浅谈三倍体无籽西瓜

高中生物教材中在多倍体育种中提及了三倍体西瓜的培育过程，在教学过程中发现有的学生并不能很好的掌握这部分知识，对有的知识点还是模棱两可的，现在就三倍体无籽西瓜的培育以及其中的几个要点谈一下自己的浅见。

一、三倍体无籽西瓜的培育过程

采用人工诱导多倍体的方法。如用秋水仙素处理二倍体西瓜的种子或幼苗，使其在细胞分裂的中期，阻碍纺锤丝和初生壁的生成，使已经复制的染色体组不能分向两极，并在中间形成次生壁，结果就形成了染色体组加倍的细胞，使普通二倍体西瓜染色体组加倍而得到四倍体西瓜植株。然后与二倍体西瓜植株(作为父本)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，同源染色体的联会紊乱，不能形成正常的生殖细胞。再用普通西瓜二倍体的成熟花粉刺激三倍体植株花的子房而成为三倍体果实，因其胚珠不能发育成种子，因而称为三倍体无籽西瓜。

无籽西瓜的培育属于人工诱导多倍体的应用，其原理是染色体变异。我们平时所吃的西瓜是二倍体西瓜，就是说其细胞核内有两个染色体组，这样的西瓜的减数分裂因有同源染色体而能正常进行，所以，也就能形成正常的种子。而这里说的无籽西瓜是三倍体的，也就是说其细胞核内有三个染色体组，因为染色体组数是奇数，在减数分裂是就会发生联会紊乱，导致减数分裂无法正常进行，所以也就不能形成种子了。

二、三倍体无籽西瓜培育过程中应该注意的问题

（1）种子是由胚珠的各部分发育而成，果实由子房发育而成。所以第一年得到的西瓜应是四倍体西瓜，其中的种子是三倍体的。确切地说，该种子的胚是三倍体的，而种皮则是四倍体的(该种皮由四倍体的珠被发育而成)。第二年得到的西瓜才是三倍体西瓜，其内无籽确切地说是只有种皮(三倍体的胚珠发育而成)而无胚(授粉不受精，不能形成受精卵，因而无胚)。

（2）为什么三倍体无籽西瓜的培育过程中一定要用四倍体做母本?如果仅从染色体组的角度考虑，无论用二倍体作父本四倍体作母本还是用四倍体作父本用二倍体作母本，杂交得到的子代都是三倍体。但是，三倍体西瓜并非不产生胚珠，而是胚珠中不能正常通过减数分裂产生卵细胞！也就是说，“无籽西瓜”并非没有种子的所有部分，只是没有种子的胚和胚乳而已，种子的种皮还是有的。

我们知道，真核生物除了有核基因外，线粒体、叶绿体中还有细胞核质基因，而后者则几乎全部是来自母本的。也就是说，如果用二倍体作父本四倍体作母本，则三倍体西瓜的细胞质基因来自四倍体；反过来，如果用四倍体作父本二倍体作母本，则三倍体西瓜的细胞质基因来自二倍体。

实践证明，细胞质基因来自二倍体的三倍体西瓜，其珠被能正常发育成种皮！这样一来，得到的“无籽西瓜”在吃的时候，人们的感觉将是完全有籽的！因为，我们之所以不喜欢有籽西瓜，并不是不喜欢它种子中的胚，而是不喜欢它那坚硬的种皮！

另外，生物的染色体组数越多，生长发育越慢，但同时体型会变大。

四倍体做母本，二倍体作父本，此时胚是三倍体，种皮是母本发育的，是四倍体，所以胚的发育时间比种皮的发育时间短，当胚发育完全时，种皮尚未发育完全，故种皮较薄，利于播种。

反过来，若是四倍体作父本，二倍体作母本，则胚是三倍体，种皮是二倍体，种皮发育完全时胚尚未发育完全，等胚最终发育完全时，种皮已经发育的过盛了，此时种皮较厚，播种时便不利于发芽了。故只能用四倍体做母本，二倍体作父本。

（3）三倍体无籽西瓜的生长素从何而来?我们知道,果实发育需要由种子供给生长素,而无籽西瓜中没有种子,生长素从何而来?

无籽西瓜是三倍体,体细胞中有33条染色体,在减数分裂形成配子时,染色体联会发生紊乱,不能形成正常的生殖细胞,因而胚珠不能发育成种子。它形成无籽西瓜不是用外源生长素涂抹柱头实行人工的单性结实,而是在三倍体植株的雌蕊柱头上授以二倍体的花粉,用二倍体花粉刺激诱导它形成无籽西瓜。二倍体花粉的刺激诱导过程为什么会促进子房发育为果实呢?

原来二倍体花粉中含有少量生长素,同时花粉中还含有使色氨酸转变为吲哚乙酸的酶体系。当二倍体花粉萌发时,形成的花粉管伸入三倍体无籽西瓜的子房中,将自身的使色氨酸转变为吲哚乙酸的酶系分泌到里面,从而引起子房合成大量生长素并促进子房发育为果实。这个原理是利用花粉粒分裂并萌发成花粉管时产生的生长素的作用。

（4）四倍体植株成熟后接受二倍体西瓜的正常花粉后，各部分的来源及基因组成：Ⅰ果皮、种皮都是由西瓜体细胞发育来的,所以是有4个染色体组；Ⅱ胚芽是由受精卵发育来的,则就有1个二倍体的和1个四倍体的卵细胞发育来的,就是3个染色体组2+1=3 ；Ⅲ 胚乳是由受精极核发育成的,即2个极核和1个，所以是染色体组数为5，2+2+1=5 。