“無籽西瓜”奧妙多——由無籽西瓜培育引出的一系列問題

王學(xué)軍?。兾魇『详柨h教研室　715300）

樊曉麗?。兾魇『详柨h合陽中學(xué)　715300）

“無籽西瓜”奧妙多——由無籽西瓜培育引出的一系列問題

王學(xué)軍（陜西省合陽縣教研室715300）

樊曉麗（陜西省合陽縣合陽中學(xué)715300）

摘要：本文通過對無籽西瓜培育的過程及其在具體習(xí)題中碰到的有關(guān)問題進(jìn)行了詳細(xì)講解，以便加深同學(xué)們對相關(guān)知識的理解，并能正確應(yīng)用相關(guān)知識解決實際問題。

關(guān)鍵詞：無籽西瓜染色體變異三倍體植株

DOI：10.16657/j.cnki.issn1673-9132.2016.03.012

在講到染色體變異時，涉及到無籽西瓜的培育。學(xué)生常對無籽西瓜培育過程中的一些操作產(chǎn)生疑問。筆者就來為大家逐一解開無籽西瓜的“奧妙”。

一、無籽西瓜培育過程中相關(guān)操作的解釋

1．獲得三倍體西瓜種子時，課本上用二倍體為四倍體提供花粉，學(xué)生產(chǎn)生疑問，那么如果反交，能否獲得三倍體西瓜種子？和正交所得的結(jié)果有什么不同？

用四倍體植株作母本，用二倍體植株作父本，進(jìn)行雜交，就能在四倍體上結(jié)出三倍體的種子。如果反交，能否獲得三倍體的西瓜種子呢？四倍體與二倍體西瓜，無論正交或反交，都能產(chǎn)生三倍體的種子。那課本上為什么要強(qiáng)調(diào)“用二倍體為四倍體提供花粉”呢？

原因一是用二倍體植株作母本，用四倍體植株作父本，獲得的三倍體西瓜由于受細(xì)胞質(zhì)遺傳的影響，胚珠的珠被可正常發(fā)育為種皮，三倍體的不育性只會導(dǎo)致瓜子沒有瓤，從而導(dǎo)致三倍體植株上結(jié)的無籽西瓜有厚硬的種皮。人們在吃的時候，感覺將是完全有籽的，這樣我們就達(dá)不到西瓜品種改良的目的。實踐證明，用二倍體植株作父本四倍體植株作母本所獲得三倍體西瓜，種皮不能正常發(fā)育，而且吃起來味道甜美。

原因二是選用四倍體作母本是因為多倍體的花粉的可育性低于二倍體，四倍體作母本二倍體作父本種子產(chǎn)量會高些。

原因三是自然界的西瓜都為二倍體，如果用四倍體作母本，二倍體作父本，就不用做人工授粉，只要提前做好四倍體的人工去雄處理就好了，從操作程序上簡單易行。而如果以二倍體作母本，四倍體作父本，就要給二倍體作人工去雄處理后套袋，之后再用四倍體的花粉進(jìn)行人工授粉，相比之下，前者操作起來要簡單許多。

綜合以上原因，在培育三倍體西瓜種子時通常由二倍體為四倍體提供花粉。

2．果實發(fā)育通常是由發(fā)育著的種子提供生長素的，而三倍體西瓜無籽，那么其發(fā)育過程中需要生長素從何而來？

我們經(jīng)常可以見到一半飽滿一半凹陷的西瓜，切開后會發(fā)現(xiàn)發(fā)育不好的那面的種子也發(fā)育不正常，這是因為什么原因呢？因為發(fā)育的種子可以促使子房發(fā)育形成果實。而三倍體的西瓜植株由于在減數(shù)分裂的過程中，同源染色體的聯(lián)會發(fā)生紊亂，因而不能形成正常的生殖細(xì)胞，因此胚珠并不發(fā)育成種子。所以不能由種子為果實發(fā)育提供生長素。

在三倍體無籽西瓜的培育過程中，也沒有人工在雌蕊柱頭上涂上一定濃度的生長素溶液；雖然在培育過程中使用了秋水仙素，但這與果實的發(fā)育無關(guān)。那么其發(fā)育過程中需要生長素從何而來呢？在二倍體西瓜的花粉中，除含有少量的生長素外，也含有使色氨酸轉(zhuǎn)變成生長素的酶系。當(dāng)二倍體花粉萌發(fā)時，形成的花粉管伸入到三倍體植株的子房內(nèi)并將自身合成生長素的酶體系轉(zhuǎn)移到其中，從而在子房內(nèi)仍能合成大量的生長素，促使子房發(fā)育成無籽果實。

所以，三倍體西瓜植株上的雌蕊要用二倍體西瓜的花粉刺激，子房才能發(fā)育成無籽西瓜。這樣也就解釋了“為什么要給三倍體植株授以二倍體植株的花粉”的問題了。

3．無籽西瓜是長在什么植株上的？

有些學(xué)生初學(xué)時思路不清，以為在四倍體植株上結(jié)出的西瓜就是三倍體西瓜（即無籽西瓜）。實際上是因為將西瓜果實各部分由什么結(jié)構(gòu)發(fā)育而來的沒弄清楚。西瓜的皮和瓤都是由四倍體母本體細(xì)胞發(fā)育而來的，也就是說這兩部分的細(xì)胞中含有四個染色體組，西瓜的種皮是由母本的珠被發(fā)育而來的，所以也是含有四個染色體組。

只有種子內(nèi)部的胚才是由受精卵發(fā)育而來，也就是說在四倍體植株上結(jié)出的西瓜依然是有籽的，瓜的皮、瓤及種皮都含有四個染色體組，只有種子內(nèi)的胚是含有三個染色體組的。用這樣的種子種植，長出的植株即三倍體植株。三倍體的植株由于在減數(shù)分裂的過程中，染色體的聯(lián)會發(fā)生紊亂，因而不能形成正常的生殖細(xì)胞，胚珠并不發(fā)育成種子，故結(jié)出無籽西瓜，也就是說無籽西瓜是長在三倍體植株上的。

4．存在于在四倍體植株上的不同部位的細(xì)胞分別含有幾個染色體組？

四倍體植株是用秋水仙素處理二倍體幼苗得到的，因此該植株的根部細(xì)胞含有兩個染色體組，仍然屬于二倍體。而地上部分由于秋水仙素使得細(xì)胞內(nèi)染色體數(shù)目加倍，因而細(xì)胞中含有四個染色體組。四倍體植株接受二倍體植株的花粉進(jìn)行雙受精，一個二倍體植株的精子與一個四倍體植株的卵細(xì)胞結(jié)合，產(chǎn)生的受精卵內(nèi)含有三個染色體組；一個二倍體植株的精子與兩個四倍體植株的極核結(jié)合，受精極核中含有五個染色體組。而受精卵發(fā)育成胚，受精極核發(fā)育成胚乳。因此，四倍體植株上的種子中胚含有三個染色體組，胚乳含有五個染色體組，而種皮來自于四倍體的珠被細(xì)胞，所以含有四個染色體組。也就是說在這個四倍體母本植株上存在著分別含有“二、三、四、五”個染色體組的四種細(xì)胞。

二、由無籽西瓜引申出的問題

1．無籽西瓜和無籽番茄、無籽辣椒的培育方法和應(yīng)用原理。

無籽西瓜和無籽番茄、無籽辣椒等都是無籽果實，但用到的培育方法不一樣。無籽西瓜培育應(yīng)用的原理是染色體變異，是通過使正常的二倍體西瓜在秋水仙素的作用下染色體數(shù)目加倍，再與二倍體雜交得三倍體。三倍體由于聯(lián)會紊亂不能形成配子因而無法完成受精。而無籽番茄、無籽辣椒的培育則應(yīng)用了生長素能促進(jìn)果實發(fā)育的原理，具體是通過將一定濃度的生長素涂抹在未受精的雌蕊柱頭上，從而促進(jìn)子房膨大形成果實。也就是說兩者都是因為未受精而導(dǎo)致無籽，但具體原因和操作各不相同。

2．物種的判斷。二倍體西瓜和四倍體西瓜是否屬于同一物種？好像都是西瓜，是否為同一物種呢？

物種的概念是生活在一定的自然區(qū)域，具有一定的形態(tài)結(jié)構(gòu)和生理功能，在自然狀態(tài)下可相互交配和繁殖，并且能夠產(chǎn)生可育后代的一群個體。二倍體與四倍體能相互授粉并產(chǎn)生種子，該種子萌發(fā)最終可發(fā)育為三倍體植株。但三倍體植株不能形成配子，無法進(jìn)行受精，即雜交后代不可育，所以二倍體西瓜和四倍體西瓜不能算作同一物種。

以上就是我結(jié)合具體教學(xué)實踐，對學(xué)生在學(xué)習(xí)無籽西瓜培育過程碰到的問題及其在習(xí)題中涉及到的引申問題進(jìn)行的整理并解答，希望對大家的學(xué)習(xí)有所幫助。

（責(zé)編金東）