分裂初期喷洒效果最好，外形表现时期是抽穗期。2002年由西北农林科技大学张改生教授率领的“新型化学杂交剂SQ-1诱导小麦雄性不育性的研究”在杂交小麦制种应用中获得成功，使中国拥有了自主知识产权的化学杀雄培育小麦新品种技术。
3.两系法制种中国1992年4月在世界上首次报道培育成功一系列光温敏不育小麦品种。在短日照低温下雄性不育，可用于杂交制种时作母本。在长日照适宜温度下雄性可育，可用于不育系的繁殖。例如：冬小麦ES-3、DS-4不育系在长沙10月9日前秋播，12月底至次年元月上旬拔节，2月下旬以前孕穗，3月下旬抽穗，4月初开花，表现高度不育。而这两个不育系在10月底以后在长沙冬播，次年2月上、中旬拔节，3月下旬孕穗，4月上旬抽穗，4月中旬开花，表现高度可孕，可用于繁殖不育系的生产。
§§§第二节玉米制种
玉米（zeamaysL.），英文名Corn，又称玉蜀黍、苞谷、棒子、芦粟等，禾本科玉米属一年生草本植物。原产墨西哥或中美洲，是重要的粮食和饲料作物，也是种子市场年需求量最大、交易量最大的农作物，中国玉米种植面积2.3*108%hm2，杂交种占到玉米播种总量的95%以上。玉米制种主要是人工去雄杂交制种，利用雄性不育系制种正处于探索阶段，生产中有少数品种开始应用；特殊类型玉米如爆裂玉米、黑玉米、高油玉米、糯玉米、甜玉米等杂交制种也在生产中大量应用。玉米有春播制种和夏播制种，甘肃、新疆、内蒙古、辽宁等北方省区春播制种面积大、产量高、质量好，是中国主要的制种基地。
一、生物学特性
玉米为须根系，由初生根（胚根）、次生根（节根）和支持根（气生根）组成。初生根3条，以后在胚轴同一部位产生3~4条胚侧根，在植株长出次生根之前，起着供应幼苗养分和水分作用，根入土深度30~50cm。除胚根外，茎节上长出节根，地下节根4~7层，是玉米根系主要组成部分。在3~4片叶时开始生长，约50~90条，水平分布范围1m，起到吸收养分、水分、固定支柱作用。地上节根为支持根，在拔节至抽雄期，地表2~3层茎节轮生。支持根的多少与水肥条件有关，南方耐湿润品种气生根可达5~6节，入土或不入土，除固定支持作用外，还可以产生氨基酸。玉米株高0.4~4.5m，一般2~3m。茎呈圆筒形，髓部充实而疏松；茎由节和节间组成，节数13~31，早熟品种节数少，晚熟品种节数多。地下部分有4~6节密集，地上部分9~21节。全部茎节在拔节前雄穗生长锥分化期已经分化形成。每个茎节生1片叶，叶腋处有浅沟，生一个腋芽（部分品种因遗传或环境因素而产生2个以上腋芽），内含雌穗原始体。一般只有中部雌穗原始体发育为雌穗。近地表的地下茎可发生分蘖，分蘖一般不能抽穗结实，苗期应及时清除。理想型单交种的特征之一是植珠中矮粗壮，穗大而结穗部位较低。
茎有向光性和负向地性，倒伏后能够弯曲向上生长。叶片13~25片，叶身宽而长，叶缘常呈波浪形。叶鞘厚而坚硬，紧包茎秆，与叶身连接处有叶舌或无。干旱缺水时，叶片向上卷缩减少水分蒸发。中上部靠近穗位的叶片叶面积大，光合功能最大，对果穗发育最重要。后期或缺肥时，下部叶片先枯萎。玉米花单性，雌雄同株，雄穗为圆锥花序，雌穗为肉穗花序。子粒为颖果，色黄、白、紫、红或呈花斑等，千粒重250~350g。糯玉米、甜玉米、爆裂玉米种子小，千粒重较低。