同源三倍体无籽瓜

同源三倍体无籽瓜

我们吃的普通(有籽)西瓜是二倍体(2x=22)。如果把二倍体西瓜幼苗的根或芽用药物(如用从植物秋水仙中提取的秋水仙素)处理,长成的植株粗壮、叶肥厚,在显微镜下检查时叶片的气孔大(图6—4),体细胞的染色体有44条,即有4个基本染色体组,所以称四倍体。由于这4个基本染色体组都是来自同一个物种,所以我们称其为同源四倍体(4x=44)。

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图6—4 西瓜叶片气孔

把以上四倍体作为母本,二倍体西瓜作为父本进行杂交。由于四倍体的初级卵母细胞经减数分裂后,形成的卵子染色体数要减半,所以卵子的染色体组成为2x=22;二倍体西瓜形成精子的染色体组成,显然为1x=11。杂交后,在母本上结的西瓜中的种子应具有3个基本染色体组,即为同源三倍体。

  同源四倍体西瓜×二倍体西瓜

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图6—5 无籽西瓜的制种和生产

同源三倍体种子种下去后,若间种少量的二倍体西瓜(目的是刺激三倍体果实的正常发育,因三倍体花粉本身发育不良,不能刺激果实发育),则在同源三倍体植株上结的西瓜就是无籽西瓜(图6—5)。

无籽西瓜不仅无籽,如果产生它的四倍体和二倍体,不是来源于同一品种,用适当的父本和母本杂交,还可产生杂交优势(如丰产、优质、抗病、耐储存等)。

无籽西瓜(同源三倍体)为什么无籽呢(图6—6)呢?首先要明白的是,一个配子可育或具有可育性,其内部的染色体数一定是基本染色体数的整数倍。

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图6—6 无籽西瓜(左)和有籽西瓜

无籽西瓜的体细胞内有3个基本染色体组(3x=33),即在11种同源染色体中,每种同源染色体都各有3条。无籽西瓜成熟经减数分裂时,每3条同源染色体中的任何一对分别分向两极,另外一条则无同源染色体,可随机地移向细胞两级的任何一级。因此,不难想象,它形成配子中的染色体数是各式各样的,最少的是11条(含有一个基本染色体组,1x=11),最多的是22条(含有两个基本染色体组,2x=22),其余配子中的染色体数是12、13……21,即这些配子除具有一个基本染色体组外,还多出了1条或几条。

但是,如前所述,在所有这些配子类型中,只有含1x=11和2x=22的配子才是可育的。显然,这样的配子是太少了,从理论上可算出这个比数(即可育配子数与总配子数之比)的大小。这里,我们只举一个熟悉的类似例子加以说明。假定我们在世界范围内,调查了一对夫妇生11个孩子的家庭。凭常识,这样的家庭一般既有男孩又有女孩,只有一种性别的(11个全为男孩或女孩)是极为罕见的。要在无籽西瓜中找到有籽的困难程度,与一对夫妇生11个孩子全是男孩或女孩的困难程度一样大。

现介绍无籽西瓜的繁殖和制种。为了每年生产无籽西瓜,必须要有两块繁殖地和一块制种地,两块繁殖地分别用来繁殖二倍体西瓜种子和四倍体西瓜种子。一块制种地以四倍体作为母本和二倍体作为父本,生产杂交种子——同源三倍体种子,供生产无籽西瓜用。

对于瓜菜(如黄瓜),也可仿效无籽西瓜生产无籽黄瓜(同源三倍体黄瓜),我们吃的香蕉(无籽)是自然产生的同源三倍体。

以营养器官繁殖的植物,如杨树、果树等,一旦用上述方法获得了同源三倍体,就可通过嫁接、扦插、压条等方式进行繁殖,甚为方便。例如同源三倍体白杨树的生长速度比二倍体快1倍,同源三倍体的桑树和茶树不但桑叶和茶叶的产量高,而且很抗寒,都已在生产上推广。因此对人类来说,凡不是以生产种子为目的的植物,同源三倍体育种是一种很有成效的育种方法。