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棉花在花冠开放的同时，花药略早或略晚开裂，其花粉粒落到柱头上，称为授粉。棉花以自花授粉为主。因花朵较大，色泽鲜艳，又有蜜腺，能引诱昆虫传粉，加之花粉粒上有刺，容易被昆虫携带传粉，所以，异花授粉率一般达3%~20%，故称棉花为常异花授粉作物。 棉花授粉后，花粉粒便在柱头上萌发，一般在1小时内即可伸出花粉管。花粉管沿着花柱向下伸长，进入子房，通过珠孔到达胚囊。此时，花粉管先端形成一孔，放出雄核，其中，一个雄核与胚囊里的卵子结合，成为受精卵（即结合子），发育成胚；另一个雄核与胚囊中的两个极核融合成为胚乳原核，这个过程叫受精。花粉管伸长到达子房约需8小时，整个受精过程在开花后20~30小时完成。受精后的胚珠发育成为种子，没有受精的胚珠很快死亡成为不孕子。 棉花在一个柱头上萌发的花粉粒大约有百粒之多。但一个子房内的胚珠最多只有50个。通常只有一个花粉管进入胚珠，完成受精作用。柱头上接受的花粉粒多对受精有利，因为花粉数量多，带到柱头上的生长素、维生素等也多，可以促进花粉管的萌发，并增强花柱组织中贮存物质的转化，可使伸长着的花粉管获得较多的营养物质，促进花粉管伸长的速度。所以，人工辅助授粉或利用昆虫传粉，可使其受精完全，提高成铃率。 
棉花花粉粒和柱头的生活力只能保持较短的时间，花粉粒在开花当天的下午生活力就显著减弱，自然条件下其生活力不超过1天，冷藏条件下可延长其生命。柱头的生活力一般不超过2天。 棉花授粉方式以自花授粉为主，但因棉花的花朵大，颜色鲜明，又富于蜜腺，能引诱昆虫，花粉粒上有刺，容易被昆虫所携带，所以，有一部分是异花授粉。在昆虫多的情况下，譬如，在养蜂场附近，异花授粉率会显著增加。所以，不同品种的棉花种在一起，会发生天然杂交，造成品种生物学混杂。 棉花开花授粉的气候条件，一般以天气晴朗，温度在25~35℃为适宜。棉株在某一时期内开花的多少，决定于这个时间之前22~26天的现蕾数，而现蕾数又在很大程度上决定于现蕾前一个时期气温的高低。因此，某一时期内的开花数，主要是受22~20天之前气温的影响，而很少受开花当时气温的影响，现蕾时的温度高，则现蕾数多，22~26天以后的开花数必然也多。 | 
