備課素材：“三倍體無(wú)子西瓜”真無(wú)子嗎-高一下學(xué)期生物人教版必修2

“三倍體無(wú)子西瓜”真無(wú)子嗎？高中生物學(xué)《必修2·遺傳與進(jìn)化》提到，四倍體西瓜（4n=44）作母本，二倍體（2n=22）普通西瓜作父本，進(jìn)行雜交，能在四倍體植株上結(jié)出三倍體西瓜種子（3n=33）。將三倍體西瓜種子種植，植株成熟后，生殖器官中的孢子母細(xì)胞進(jìn)行減數(shù)分裂，同源染色體聯(lián)會(huì)紊亂，通常不能形成配子。用二倍體西瓜花粉授粉，三倍體西瓜的子房能夠發(fā)育成果實(shí)，子房?jī)?nèi)因沒(méi)有形成受精卵，沒(méi)有對(duì)應(yīng)的種子，理論上能結(jié)出無(wú)子西瓜。那么，三倍體西瓜真的無(wú)子嗎？三倍體無(wú)子西瓜果實(shí)中，出現(xiàn)少數(shù)幾粒真正的種子，種子飽滿，種皮著色，內(nèi)部有胚，若種植，可育。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因是什么呢？三倍體西瓜植株的性母細(xì)胞在減數(shù)分裂過(guò)程中，有22條染色體可正常聯(lián)會(huì)并形成11個(gè)四分體，每個(gè)四分體的兩條同源染色體平分到兩個(gè)子細(xì)胞中，另11條沒(méi)有配對(duì)的染色體隨機(jī)移向兩個(gè)子細(xì)胞。隨機(jī)分配的方式多種：11條染色體全部進(jìn)入一個(gè)子細(xì)胞，另一個(gè)子細(xì)胞中無(wú)；10條染色體進(jìn)入一個(gè)子細(xì)胞，另一個(gè)子細(xì)胞中有1條染色體；9條染色體進(jìn)入一個(gè)子細(xì)胞，另一個(gè)子細(xì)胞中有2條染色體……在上述各種情況中，除11條染色體全部進(jìn)入一個(gè)子細(xì)胞外，其他情況都會(huì)使子細(xì)胞沒(méi)有整倍數(shù)的染色體，最終形成的配子生活力低下，不能受精，不能形成受精卵，不產(chǎn)生胚。而11條染色體進(jìn)入一個(gè)子細(xì)胞，形成的配子染色體數(shù)11或22，染色體是整倍數(shù)，形成這種配子的概率很低。一旦形成，這樣的配子有正常生活能力，可形成受精卵，受精卵發(fā)育成胚的過(guò)程中，自身能產(chǎn)生生長(zhǎng)素，促進(jìn)胚珠的發(fā)育，形成完整種子，這就是無(wú)子西瓜中有少量著色真正種子的原因。形成這樣的著色硬粒種子概率很低，究竟是多少？三倍體西瓜減數(shù)分裂時(shí)，形成只含11條染色體（即1n）配子概率為1/211，設(shè)此種配子為A型配子，它可以是雄配子，也可以是雌配子；形成含有22條染色體（即2n）配子概率亦為1/211，設(shè)此種配子為B型配子，它可以是雄配子，也可以是雌配子。受精時(shí)，A型雄配子和A型雌配子結(jié)合的概率為1/222，種子胚為2n；A型雄配子和B型雌配子結(jié)合的概率為1/222，種子胚為3n；B型雄配子和A型雌配子結(jié)合的概率為1/222，種子胚為3n；B型雄配子和B型雌配子結(jié)合的概率為1/222，種子胚為4n，4種情況總共可形成種子的量為1/220，可見(jiàn)，果實(shí)中著色真正種子不多。三倍體西瓜所出現(xiàn)的種子是“著色秕子”，即種子有種皮，種皮有顏色，內(nèi)部沒(méi)有胚，或胚不完整，不育。人們把這樣的種子稱為“假種子”或“空種子”。這種現(xiàn)象是什么原因造成的？著色秕子的形成的可能原因有以下兩種：（1）用二倍體花粉給三倍體西瓜授粉，花粉在三倍體西瓜的雌蕊柱頭上萌發(fā)過(guò)程中，把自身所含的少量生長(zhǎng)素帶入子房，同時(shí)，花粉含有色氨酸轉(zhuǎn)變?yōu)檫胚嵋宜岬拿赶?，這些酶系到三倍體西瓜的子房中，引起子房合成生長(zhǎng)素并作用于種皮，使之發(fā)育、變硬、著色。（2）三倍體西瓜在減數(shù)分裂后形成不正常的配子參與受精。受精后，雖然受精卵內(nèi)染色體數(shù)目不正常，但受精卵初期還能進(jìn)行一些生理活動(dòng)，產(chǎn)生生長(zhǎng)素，促進(jìn)珠被發(fā)育成種皮。但是，受精卵后期細(xì)胞分裂等生理活動(dòng)受到干擾，最終受精卵發(fā)生敗育死亡，結(jié)果只剩下前期發(fā)育成的外層種皮，形成著色秕子。在生產(chǎn)上，這種“敗育種子”出現(xiàn)的多少、有無(wú)、著色深淺等現(xiàn)象，與所用的二倍體不同品種的花粉有關(guān)，具體說(shuō)來(lái)，與不同二倍體花粉對(duì)三倍體西瓜親和力強(qiáng)弱有關(guān)。另外，秕子顏色的深淺受低溫、磷肥的施用量等外界環(huán)境因素影響。種子在生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中，當(dāng)氣溫適宜、光照充足時(shí)，有利于種皮的著色，形成著色秕子的時(shí)間長(zhǎng)，秕子大，顏色深；反之，氣溫偏低，雨水較多，光照不足，不利于種皮著色，形成著色秕子的時(shí)間短，秕子小，顏色淺。著色秕子的形成也與營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)有關(guān)，如礦質(zhì)元素磷能促進(jìn)生長(zhǎng)發(fā)育，當(dāng)磷肥施用過(guò)多，產(chǎn)生的秕子多，秕子的顏色深。三倍體西瓜中出現(xiàn)白子。那又是什么原因呢？一年中種瓜時(shí)間早，或者在大棚內(nèi)種瓜，由于受季節(jié)、環(huán)境等因素的影響，傳粉昆蟲(chóng)很少或者沒(méi)有，雌花不能授粉，或者授粉不充分。這種情況下，三倍體西瓜缺乏必要的花粉刺激，胚珠只能早期短暫發(fā)育，沒(méi)有達(dá)到著色時(shí)間就停止了發(fā)育，無(wú)法完成完整的發(fā)育過(guò)程，結(jié)果，胚珠偏小，變成“白子”。瓜農(nóng)為了西瓜早日上市，在果實(shí)沒(méi)有成熟時(shí)，施用促進(jìn)果實(shí)成熟的植物激素，結(jié)果，促進(jìn)果實(shí)成熟的激素偏多，促進(jìn)生長(zhǎng)發(fā)育的激素偏少，導(dǎo)致生長(zhǎng)發(fā)育的時(shí)間短，果實(shí)成熟加快，胚珠不能完成完整的發(fā)育過(guò)程，造成了人們所看到的“白子西瓜”。例、三倍體植株上所結(jié)的無(wú)籽西瓜并非絕對(duì)無(wú)籽，有時(shí)也會(huì)出現(xiàn)極少數(shù)的種子，那么這種種子發(fā)育成的植株可能是

A.二倍體B.三倍體C.四倍體D.二、三、四倍體都有可能答案：D解析：三倍體無(wú)籽西瓜在減數(shù)分裂過(guò)程中，由于細(xì)胞中存在三條相同的同源染色體，因此在減數(shù)第一次分裂的聯(lián)會(huì)時(shí)期，常常發(fā)生聯(lián)會(huì)紊亂，導(dǎo)致不能產(chǎn)生正常的生殖細(xì)胞，因此我們說(shuō)三倍體無(wú)籽西瓜是無(wú)子的。但也會(huì)出現(xiàn)減數(shù)分裂過(guò)程中，兩組