无籽西瓜种子引发研究进展
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一、实验目的1. 了解无籽西瓜的培育原理和方法。
2. 掌握无籽西瓜的种植技术。
3. 通过实验,提高学生对农业科学实验的兴趣和动手能力。
二、实验原理无籽西瓜的培育主要是通过杂交育种的方法,将具有三倍体特性的西瓜与二倍体西瓜杂交,产生具有三倍体特性的种子,进而培育出无籽西瓜。
无籽西瓜的特点是果实成熟后,果肉中不含种子,口感好,便于食用。
三、实验材料1. 无籽西瓜种子(二倍体和三倍体)2. 西瓜种植土壤3. 水壶、锄头、喷雾器等种植工具4. 温度计、湿度计等气象设备5. 实验记录本、实验报告四、实验步骤1. 种子准备(1)将二倍体西瓜种子和三倍体西瓜种子分别浸泡在温水中,时间为12小时。
(2)将浸泡好的种子晾干,准备播种。
2. 土壤准备(1)将种植土壤过筛,去除杂质。
(2)将过筛后的土壤均匀铺在种植床表面。
(3)将土壤压实,确保土壤均匀。
3. 播种(1)将浸泡好的二倍体西瓜种子和三倍体西瓜种子按照一定比例混合,均匀撒在土壤表面。
(2)用锄头轻轻翻动土壤,使种子与土壤充分接触。
(3)覆盖一层薄薄的土壤,确保种子不会被风吹走。
4. 浇水与施肥(1)在播种后3天内,每天浇一次水,保持土壤湿润。
(2)在西瓜生长过程中,每隔10天施一次肥,施肥量为每平方米10克。
(3)注意施肥时不要将肥料直接撒在西瓜叶片上,以免烧伤叶片。
5. 管理与观察(1)定期观察西瓜生长情况,发现病虫害及时采取措施。
(2)在西瓜生长过程中,适时进行整枝、摘心等操作,以保证西瓜的优质生长。
(3)记录西瓜的生长过程,包括生长速度、叶片颜色、果实形状等。
6. 收获与鉴定(1)当西瓜果实成熟时,进行收获。
(2)将收获的西瓜进行无籽鉴定,确认无籽西瓜的培育效果。
五、实验结果与分析1. 实验结果通过本次实验,成功培育出无籽西瓜,果实成熟后,果肉中不含种子,口感好,符合实验预期。
2. 实验分析(1)在实验过程中,通过合理搭配二倍体和三倍体西瓜种子,提高了无籽西瓜的培育成功率。
“三倍体无子西瓜”有子现象及其原因探讨首先,生殖隔离是导致“三倍体无子西瓜”现象的一个重要原因之一、在西瓜的自花授粉过程中,需要雄花和雌花同时开放,以便进行传粉受精。
然而,由于气候变化、病虫害及其他环境因素的影响,可能会导致雌花在雄花开放前后或不同时间开放,从而无法进行有效的授粉受精。
如果没有受精发生,就不会形成种子,最终导致“三倍体无子西瓜”的现象出现。
其次,染色体数量异常也是造成“三倍体无子西瓜”现象的一个重要原因。
通常情况下,西瓜植株的染色体数量是为2倍体,但是在一定的条件下,可能会发生染色体数量异常,形成3倍体的植株。
3倍体植株因为染色体数量的增加,各个组织细胞的细胞核也会相应地增大,从而促进了果实的膨大和生长。
然而,由于雌雄花发育受到染色体数量的影响,可能导致受精困难或无法受精,从而无法形成种子,即“三倍体无子西瓜”。
此外,遗传因素也可能是导致“三倍体无子西瓜”现象的原因之一、在西瓜的育种过程中,人们常常通过杂交选育的方法来获得优秀的品种。
如果不同品种之间的遗传背景较为不同,可能会导致不兼容性,从而影响受精过程。
这种遗传背景不同所导致的不兼容性可能会造成雌雄花发育不协调,进而导致受精困难或无法受精,最终导致“三倍体无子西瓜”的现象发生。
综合上述分析,造成“三倍体无子西瓜”现象的原因主要包括生殖隔离、染色体数量异常以及遗传因素等多个方面。
针对这些原因,我们可以通过改善生殖隔离条件、优化授粉受精环境、筛选染色体数量正常的品种以及通过杂交育种选择配合性强的亲本等措施来减少或规避“三倍体无子西瓜”现象的发生。
这样可以提高西瓜的产量和品质,促进西瓜产业的可持续发展。
收稿日期:2003-01-15基金项目:浙江省农业科学院博士科研启动经费资助。
作者简介:陈俊伟(1965-),男,浙江永康人,从事果树生理与生物技术研究。
浙江农业学报Acta Agriculturae Zhejiangensis 15(6):365~371,2003 遗传工程无籽果实原理及其研究进展陈俊伟,谢 鸣,吴 江 (浙江省农业科学院园艺研究所,浙江杭州310021)摘 要:无籽是一个优良的果实性状。
用杂交、芽变、化学或物理因子诱变、三倍体育种等传统途径选育无籽果实品种,具有选育周期长,且极少与优良性状连锁的缺点。
应用植物生长调节剂处理也可诱导无籽果实,但使用技术难以掌握并受气候制约,还会带来食物安全问题。
采用遗传工程技术将调控无籽形成的激素代谢与信号转导基因、花器官发育基因及细胞毒素基因转入有籽的优良品种中,可创造出优质无籽新品种。
关键词:无籽果实;单性结实;遗传工程中图分类号:S603.2 文献标识码:A文章编号:1004-1524(2003)06-0365-07The principle of breeding of seedless fruit by genetic engineering and its study advance :CHE N Jun 2wei ,XIE Ming ,W U Jiang (Institute o f Horticulture ,Zhejiang Academy o f Agricultural Sciences ,Hangzhou 310021,China )Abstract :Seedlessness is a desirable trait in fruits.T raditional seedless fruit varieties were obtained by hy 2bridization ,bud mutation ,chemical and physical factor mutation and triploid methods.But the drawbacks of these methods are a long period for selection of a new variety and the seedlessness seldom link to the trait of g ood quality.Seedless fruits have als o been induced by application of plant growth regulators ;however ,this method is technically difficult and is affected by weather.The seedless fruits produced by the regulators are not safety.The seedless genes ,i.e.regulate the metabolism and signal transduction of plant endogenous horm one or floral organ development or a cytotoxic gene ,are introduced into high quality seedy varieties by genetic engi 2neering.A fter these genes expression under the direct of ovary specific prom oter in the fruit ,the high quality seedless varieties are ing the new strategy ,the high quality seedless fruits of tomato have been suc 2cess fully obtained.The new approach of transgene for seedless fruit production will become an important path 2way of breeding seedless variety.K ey w ords :seedless fruit ;parthenocarpy ;genetic engineering 无籽果实通常是指果实没有种子、只有少量败育种子或种子数量比正常品种少的果实。
无籽水果研究报告无籽西瓜虽然已被培育了上千年,植物科学家却仍不能确定无籽水果种子消失的原因。
直到有一天,西班牙的一位番荔枝种植商发现了一个奇怪无籽番荔枝,并将它提供给植物学家进行研究。
研究者表示找到了控制水果无籽的基因变异。
激素的力量在植物体内,对促进植物果实发育影响最大的激素有两类:生长素和赤霉素。
生长素是由生物体内20种氨基酸之一的色氨酸,经一系列酶促反应生成的,它对于植物体有着至关重要的作用。
从种子的萌发、芽的伸长到植物形态的建立,都离不开生长素的参与。
再来说说赤霉素。
赤霉素名字中的“赤霉”二字,指的是它最初被发现的来源——赤霉菌。
在20世纪30年代,日本科学家发现,水稻有时候会被赤霉菌感染,结果就是受到感染的植株长得相当高。
通过提取、研究赤霉菌的分泌物,人们发现分泌物中含有能够促使水稻节间细胞快速分裂和伸长的物质。
后来经过不断的分离和纯化,后人发现这种物质其实是一大类结构类似、具有相同生理功能的物质,并将这类物质统称为赤霉素。
随后的研究也显示,植物自身也能产生赤霉素,来对自身的生理过程进行调节。
这里顺便说一句,推动农业“绿色革命”的矮杆水稻,其本质就是赤霉素合成途径上的一个关键基因的突变,使得赤霉素合成障碍而形成的。
看到这里,也许聪明的读者已经看出端倪了。
生长素和赤霉素,都能促进植物细胞的分裂的生长,而果实的发育,其本质就是子房壁细胞的分裂和生长。
所有被子植物发育中的种子都能够大量合成生长素及赤霉素,使得果实进行发育。
那么在种子不发育的情况下,想办法为果实提供足够的激素,我们就能够获得无籽水果了。
无籽水果的诞生想要实现种子在不发育的同时为果实提供足够的激素来促进果实发育,有如下的几个方法:1、为果实施用一定浓度的植物激素,抑制种子发育的同时促进果实发育;2、通过杂交手段,使得种子不能正常发育,同时给与一定刺激,使果实自身可以产生足够其发育的植物激素;3、通过寻找植物自身产生的种子不育但能够自身产生植物激素的突变个体,来生产无籽水果。
文件编号:1003-7586(2019)02-0003-02“三倍体无子西瓜”有子现象及其原因探讨钟贵文(江西省赣州中学江西赣州341000)摘要结合高中生物教材内容,对三倍体无子西瓜有子现象进行了探究,对现象背后的原因,分着色有胚种子、着色秋子和白色种子三方面进行了分析。
关键词三倍体无子西瓜有子现象中图分类号Q-49文献标志码E人教版高中生物《必修2•遗传与进化》中第89页提到,四倍体西瓜(4n=44)作母本,二倍体(2,1=22)普通西瓜作父本,进行杂交,能在四倍体植株上结出三倍体西瓜种子(3n=33)。
将三倍体西瓜种子种植,植株成熟后,生殖器官中的砲子母细胞进行减数分裂,同源染色体联会紊乱,通常不能形成配子。
用二倍体西瓜花粉授粉,三倍体西瓜的子房能够发育成果实,子房内因没有形成受精卵,没有对应的种子,理论上能结出无子西瓜。
现实生活中,三倍体西瓜果实常常岀现种子,这是为什么?1着色有胚种子及其原因分析三倍体无子西瓜果实中,出现少数几粒真正的种子,种子饱满,种皮着色,内部有胚,若种植,可育。
产生这种现象的原因是什么呢?三倍体西瓜植株的性母细胞在减数分裂过程中,有22条染色体可正常联会并形成11个四分体,每个四分体的两条同源染色体平分到两个子细胞中,另11条没有配对的染色体随机移向两个子细胞。
随机分配的方式多种:11条染色体全部进入一个子细胞,另一个子细胞中无;10条染色体进入一个子细胞,另一个子细胞中有1条染色体;9条染色体进入一个子细胞,另一个子细胞中有2条染色体……在上述各种情况中,除11条染色体全部进入一个子细胞外,其他情况都会使子细胞没有整倍数的染色体,最终形成的配子生活力低下,不能受精,不能形成受精卵,不产生胚。
而11条染色体进入一个子细胞,形成的配子染色体数11或22,染色体是整倍数,形成这种配子的概率很低。
一旦形成,这样的配子有正常生活能力,可形成受精卵,受精卵发育成胚的过程中,自身能产生生长素,促进胚珠的发育,形成完整种子,这就是无子西瓜中有少量着色真正种子的原因。
三倍体无籽西瓜原理
三倍体无籽西瓜原理是现代西瓜育种学的一种利用原理,它的主要原理是利用多倍体系统对西瓜的育种技术。
基本原理是使用三个不同染色体组合的三倍体,形成一种西瓜无籽体,从而确保西瓜无籽生产,这种技术在西瓜育种学中具有重要的意义,因为使用这种技术可以更好地控制无籽西瓜的产量和质量。
三倍体无籽西瓜育种技术,首先要通过同型对立之试验,确定西瓜新品种的三倍体并鉴定出单倍体。
然后配种时选择特定的几个交配单倍体,使其形成特定的三倍体,从而达到无籽西瓜的生产目的。
种子增殖期间,通过根柢植物的染色体比较,查明它的三倍体染色体完整性,来决定该西瓜的籽粒性状,以及它的遗传特性。
在西瓜育种过程中,三倍体无籽西瓜原理因其在育种技术上的实用性和理论性,而不但得到了大量应用,也受到了广大农民和西瓜种植者们的认可。
通过利用三倍体无籽西瓜原理,不仅可以迅速提高西瓜的品质,而且可以使西瓜种植技术得到大幅提升。
另外,这种技术还可以保证无籽西瓜的高品质,满足人们对无籽西瓜的需求。
无籽西瓜种子引发研究进展作者:李涵王志伟童龙闵子扬孙小武成娟来源:《中国瓜菜》2014年第04期摘要:三倍体无籽西瓜具有多倍体优势和杂种优势,其突出特点是无籽、抗病性强、耐贮运性好、可溶性固形物含量较高,但是“三低问题”限制了其发展。
种子引发处理作为一种可以提高种子品质、改善萌发特性的技术,近年来在无籽西瓜种子加工处理方面得到广泛应用。
根据有关文献,主要从引起无籽西瓜种子萌发的障碍、种子引发处理方法在无籽西瓜种子上的应用及其效果、以及影响引发效果的因素等方面进行了综述,并对种子引发技术在无籽西瓜上的应用前景进行了展望。
关键词:无籽西瓜;萌发障碍;种子引发Abstract: In addition to polyploidy and heterosis,triploid watermelon has advantages of high sugar content,good eating quality,high and stable yield,good disease resistance and stress tolerance,and good performance in storage and transportation. However,triploid watermelon has so called“three low”problems,low seed yield,low germination and low seedling establishment rate. The seed priming technologies have been used for triploid watermelon seed to improve seed quality in recent years,at commercial level in some countries. We review the barriers of triploid watermelons,the priming technologies and their application to triploid watermelon seeds. We also provide our view of this technology in the future in this article.Key words: Seedless watermelon; Germinating barrier of triploid; Seed priming无籽西瓜[Citrullus lanatus(Thunb.) Matsum. & Nakai]具有多倍体优势和杂种优势,其突出特点是无籽、抗病性强、耐贮运性好、可溶性固形物含量较高,以品质优、经济价值高而成为西瓜中的精品[1]。
近年来,无籽西瓜品种在西瓜品种中所占的比例一直处于上升趋势[2-4],但三倍体无籽西瓜的“三低”问题(种子产量低、发芽率低、成苗率低)严重制约了无籽西瓜生产的发展[5]。
目前,生产上常采用人工“破壳”方法来提高种子的萌发率[6-7],但这种方式容易损害种胚,而且费时、费工,不能满足现代农业规模化、专业化生产的需要。
许多研究表明,引发处理可以显著提高种子发芽速度和发芽整齐度,还能使种子克服逆境和自身结构等原因引起的萌发障碍[8-10]。
本文根据有关文献从无籽西瓜种子萌发障碍、种子引发方法在无籽西瓜上的应用及其效果,影响种子引发效果的因素进行了综述,并对引发技术在无籽西瓜的应用前景进行了展望。
1 无籽西瓜种子萌发影响因素1.1 种皮的机械阻力无籽西瓜种子的外形与四倍体近似,具有四倍体种子的厚硬种壳,木栓化程度高,尤其是在喙部特别肥厚,种子肥大,种脐部加宽,这种机械阻碍成为影响其种子发芽的主要限制因素[11]。
Grange等[12]研究发现三倍体无籽西瓜的种皮和种皮与种胚之间的种腔可能是限制三倍体发芽的主要因素之一,并认为坚硬的中种皮是三倍体种子萌发的主要障碍。
郑晓鹰等[8]用软-X射线对无籽西瓜种子和胚结构的研究结果表明无籽西瓜的萌发障碍主要与种皮有关。
戴思慧等[13-14]通过对无籽西瓜种皮进行电镜超微结构的分析,结果发现三倍体西瓜种子种壳比二倍体西瓜种子种壳厚近200 μm。
三倍体西瓜种子的中种皮和内种皮平均厚度分别约为二倍体西瓜种子的2倍和10倍,三倍体西瓜种子中种皮中存在1个独特的细胞排列非常致密的硬化组织,内种皮木质化。
在种子吸胀萌发过程中,三倍体西瓜种子的中种皮和内种皮在一定程度上均阻碍了种胚与外界的气体交换,影响种子的萌发。
1.2 种胚发育不完全无籽西瓜种胚的特点是小而畸形且不充实,大部分种胚发育不良或者发育不完全,种仁质量与种子质量的比率比二倍体及四倍体都小,胚质量仅占种子质量的38.5%~41.6%,而二倍体和四倍体种子的胚质量分别占种子质量的52.1%~57.3%和41.7%~45.8%;三倍体种子的种胚体积只占种壳内腔的60%~70%,这是造成三倍体种子发芽困难和幼苗生长缓慢的主要原因。
Grange等[15-16]的研究结果表明,三倍体西瓜品种的种胚质量为29.8~28.8 mg,明显低于二倍体…Charleston Grey‟的46.1 mg,同一个三倍体品种的发芽率高低与种胚质量呈正相关,种胚质量偏低一般与种子中营养贮藏物质积累不足有关,从而降低了种子发芽率,但不同的三倍体品种,其发芽率与种胚质量不完全成正比。
Wang 等[17]有关三倍体种子中贮藏物质与萌芽率之间关系的研究表明,三倍体西瓜种胚中淀粉含量远远低于二倍体,仅为14%~27%,而二倍体种子却高达46%,淀粉含量与萌芽率呈现一定的相关性。
徐玉波等[18]的研究表明,…黑蜜2号‟无籽西瓜的种子中存在6.7%严重发育不良胚,10.0% 大小胚,其中有5%大小胚和严重发育不良胚不能发芽。
1.3 无籽西瓜种子生理生化特性有些学者研究发现无籽西瓜种子萌发困难可能与种子萌发代谢途径和种子内源酶活性有关。
过氧化物酶活性的增加表明种子内代谢途径由EMP/TCA转向PPP途径,种子休眠开始解除,种子开始萌动[19]。
黄智[20]认为三倍体种子各部位过氧化物酶活性和G-6-PDH和6-D-GDH联合活性均比二倍体种子低,戴思慧等[21]的研究表明无籽西瓜种子萌发过程中磷酸戊糖代谢途径的G-6-PDH和6-P-GDH 2个关键性酶联合活性随着萌发过程的进行,在36 h种子的各个部位出现高峰值,然后下降,这恰好与种子的萌发裂口时间吻合,而且种胚中G-6-PDH 和6-P-GDH联合活性大小决定其萌动的开始,这充分说明无籽西瓜种子的萌发与磷酸戊糖代谢途径密切相关。
张龑[22]有关三倍体无籽西瓜种子萌发机理以及促进萌发的研究表明,无籽西瓜种子内源细胞壁酶的活性比有籽西瓜明显偏低,这也许是无籽西瓜萌发率偏低的因素之一。
郑晓鹰[23]在研究种子内源β-半乳甘露聚糖酶在种子萌发过程中的分布、作用及其与萌发速度的关系后认为,β-半乳甘露聚糖酶活性是引起种子萌发的因素之一。
2 种子引发在无籽西瓜上的应用及其效果种子引发处理[24-26]又称为“渗透调节”,是一种先进的种子处理技术,主要操作是将种子以一定速度吸入一定量的水分,并且在特定时期终止吸水,再将种子逐步回干至或接近处理前的水分水平。
通过处理,种子内部进行了发芽过程的部分生理生化代谢,但是胚根不能伸出种皮,通过这种吸水处理提高种子品质,改善萌发特性,通俗的说法是“缓慢吸水,逐步干燥”。
2.1 种子引发在无籽西瓜上的应用现阶段无籽西瓜常用的引发方法有固体基质引发、液体引发和水引发等[27]。
2.1.1 固体基质引发固体基质引发即利用固体载体为基质进行引发[28-29]。
这种方法是将要处理的种子、预先定量的固体基质材料和定量的水混合,且使溶液达到稳定状态,而后将混合液放置在能使空气进入,且能减少蒸发损耗的容器内,在一定温度下使种子处理一定时间,使种子从基质中充分吸收水分但未萌发,达到水分含量均衡,最终使植物活力增强(例如改善了发芽特性,促进生长及提高产量等)。
顾桂兰等[30]用珍珠岩作为引发基质处理…津蜜3号‟、…津蜜2号‟、…津蜜1号‟无籽西瓜品种,研究了不同含水量、引发温度和引发时间的效果,得到的结论是珍珠岩含水量60%,引发温度20 ℃,引发时间36~48 h的效果最好,种子活力显著提高。
另外,珍珠岩引发可提高三倍体西瓜胚根内保护酶的活性(POD、CAT、SOD),降低MDA的含量,为三倍体西瓜种子的萌发提供了生理基础[30]。
吴萍等[25]以蛭石为基质对无籽西瓜种子进行引发处理的研究表明,引发处理能提高三倍体西瓜种子的萌发率,出苗速度和幼苗特性,使幼苗质量得到提高,增加了胚轴长度,经过处理的种子保存一年后种子活力未发生明显变化,引发效果得到保持。
引发处理的效果与种子自身及处理条件相关,处理后的干燥速度对引发效果影响极大,过快、过慢都会降低引发效果。
2.1.2 液体引发液体引发是以溶质为引发剂,将种子置于溶液湿润的滤纸上或浸于溶液中,通过控制溶液的水势来调节种子吸水量。
常用的引发剂包括无机盐类如硝酸钾、磷酸钾、硝酸钙、氯化钠、氯化镁、氯化钙等小分子化合物,或聚乙二醇(PEG)、交联型丙烯酸钠(SPP)、聚乙烯醇(PVA)等大分子化合物[31]。
吴凌云等[32]分别用1% 硝酸钾和蛭石在15 ℃和20 ℃ 2种温度下引发2种无籽西瓜种子,结果发现,在15 ℃低温条件下,硝酸钾引发处理效果最好,而在20 ℃条件下,两种引发处理效果相同,均能显著提高西瓜种子的活力。
卢荔等[33]用不同水势的PEG-6000溶液对…黑牛‟无籽西瓜种子进行不同时间的引发,发现用PEG-6000溶液引发3 h,种子活性最高,其发芽率、发芽势、发芽指数和活力指数较6、9、12 h处理增高明显。
2.1.3 水引发水引发是在控制给水或直接浸水条件下,使种子定量吸水,从而达到促进萌发但胚根未突破种皮的播种前种子处理技术。
黄如葵[9]采用水引发技术对…金王子1号‟及…广西5号‟三倍体西瓜种子进行处理后发现在吸水过程中种子的发芽性能得到改善,在脱水过程中不同品种对适宜脱水条件要求不同,另外还发现水引发增强了2个品种的贮藏性能以及抗衰老能力。
2.2 无籽西瓜种子引发的效果种子引发效果主要表现在以下几个方面:提高种子萌发速度和出苗整齐度;克服环境等不良条件造成的种子萌发障碍,提高种子发芽率和出苗率;克服由于种子自身结构等引起的萌发障碍,提高发芽率和发芽速度;提高未成熟种子和老化种子的活力;提高种子抵抗苗期特殊病害能力,提高成苗率和产量;同时还对细菌性病害有一定的抑制作用[35]。