不同三倍体无籽西瓜获得方式的分析比较

【摘 要】本文利用三倍体无籽西瓜发育各阶段正反交的比较来总结反交败育机制以及反交的利用价值。反交败育主要是由于产生的种子种皮比较厚，不利于萌发；果实较小，含糖量低。从本研究中也可分析得出反交存在一些发育优点，如在合子期间休眠期较短，分裂速率快，因此只要选种合理反交也可培育出三倍体无籽西瓜。

【关键词】三倍体无籽西瓜 正交 反交

【中图分类号】Q94-3 【文献标识码】A 【文章编号】1674-4810（2014）25-0195-01

本文针对反交作了一系列研究对比，总结反交的结果和特点。一些教辅资料仅介绍说反交会出现种皮，失去无籽西瓜的意义。这种解释过于肤浅，难以满足学生的求知欲。因此本文通过研究反交各个环节的情况来详细解释反交的特点，补充三倍体无籽西瓜的反交获得方法。

一 正反交获得三倍体无籽西瓜的方法

1.正交

普通西瓜为二倍体植物，即体内有2组染色体（2N=22），用秋水仙素处理其幼苗，使其在减数分裂前期联合紊乱，子染色体不能移向细胞的两极，导致二倍体西瓜植株细胞染色体成为4倍体（4N=44），这种4倍体西瓜能正常开花结果，种子能正常萌发成长。然后用4倍体西瓜植株做母本（开花时去雄）、二倍体西瓜植株做父本（取其花粉授4倍体雌蕊上）进行杂交，从而得到三倍体种子。三倍体的种子发育成的三倍体植株，由于减数分裂过程中，同源染色体的联会配对极度混乱，一般不能形成正常的配子。在开花时，其雌蕊要用正常二倍体西瓜的花粉授粉，以刺激其子房发育成果实。由于并未完成真正的受精作用，胚珠不能发育为种子，而果实则正常发育，所获得的即为三倍体无籽西瓜。

2.反交

如果以四倍体西瓜植株为母本，二倍体西瓜为父本杂交为正交，那么反之以四倍体为父本，二倍体为母本之间的杂交即为反交。从理论上来看，均可产生三倍体无籽西瓜。但在具体的实验中发现反交败育的情况很多。为探索反交中种子败育的时期和原因，崔贵梅等的研究还做了幼胚发育过程的形态解剖观察，以期为反交研究提供理论依据。

第一，反交幼胚败育机制。

首先，反交产生的三倍体种子种皮厚，不利于萌发。生物的遗传是细胞核遗传和细胞质遗传共同作用的结果。生物的细胞核遗传性状由父母亲本共同决定，细胞质遗传性状则几乎完全由母本决定。即如果正交时用二倍体作父本，四倍体作母本，则产生的三倍体无籽西瓜的细胞质基因是由四倍体母本提供的；而反之则产生的三倍体无籽西瓜的细胞质基因来自二倍体的母本。然而四倍体西瓜与二倍体西瓜本身就是两个物种，它们之间的基因和相关的性状等都存在一定差异。理论上这两种方式产生的三倍体无籽西瓜存在差异。因此种皮发育完全时胚尚未发育完全，等胚最终发育完全时，种皮已发育过度，此时种皮增厚、硬化，播种时形成的三倍体种子难以突破种皮萌发。

其次，反交产生的果实小，含糖量低。众所周知，植物的果实是由果皮和种子构成。而我们实用的西瓜是它的果皮部分。正交得到的三倍体无籽西瓜由于果肉细胞（即果皮）是四倍体的，因此构成的果实比较大、味道甜美。而反交得到的三倍体无籽西瓜果皮细胞是二倍体的，果实相对比较小、含糖量也较低。因此从实际出发，通常以二倍体作父本提供花粉，四倍体作母本接受花粉。

再次，四倍体花粉活力低于二倍体花粉活力。植物的花粉活力及柱头可受性主要是由遗传基因决定。由于染色体倍数增加，导致花粉在发育过程中均有有性生殖细胞退化现象出现，四倍体花粉活力差。而且从发育时间来看，比二倍体花粉发育晚2～3个阶段，导致花粉在柱头上萌发也比较晚，花粉管生长缓慢，最终影响受精和结实率。因此，通过选择减数正常的材料，可以提高花粉育性，从而提高其结实率。

最后，基因组剂量的改变会影响到胚乳细胞周期进程及分化。由于父母本贡献染色体数的不同，正反交后种子特别是胚乳的发育往往呈现出不同的表型。二倍体自交胚与胚乳的基因组剂量之比为1∶2，正交1∶4，反交2∶2，最终可能导致胚乳异常。胚乳对整个胚的发育提供营养物质，特别是对胚的早期发育尤为重要。相关研究还发现胚乳可能是引发被子植物倍性杂交后种子不育的主要原因。反交过程往往会出现胚乳过早异常退化解体，失去胚乳的营养供应也就破坏了幼胚的生存环境导致胚胎发育受阻。

第二，反交的利用价值。

通过以上分析，可以总结出反交在一些宏观和微观方面较正交有着明显的劣势，但并不是说反交没有利用价值。首先从正反交各阶段发育时间比较中可清晰看出反交产生的合子较正交休眠期短，分裂速度较快。因此反交比正交更能节省育种和制种环节，易座果，若亲本选择和配合恰当，也可生产反交无籽西瓜。其次，三倍体的种子产量很大程度上取决于亲本选配，诱变培育结实率和花粉质量高的四倍体也可能提高反交结实率，生产大量反交三倍体种子而被利用。

二 教学启示

在以往的教学中仅是查阅资料只是显示反交的结果不理想，有种皮，而对具体的原因并没有深究，其实这是一个很好的探究教学内容，既可以激发学生的学习兴趣，也可以拓展学生对染色体变异方面的相关知识。今后在教学中对于学生不能完全把握的知识，一方面教师要不断加强课后学习研究；另一方面也可以发动学生，培养学生的探究能力。

参考文献

[1]崔贵梅、王果萍、谢兴刚等.西瓜三倍体育种中的反交研究与利用[J].2008年园艺植物染色体倍性操作与遗传改良学术研讨会议论文摘要集，2008：38

[2]岑东照、李晓云.关于三倍体无籽西瓜培育过程中的问题[J].生物学教学，2008（6）

[3]朱晓炜.2N与4N水稻杂交后胚乳发育观察及相关基因的表达分析[D].四川农业大学，2011