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    不同三倍體無籽西瓜獲得方式的分析比較

    2014-04-29 00:00:00董揚(yáng)揚(yáng)路小娜
    學(xué)園 2014年25期

    【摘 要】本文利用三倍體無籽西瓜發(fā)育各階段正反交的比較來總結(jié)反交敗育機(jī)制以及反交的利用價(jià)值。反交敗育主要是由于產(chǎn)生的種子種皮比較厚,不利于萌發(fā);果實(shí)較小,含糖量低。從本研究中也可分析得出反交存在一些發(fā)育優(yōu)點(diǎn),如在合子期間休眠期較短,分裂速率快,因此只要選種合理反交也可培育出三倍體無籽西瓜。

    【關(guān)鍵詞】三倍體無籽西瓜 正交 反交

    【中圖分類號】Q94-3 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】1674-4810(2014)25-0195-01

    本文針對反交作了一系列研究對比,總結(jié)反交的結(jié)果和特點(diǎn)。一些教輔資料僅介紹說反交會出現(xiàn)種皮,失去無籽西瓜的意義。這種解釋過于膚淺,難以滿足學(xué)生的求知欲。因此本文通過研究反交各個(gè)環(huán)節(jié)的情況來詳細(xì)解釋反交的特點(diǎn),補(bǔ)充三倍體無籽西瓜的反交獲得方法。

    一 正反交獲得三倍體無籽西瓜的方法

    1.正交

    普通西瓜為二倍體植物,即體內(nèi)有2組染色體(2N=22),用秋水仙素處理其幼苗,使其在減數(shù)分裂前期聯(lián)合紊亂,子染色體不能移向細(xì)胞的兩極,導(dǎo)致二倍體西瓜植株細(xì)胞染色體成為4倍體(4N=44),這種4倍體西瓜能正常開花結(jié)果,種子能正常萌發(fā)成長。然后用4倍體西瓜植株做母本(開花時(shí)去雄)、二倍體西瓜植株做父本(取其花粉授4倍體雌蕊上)進(jìn)行雜交,從而得到三倍體種子。三倍體的種子發(fā)育成的三倍體植株,由于減數(shù)分裂過程中,同源染色體的聯(lián)會配對極度混亂,一般不能形成正常的配子。在開花時(shí),其雌蕊要用正常二倍體西瓜的花粉授粉,以刺激其子房發(fā)育成果實(shí)。由于并未完成真正的受精作用,胚珠不能發(fā)育為種子,而果實(shí)則正常發(fā)育,所獲得的即為三倍體無籽西瓜。

    2.反交

    如果以四倍體西瓜植株為母本,二倍體西瓜為父本雜交為正交,那么反之以四倍體為父本,二倍體為母本之間的雜交即為反交。從理論上來看,均可產(chǎn)生三倍體無籽西瓜。但在具體的實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)反交敗育的情況很多。為探索反交中種子敗育的時(shí)期和原因,崔貴梅等的研究還做了幼胚發(fā)育過程的形態(tài)解剖觀察,以期為反交研究提供理論依據(jù)。

    第一,反交幼胚敗育機(jī)制。

    首先,反交產(chǎn)生的三倍體種子種皮厚,不利于萌發(fā)。生物的遺傳是細(xì)胞核遺傳和細(xì)胞質(zhì)遺傳共同作用的結(jié)果。生物的細(xì)胞核遺傳性狀由父母親本共同決定,細(xì)胞質(zhì)遺傳性狀則幾乎完全由母本決定。即如果正交時(shí)用二倍體作父本,四倍體作母本,則產(chǎn)生的三倍體無籽西瓜的細(xì)胞質(zhì)基因是由四倍體母本提供的;而反之則產(chǎn)生的三倍體無籽西瓜的細(xì)胞質(zhì)基因來自二倍體的母本。然而四倍體西瓜與二倍體西瓜本身就是兩個(gè)物種,它們之間的基因和相關(guān)的性狀等都存在一定差異。理論上這兩種方式產(chǎn)生的三倍體無籽西瓜存在差異。因此種皮發(fā)育完全時(shí)胚尚未發(fā)育完全,等胚最終發(fā)育完全時(shí),種皮已發(fā)育過度,此時(shí)種皮增厚、硬化,播種時(shí)形成的三倍體種子難以突破種皮萌發(fā)。

    其次,反交產(chǎn)生的果實(shí)小,含糖量低。眾所周知,植物的果實(shí)是由果皮和種子構(gòu)成。而我們實(shí)用的西瓜是它的果皮部分。正交得到的三倍體無籽西瓜由于果肉細(xì)胞(即果皮)是四倍體的,因此構(gòu)成的果實(shí)比較大、味道甜美。而反交得到的三倍體無籽西瓜果皮細(xì)胞是二倍體的,果實(shí)相對比較小、含糖量也較低。因此從實(shí)際出發(fā),通常以二倍體作父本提供花粉,四倍體作母本接受花粉。

    再次,四倍體花粉活力低于二倍體花粉活力。植物的花粉活力及柱頭可受性主要是由遺傳基因決定。由于染色體倍數(shù)增加,導(dǎo)致花粉在發(fā)育過程中均有有性生殖細(xì)胞退化現(xiàn)象出現(xiàn),四倍體花粉活力差。而且從發(fā)育時(shí)間來看,比二倍體花粉發(fā)育晚2~3個(gè)階段,導(dǎo)致花粉在柱頭上萌發(fā)也比較晚,花粉管生長緩慢,最終影響受精和結(jié)實(shí)率。因此,通過選擇減數(shù)正常的材料,可以提高花粉育性,從而提高其結(jié)實(shí)率。

    最后,基因組劑量的改變會影響到胚乳細(xì)胞周期進(jìn)程及分化。由于父母本貢獻(xiàn)染色體數(shù)的不同,正反交后種子特別是胚乳的發(fā)育往往呈現(xiàn)出不同的表型。二倍體自交胚與胚乳的基因組劑量之比為1∶2,正交1∶4,反交2∶2,最終可能導(dǎo)致胚乳異常。胚乳對整個(gè)胚的發(fā)育提供營養(yǎng)物質(zhì),特別是對胚的早期發(fā)育尤為重要。相關(guān)研究還發(fā)現(xiàn)胚乳可能是引發(fā)被子植物倍性雜交后種子不育的主要原因。反交過程往往會出現(xiàn)胚乳過早異常退化解體,失去胚乳的營養(yǎng)供應(yīng)也就破壞了幼胚的生存環(huán)境導(dǎo)致胚胎發(fā)育受阻。

    第二,反交的利用價(jià)值。

    通過以上分析,可以總結(jié)出反交在一些宏觀和微觀方面較正交有著明顯的劣勢,但并不是說反交沒有利用價(jià)值。首先從正反交各階段發(fā)育時(shí)間比較中可清晰看出反交產(chǎn)生的合子較正交休眠期短,分裂速度較快。因此反交比正交更能節(jié)省育種和制種環(huán)節(jié),易座果,若親本選擇和配合恰當(dāng),也可生產(chǎn)反交無籽西瓜。其次,三倍體的種子產(chǎn)量很大程度上取決于親本選配,誘變培育結(jié)實(shí)率和花粉質(zhì)量高的四倍體也可能提高反交結(jié)實(shí)率,生產(chǎn)大量反交三倍體種子而被利用。

    二 教學(xué)啟示

    在以往的教學(xué)中僅是查閱資料只是顯示反交的結(jié)果不理想,有種皮,而對具體的原因并沒有深究,其實(shí)這是一個(gè)很好的探究教學(xué)內(nèi)容,既可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,也可以拓展學(xué)生對染色體變異方面的相關(guān)知識。今后在教學(xué)中對于學(xué)生不能完全把握的知識,一方面教師要不斷加強(qiáng)課后學(xué)習(xí)研究;另一方面也可以發(fā)動(dòng)學(xué)生,培養(yǎng)學(xué)生的探究能力。

    參考文獻(xiàn)

    [1]崔貴梅、王果萍、謝興剛等.西瓜三倍體育種中的反交研究與利用[J].2008年園藝植物染色體倍性操作與遺傳改良學(xué)術(shù)研討會議論文摘要集,2008:38

    [2]岑東照、李曉云.關(guān)于三倍體無籽西瓜培育過程中的問題[J].生物學(xué)教學(xué),2008(6)

    [3]朱曉煒.2N與4N水稻雜交后胚乳發(fā)育觀察及相關(guān)基因的表達(dá)分析[D].四川農(nóng)業(yè)大學(xué),2011

    〔責(zé)任編輯:林勁〕

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