“无籽西瓜”奥妙多——由无籽西瓜培育引出的一系列问题

王学军　（陕西省合阳县教研室　715300）

樊晓丽　（陕西省合阳县合阳中学　715300）

“无籽西瓜”奥妙多——由无籽西瓜培育引出的一系列问题

王学军（陕西省合阳县教研室715300）

樊晓丽（陕西省合阳县合阳中学715300）

摘要：本文通过对无籽西瓜培育的过程及其在具体习题中碰到的有关问题进行了详细讲解，以便加深同学们对相关知识的理解，并能正确应用相关知识解决实际问题。

关键词：无籽西瓜染色体变异三倍体植株

DOI：10.16657/j.cnki.issn1673-9132.2016.03.012

在讲到染色体变异时，涉及到无籽西瓜的培育。学生常对无籽西瓜培育过程中的一些操作产生疑问。笔者就来为大家逐一解开无籽西瓜的“奥妙”。

一、无籽西瓜培育过程中相关操作的解释

1．获得三倍体西瓜种子时，课本上用二倍体为四倍体提供花粉，学生产生疑问，那么如果反交，能否获得三倍体西瓜种子？和正交所得的结果有什么不同？

用四倍体植株作母本，用二倍体植株作父本，进行杂交，就能在四倍体上结出三倍体的种子。如果反交，能否获得三倍体的西瓜种子呢？四倍体与二倍体西瓜，无论正交或反交，都能产生三倍体的种子。那课本上为什么要强调“用二倍体为四倍体提供花粉”呢？

原因一是用二倍体植株作母本，用四倍体植株作父本，获得的三倍体西瓜由于受细胞质遗传的影响，胚珠的珠被可正常发育为种皮，三倍体的不育性只会导致瓜子没有瓤，从而导致三倍体植株上结的无籽西瓜有厚硬的种皮。人们在吃的时候，感觉将是完全有籽的，这样我们就达不到西瓜品种改良的目的。实践证明，用二倍体植株作父本四倍体植株作母本所获得三倍体西瓜，种皮不能正常发育，而且吃起来味道甜美。

原因二是选用四倍体作母本是因为多倍体的花粉的可育性低于二倍体，四倍体作母本二倍体作父本种子产量会高些。

原因三是自然界的西瓜都为二倍体，如果用四倍体作母本，二倍体作父本，就不用做人工授粉，只要提前做好四倍体的人工去雄处理就好了，从操作程序上简单易行。而如果以二倍体作母本，四倍体作父本，就要给二倍体作人工去雄处理后套袋，之后再用四倍体的花粉进行人工授粉，相比之下，前者操作起来要简单许多。

综合以上原因，在培育三倍体西瓜种子时通常由二倍体为四倍体提供花粉。

2．果实发育通常是由发育着的种子提供生长素的，而三倍体西瓜无籽，那么其发育过程中需要生长素从何而来？

我们经常可以见到一半饱满一半凹陷的西瓜，切开后会发现发育不好的那面的种子也发育不正常，这是因为什么原因呢？因为发育的种子可以促使子房发育形成果实。而三倍体的西瓜植株由于在减数分裂的过程中，同源染色体的联会发生紊乱，因而不能形成正常的生殖细胞，因此胚珠并不发育成种子。所以不能由种子为果实发育提供生长素。

在三倍体无籽西瓜的培育过程中，也没有人工在雌蕊柱头上涂上一定浓度的生长素溶液；虽然在培育过程中使用了秋水仙素，但这与果实的发育无关。那么其发育过程中需要生长素从何而来呢？在二倍体西瓜的花粉中，除含有少量的生长素外，也含有使色氨酸转变成生长素的酶系。当二倍体花粉萌发时，形成的花粉管伸入到三倍体植株的子房内并将自身合成生长素的酶体系转移到其中，从而在子房内仍能合成大量的生长素，促使子房发育成无籽果实。

所以，三倍体西瓜植株上的雌蕊要用二倍体西瓜的花粉刺激，子房才能发育成无籽西瓜。这样也就解释了“为什么要给三倍体植株授以二倍体植株的花粉”的问题了。

3．无籽西瓜是长在什么植株上的？

有些学生初学时思路不清，以为在四倍体植株上结出的西瓜就是三倍体西瓜（即无籽西瓜）。实际上是因为将西瓜果实各部分由什么结构发育而来的没弄清楚。西瓜的皮和瓤都是由四倍体母本体细胞发育而来的，也就是说这两部分的细胞中含有四个染色体组，西瓜的种皮是由母本的珠被发育而来的，所以也是含有四个染色体组。

只有种子内部的胚才是由受精卵发育而来，也就是说在四倍体植株上结出的西瓜依然是有籽的，瓜的皮、瓤及种皮都含有四个染色体组，只有种子内的胚是含有三个染色体组的。用这样的种子种植，长出的植株即三倍体植株。三倍体的植株由于在减数分裂的过程中，染色体的联会发生紊乱，因而不能形成正常的生殖细胞，胚珠并不发育成种子，故结出无籽西瓜，也就是说无籽西瓜是长在三倍体植株上的。

4．存在于在四倍体植株上的不同部位的细胞分别含有几个染色体组？

四倍体植株是用秋水仙素处理二倍体幼苗得到的，因此该植株的根部细胞含有两个染色体组，仍然属于二倍体。而地上部分由于秋水仙素使得细胞内染色体数目加倍，因而细胞中含有四个染色体组。四倍体植株接受二倍体植株的花粉进行双受精，一个二倍体植株的精子与一个四倍体植株的卵细胞结合，产生的受精卵内含有三个染色体组；一个二倍体植株的精子与两个四倍体植株的极核结合，受精极核中含有五个染色体组。而受精卵发育成胚，受精极核发育成胚乳。因此，四倍体植株上的种子中胚含有三个染色体组，胚乳含有五个染色体组，而种皮来自于四倍体的珠被细胞，所以含有四个染色体组。也就是说在这个四倍体母本植株上存在着分别含有“二、三、四、五”个染色体组的四种细胞。

二、由无籽西瓜引申出的问题

1．无籽西瓜和无籽番茄、无籽辣椒的培育方法和应用原理。

无籽西瓜和无籽番茄、无籽辣椒等都是无籽果实，但用到的培育方法不一样。无籽西瓜培育应用的原理是染色体变异，是通过使正常的二倍体西瓜在秋水仙素的作用下染色体数目加倍，再与二倍体杂交得三倍体。三倍体由于联会紊乱不能形成配子因而无法完成受精。而无籽番茄、无籽辣椒的培育则应用了生长素能促进果实发育的原理，具体是通过将一定浓度的生长素涂抹在未受精的雌蕊柱头上，从而促进子房膨大形成果实。也就是说两者都是因为未受精而导致无籽，但具体原因和操作各不相同。

2．物种的判断。二倍体西瓜和四倍体西瓜是否属于同一物种？好像都是西瓜，是否为同一物种呢？

物种的概念是生活在一定的自然区域，具有一定的形态结构和生理功能，在自然状态下可相互交配和繁殖，并且能够产生可育后代的一群个体。二倍体与四倍体能相互授粉并产生种子，该种子萌发最终可发育为三倍体植株。但三倍体植株不能形成配子，无法进行受精，即杂交后代不可育，所以二倍体西瓜和四倍体西瓜不能算作同一物种。

以上就是我结合具体教学实践，对学生在学习无籽西瓜培育过程碰到的问题及其在习题中涉及到的引申问题进行的整理并解答，希望对大家的学习有所帮助。

（责编金东）