三倍体无子西瓜培育的几个疑难问题分析

大年初六。

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高中生物学习帮带你系统解决问题。从常问的无籽西瓜开始

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一、  三倍体无子西瓜是怎样培育出来的 ,为何无种子？

普通西瓜是二倍体（2N=22）,无子西瓜是三倍体（3N=33） ,三倍体无子西瓜是利用二倍体西瓜通过多倍体育种培育出来的。 

第一年:制备三倍体种子 。

用秋水仙素处理二倍体西瓜萌发的种子或幼苗 ,获得四倍体 (4N=44)西瓜植株 然后让四倍体西瓜作母本，开花时去雄 ,二倍体西瓜作父本【为什么？下面问题4有回答】，取其花粉授于四倍体雌蕊上进行杂交 ,含两个染色体组的卵细胞与含有一个染色体组的精子结合 ,形成的受精卵含3个染色体组 ,由其发育成的种子就含有3个染色体组 ,这样在四倍体植株上就能结出三倍体的种子。

第二年：获得无子西瓜 。

将第一年得到的三倍体种子种下 ,待其开花后 ,授以二倍体西瓜的花粉 ,在三倍体植株上结出了无子西瓜 。

用二倍体西瓜的成熟花粉给三倍体西瓜授粉的目的 ,是刺激子房发育成果实 ,并不是受精作用 。

三倍体西瓜无子的原因是由于三倍体植株在减数分裂时 ,同源染色体联会紊乱,因而不能形成正常的生殖细胞 ,无法完成受精作用 ,胚珠不能发育成种子 ,而果实能正常发育 ,所以这种西瓜就不含种子 。

那么为什么三倍体西瓜不能形成正常的生殖细胞呢？

二倍体西瓜的体细胞内具有2套完整的染色体组 ,在有性生殖过程中 ,进行减数分裂形成具有1套完整染色体组的配子 ,这种雌雄配子结合便形成正常的二倍体种子 。

四倍体西瓜也是如此形成正常的四倍体种子 。

三倍体西瓜的体细胞内有3套完整的染色体组 ,经减数分裂从理论上讲应该形成2套 、各具有16.5条染色体的配子 ,但事实上是不可能的 。因为在配对时 ,每条同源染色体配对 ,形成11个三价体 ,在分配给子细胞时只能是三价体中的任意1条染色体（称单价体 ,用Ⅰ表示） 到一个子细胞 ,另外2条染色体（称二价体 ,用Ⅱ表示）到另一个子细胞 ,这样子细胞中的染色体就会出现11Ⅰ 、10Ⅰ+1 Ⅱ、9Ⅰ+2Ⅱ、·······1Ⅰ+10Ⅱ和各种组合 , 11、12 、13 ·······20、21和22各种数目。根据排列组合原理 , 11个三价体的3条同源染色体随机分配到 2个子细胞中可以有2048种组合 ,其中只有具1个和2个完备染色体组的11和 22条染色体的配子是可育配子 , 占0.1% 。具不完备染色体组的配子是不育配子占99.9% 。这种不育雌配子 ,无论是用可育还是用不育雄花授粉都不能形成正常种子 ,所以说三倍体西瓜是无子西瓜 。

二、三倍体西瓜没有种子 ,真的一颗都没有吗？

三倍体植株不能进行正常的减数分裂形成生殖细胞 。因此 ,不能形成种子 。

但绝不是一颗种子都没有 ,其原因是在进行减数分裂时 ,有可能形成正常的生殖细胞 ,产生正常的受精卵 ,形成种子 ,但比例极低 。

三、用秋水仙素处理普通西瓜 ,形成的四倍体西瓜各部分染色体组均一样吗？

不一样 。

因为用一定浓度的秋水仙素处理普通西瓜（2N=22)幼苗的生长点 ,导致染色体加倍成四倍体西瓜（4N=44）,但其根尖等处的有些细胞没有接触秋水仙素处理 ,所以 ,根尖处的有些细胞仍含2个染色体组 ,因而 ,实际上是一个嵌合体 。

四、为何一般用四倍体西瓜作为母体 ,二倍体西瓜作父本？

培育无子西瓜 ,一般用四倍体西瓜作为母本 ,二倍体西瓜作父本 ,进行杂交 ,所得西瓜种子的果皮 、胚和早期胚乳细胞中 ,所含有的染色体组数分别为4 、 3、5 。【果皮是母本的一部分，所以果皮染色体组数同母本，胚由受精卵发育而来，精子1组+卵细胞2组=3组，胚乳为1个精子+2个极核（极核染色体同卵细胞）=5组】

如果用二倍体西瓜作母本 ,四倍体西瓜作父本 , 即进行反交 ,所得西瓜种子的果皮 、胚和早期胚乳细胞所含有的染色体组数分别为2 、3 、4 ,会使珠被发育 形成的种皮厚且硬 ,从而影响无子西瓜的品质 。【原因：多倍体部分生长发育迟缓】

五、三倍体西瓜种子种下去后 ,为什么要授以二倍体西瓜的花粉？

三倍体西瓜的植株在减数分裂过程中 ,染色体联会紊乱 ,因而不能形成正常的生殖细胞 。

授以二倍体西瓜成熟的花粉 ,并不是完成受精作用 ,而是刺激子房壁产生生长素 ,促进子房发育成果实 。

六、二倍体西瓜的花粉为什么能刺激三倍体西瓜子房壁产生生长素？

首先 ,在三倍体植株上授以二倍体西瓜花粉后 , 花粉在柱头上萌发的过程中 ,将 自身的色氨酸转变成吲哚乙酸（生长素） 的酶体系并分泌到三倍体西瓜子房中去 ,引起子房合成大量的生长素；

其次 ,二倍体西瓜花粉本身含有生长素 ,在授粉后也可扩散到子房中去 ,这两种来源的生长素均能使子房发育成果实 （三倍体无子西瓜）。

七、由于无子西瓜没有种子 ,每年都要制种 ,很麻烦 , 生产上怎样扩大栽培？

方法一 进行无性繁殖 ,将三倍体西瓜植株进行组织培养 ,获取大量的试管苗 ,再进行移栽 。

方法二 用生长素或生长素类似物处理二倍体未授粉的雌蕊 ,以促进子房发育成无种子的果实 。在此过程中要进行套袋处理 ,以避免受粉 。

八、无子西瓜与无子番茄是一回事吗？

无子西瓜与无子番茄都没有种子 ,但它们的来源以及无种子的原因是不同的 。

(1)培育无子西瓜和无子番茄的原理不同。

无子番茄是用一定浓度的生长素类似物溶液处理未授粉的番茄雌蕊的柱头 ,由于没有授粉 ,所以子房发育成无子果实;

而无子西瓜是通过多倍体育种的方法培育出来的 ,它是在三倍体植株上结出的无子果实 ,由于三倍体植株在减数分裂时同源染色体联会紊乱 ,因而不能形成正常的生殖细胞 ,从而无法完成受精作用 ,当然就不含有种子 。

(2)无子西瓜和无子番茄引起的变异不同 。

无子番茄的变异属于不遗传的变异 ,因为生长素类似物不引起遗传物发生变化 ,它只是促进子房发育成果实 ,所以无子番茄的无种子这一变异性状是不能遗传 给后代的;

无子西瓜的变异属于可遗传 的变异 ,因为无子西瓜的获得是由于染色体的变异 ,所以无子西瓜的无种子这一变异性状是能遗传给后代的(通过无性生殖 )。