三倍体无籽西瓜培育中的几个问题

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问题一     三倍体西瓜的果皮种皮是四个染色体组，来源于母本，胚芽由受精卵发育来，有3个染色体组（3×11），胚乳由受精极核发育来有5个染色体组。

[注意]四倍体植株上结四倍体西瓜，四倍体西瓜内结的种子为三倍体，其种皮为四倍体。

1.用二倍体西瓜为亲本，培育“三倍体无籽西瓜”过程中，下列说法正确的是（    ）
 A．第一年的植株中，染色体组数可存在2、3、4、5个染色体组
 B．第二年的植株中没有同源染色体
 C．第一年结的西瓜其种皮、胚、胚乳的染色体组数不同，均是当年杂交的结果
 D．第二年的植株中用三倍体做母本，与二倍体的父本产生的精子受精后，得不育的三倍体西瓜
答案：A
5个染色体组是指胚乳吗，可是西瓜有胚乳？C选项的当年杂交的结果是什么意思？

2.在三倍体无籽西瓜的培育过程中，将二倍体普通西瓜幼苗用秋水仙素处理，待植物成熟接受普通二倍体西瓜的正常花粉后，发育形成果实的果皮、种皮、胚芽、胚乳细胞的染色体组数依次是（   ）
A．4、2、2、4           B．4、4、3、5        C．3、3、3、4         D．4、4、3、6

3.已知西瓜为雌雄同株且雌雄异花的植物。果皮浅绿色的基因型为aaaa四倍体西瓜与果皮带深绿色条纹的基因型为AA的二倍体西瓜间行种植，随机受粉。然后用四倍体植株所结的种子再种植，待上述种子长成植株后去雄再授以二倍体西瓜的花粉，则所得的西瓜（     ）

A果皮均为浅绿色，无子

B果皮均为带深绿色条纹的，有子

C果皮有的为浅绿色的，有子；果皮有的为带深绿色条纹的，无子

D果皮有的为浅绿色的，无子；果皮有的为带深绿色条纹的，有子

用四倍体西瓜与二倍体西瓜杂交所得的子一代植株开花后，经适当处理，则（    ）

A．能产生正常配子，结出种子形成果实          B．结出的果实为五倍体
C．不能产生正常配子，但可形成无籽西瓜       D．结出的果实为三倍体

【解析】四倍体西瓜与二倍体西瓜杂交产生的子一代西瓜植株是三倍体，由于其染色体组数为奇数，在减数分裂时同源染色体配对紊乱，因而不能产生正常生殖细胞，故不能结种子。若经适当处理，如用二倍体花粉刺激其子房，可结出无籽西瓜。该果实仅由果皮构成，由于果皮细胞属于三倍体西瓜植株的体细胞，故该果实为三倍体。答案：CD
点评：三倍体无籽西瓜的培育过程较复杂，应利用课本插图加深理解。

问题二     无籽番茄和无籽西瓜两者都为单性结实(是指子房不经过受精作用而形成不含种子果实的现象)，因而果实中都无种子。但有三方面不同：

(1)无受精过程发生的原因不同。前者是人为阻隔了授粉过程，使卵细胞不能接受到精子而不能产生受精卵。后者是由于三倍体植株在减数分裂中染色体联会发生紊乱，不能形成正常生殖细胞而无受精卵形成。

 (2)子房发育成果实的刺激不同，前者一般是在柱头上涂上一定浓度的生长素溶液，是化学刺激。后者是授粉刺激，即给三倍体植株雌蕊授以普通西瓜的成熟花粉。

 (3)果肉细胞的染色体组数不同。由于前者是生长素直接刺激二倍体的子房形成的，故果肉细胞含二个染色体组。而后者是利用二倍体普通西瓜经人工诱导多倍体方法育成三倍体植株后，用普通西瓜花粉刺激三倍体的子房形成的，故无籽西瓜果肉细胞含3个染色体组。

无子番茄是二倍体    无子番茄和无籽西瓜的原理不用。无子番茄是用生长素刺激花，促进其结果，所以果实仍然是二倍体。无籽西瓜是应用三倍体不育的原理，所以无籽。三倍体无籽西瓜的果实里无籽，含糖量比普通西瓜提高了10%左右，吃着特别甜。而且产量高，抗逆性强。

问题三     获得三倍体西瓜种子(♀ 4ｎ×♂ 2ｎ)时，用二倍体为四倍体提供花粉，如果反交，能否获得三倍体西瓜种子？
      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。但是反交获得的三倍体西瓜雌花中的珠被会发育成硬壳种皮，种子发育比较困难，形成的三倍体种子难于萌发；且果实品质差，而正交，不但能获得三倍体的种子，且四倍体的西瓜吃着味道甜美。故获得三倍体西瓜种子时通常以二倍体为四倍体提供花粉。

问题四    三倍体无籽西瓜发育生长素的来源问题

三倍体植株在减数分裂时由于同源染色体联会紊乱，几乎不可能产生种子。但是当其柱头接受了二倍体的花粉后，花粉在萌发的过程中，将自身使得色氨酸转化为吲哚乙酸的酶体系分泌到了三倍体西瓜植株的子房中去，促发了其子房合成了大量生长素；还有，二倍体花粉本身也携带少量的生长素，受粉以后也可以扩散到子房中去，正是这两种途径的共同作用，才促使了三倍体西瓜的子房发育，最终形成了无籽西瓜！

问题五     三倍体无籽西瓜为什么含糖量比普通西瓜能提高10%，且产量高，抗逆性强？
      三倍体无籽西瓜的这一系列变异特征，显然是由于核内染色体加倍，以致等位基因增加而引起的“剂量效应”。当然，由于三倍体西瓜无籽，本当储藏于种子的子叶中的那部分营养物质，就以糖的形式存在于果实的果肉细胞中了，这也是三倍体无籽西瓜比普通西瓜含糖量高的原因之一。

问题六    三倍体无籽西瓜真的无籽吗？若有子，可为几倍体？

三倍体无籽西瓜在减数分裂过程中，由于细胞中存在三条相同的同源染色体，因此在减数第一次分裂的联会时期，常常发生联会紊乱，导致不能产生正常的生殖细胞，因此我们说三倍体无籽西瓜是无子的。但也会出现减数分裂过程中，两组染色体移向一极，；另一组移到另一极，这样就可以产生含两个染色体组和含一个染色体组的生殖细胞，那么它在接受二倍体植物产生的花粉以后，就可以完成受精作用，形成含三个染色体组和含两个染色体组的受精卵，将来就可以形成三倍体和二倍体的种子。

问题七    三倍体无籽西瓜培育过程中两次用到二倍体西瓜的花粉，其生理作用相同吗？

两次授粉，其生理作用是不同的。第一次授粉是将普通二倍体西瓜的花粉授在四倍体西瓜的雌蕊柱头上，其目的是让二者进行杂交得到三倍体种子。第二次授粉是将二倍体的花粉授在三倍体的雌蕊柱头上，其目的是为了刺激三倍体西瓜的子房发育成果实。那么二倍体西瓜的花粉为什么能刺激三倍体西瓜的子房发育成果实呢？原因有二：一是二倍体西瓜的花粉能产生少量生长素，二是二倍体西瓜的花粉中有一种色氨酸酶，能催化三倍体西瓜细胞内的色氨酸转化为生长素，这样就满足了三倍体西瓜子房发育成果实所需要的生长素。

三倍体无籽西瓜没有种子，那么它生长需要的生长素是哪里得来的呢？

问题八    用秋水仙素处理二倍体西瓜幼苗时，是否所有的细胞染色体组都是四个？

用秋水仙素处理二倍体西瓜幼苗使之成为四倍体，秋水仙素应处理幼苗或萌发的种子。因为萌发的种子、幼苗具有较强的分生能力，细胞进行有丝分裂，秋水仙素处理后可达到使产生的新细胞染色体数目加倍的目的。但秋水仙素处理后，只能使分生组织分裂产生的茎、叶、花染色体数目加倍，而未处理的如根部细胞染色体组数仍为两个染色体组。

问题九   三倍体无籽西瓜如何遗传？

三倍体无籽西瓜由于没有种子，所以不能通过有性生殖产生后代，因此要想大量繁殖，只能通过无性繁殖产生后代。

问题十    三倍体无籽西瓜的无籽性状可以遗传吗？

三倍体无籽西瓜获得依据遗传学原理是染色体变异，因为染色体上含有遗传物质DNA，因此，无籽西瓜的无籽性状是因为遗传物质的改变引起的，因此，这种无籽性状出现的变异是可以遗传给后代的。它同无子番茄不同，无子番茄是通过利用生长素的促进果实发育的生理作用而获得的，整个过程中根本没有发生遗传物质的变化，因此无子番茄的性状是不能遗传给后代的。也就是说，如果我们把无子番茄通过植物组织培养的方法，大面积种植的话，在花蕾期不采取人工去雄，在雌蕊柱头涂抹一定浓度的生长素，我们所获得的番茄仍然是有籽的。

问题十一    使用人工方法获得同源四倍体，为什么选择二倍体西瓜的幼苗或萌发的种子作为处理对象？

答：人工诱导多倍体的形成实质上是利用秋水仙素作用于正在进行有丝分裂的细胞，抑制其纺锤体的形成，使染色体的着丝点分裂后，两姐妹染色单体分开形成的子染色体不能分配到两个子细胞中去，从而导致植株体细胞的染色体数目加倍。由于二倍体西瓜的幼苗或萌发的种子，其分生组织的细胞分裂能力较强，故适合作为处理对象。

问题十二    同源四倍体与二倍体杂交后获得的三倍体西瓜，为什么会出现高度不育？

答：三倍体西瓜的细胞内有三个染色体组，当它进行进行减数分裂时，由于同源染色体的联会配对会发生紊乱，造成染色体很难平均分配到子细胞中去，结果得到的绝大多数配子是染色体数目不均衡的配子，不能正常的受精结实，只有极少数的配子为正常配子，而概率仅为1/2n（n代表一个染色体组中所有染色体的数目），可见三倍体无籽西瓜是高度不育的。