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1、. .无籽西瓜培育过程中的问题探讨三倍体无籽西瓜没有种子,那么他生长需要的生长素是哪里得来的呢？三倍体无籽西瓜发育生长素的来源问题新教材上册讲到生长素促进果实发育时说：发育着的种子能够产生大量生长素,在生长素的作用下,子房发育成果实。而下册教材讲三倍体时又言：三倍体开花时,授以二倍体成熟花粉,能刺激子房发育成为果实西瓜,因为胚珠并不发育成种子,所以这种西瓜叫无子西瓜。那么问题就出来了：没有胚珠,不形成种子,也就不产生大量生长素,那三倍体子房如何发育？其实,问题的关键在于所受的二倍体的花粉起了作用。我们知道,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
2、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！必须搞清楚的几个问题：关于两次传粉：第一次传粉是杂交得到三倍体种子,第二次传粉是为了刺激子房发育成果实。为何不以二倍体西瓜为母体？如果以二倍体西瓜作为母体,四倍体西瓜作父本,也能得到三倍体种子,但这种三倍体种子结的西瓜,因珠被发育成厚硬的种皮,达不到无籽的目的。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
3、幼苗或萌发的种子。因为萌发的种子、幼苗具有分生能力,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。秋水仙素处理后,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数仍为二倍体。四倍体植株上结四倍体西瓜,四倍体西瓜结的种子为三倍体,其种皮为四倍体。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2 1,胚乳由受精极核发育来有五个染色体组例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、
4、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解析第一年,二倍体西瓜植株幼苗期用秋水仙素加倍,成为四倍体西瓜,作母本,普通二倍体西瓜作父本,二倍体西瓜植株体细胞中染色体组为2个,四倍体西瓜体细胞染色体组为4个；二倍体西瓜植株开花,其花粉粒中精子的染色体数目和染色体组都减半,为1个染色体组；四倍体为母本,其卵细胞和极核都是经减数分裂形成,染色体组一样都为2个。所以,精子与卵细胞结合形成的受精卵的染色体组为3个,将来发育形成种子的胚；一个精子与两个极核2+2结合形成受精极核,将来发育成胚乳,其染色体组为5个染色体组。A正确
5、。 第一年,结的西瓜,其种皮由母本四倍体植株的组织细胞发育形成,染色体组与母本一样为4个染色体组,胚染色体组为3个,胚乳的染色体组为5个,染色体组数不同,但种皮不是当年杂交的结果,C错。 第二年。将第一年得到的三倍体种子种植,得到三倍体西瓜植株,体细胞中的染色体组为3个,由于其全部为西瓜的染色体,即同源三倍体,互为同源染色体的数目为3,B错。 第二年的植株中用三倍体做母本,授以二倍体的花粉,并不能完成受精作用,只是刺激子房壁发育成果实即无籽西瓜。以为三倍体植株有三个染色体组,联会时发生紊乱,不能形成有效的配子即卵细胞,D错。故本题选A。例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
6、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A4、2、2、4B4、4、3、5C3、3、3、4D4、4、3、6是选B,果皮由子房壁发育而来,所以与母本用秋水仙素处理过的西瓜一样,染色体组数为4 种皮由珠被发育而来,所以也与母本一样为4 胚芽是受精卵分化而来,则为卵细胞与精子组数之和为2+1=3 胚乳细胞是由一个精子与两个极合结合发育而来,所以为2+2+1=5。例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
7、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,有子如果用4倍体西瓜作为父本,理论上行。到对实验没有帮助。首先应分清母本和父本在遗传试验中的作用及效果。参与杂交的亲本之一。在动植物中是雄性个体或产生雄性生殖细胞的个体。参与杂交的亲本之一。也指不同植株的花进行异花传粉时,接收花粉的植株。我们俗称的果肉其实是果皮的一部分,都是由母本的子房壁发育而来,种皮由母本的珠被发育而来,都与父本无关。种子是由胚珠的各部分发育而成
8、,果实由子房发育而成。所以第一年得到的西瓜应是四倍体西瓜,其中的种子是三倍体的。确切地说,该种子的胚是三倍体的,而种皮则是四倍体的。第二年得到的西瓜才是三倍体西瓜,其无籽确切地说是只有种皮而无胚例4：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
9、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无籽西瓜和无籽番茄两者都为单性结实,因而果实中都无种子。但有三方面不同：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。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。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
10、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。一、获得三倍体西瓜种子时,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？选用4倍体做母本是因为多倍体的花粉的可育性低于两倍体,多倍体做母本2倍体做父本种子产量会高些那还与细胞质的遗传有关,细胞质的遗传是母本遗传,正如：用4倍体做母本以后的西瓜的瓢就多皮很薄的意思咯如果用二倍体西瓜作母本、四倍体西瓜作父本,即进行反交,则会使珠被发育形成的
11、种皮厚硬,从而影响无子西瓜的品质。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的胚珠硬化,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。如果仅从染色体组的角度考虑,无论用二倍体作父本四倍体作母本还是用四倍体作父本用二倍体作母本,杂交得到的子代都是三倍体。但是,三倍体西瓜并非不产生胚珠,而是胚珠中不能正常通过减数分裂产
12、生卵细胞！也就是说,无籽西瓜并非没有种子的所有部分,只是没有种子的胚和胚乳而已,种子的种皮还是有的。我们知道,真核生物除了有核基因外,线粒体、叶绿体中还有细胞核质基因,而后者则几乎全部是来自母本的。也就是说,如果用二倍体作父本四倍体作母本,则三倍体西瓜的细胞质基因来自四倍体；反过来,如果用四倍体作父本二倍体作母本,则三倍体西瓜的细胞质基因来自二倍体。实践证明,细胞质基因来自二倍体的三倍体西瓜,其珠被能正常发育成种皮！这样一来,得到的无籽西瓜在吃的时候,人们的感觉将是完全有籽的！因为,我们之所以不喜欢有籽西瓜,并不是不喜欢它种子中的胚,而是不喜欢它那坚硬的种皮！二、无籽西瓜 三倍体无籽西瓜是根据
13、染色体变异的原理培育而来的。但是,无籽西瓜的发育仍然需要生长素,那么没有种子,生长素从何而来呢?一般来说,生长素在植物体的合成部位是叶原基、嫩叶和发育中的种子,在这些部位,存在着与生长素合成有关的酶系。在多种酶的催化作用下,植物体的色氨酸经过氨基转换、脱羧作用和两个氧化步骤,最终变成生长素吲哚乙酸。在二倍体西瓜的花粉中,除含有少量的生长素外,同样也含有使色氨酸转变成生长素的酶系。当二倍体花粉萌发时,形成的花粉管伸入到三倍体植株的子房并将自身合成生长素的酶体系转移到其中,从而在子房仍能合成大量的生长素,促使子房发育成无籽果实 。三倍体无籽西瓜的发育过程中需要不需要生长素？若需要,生长素从何而来？
14、现行高中生物教材,介绍生长素能促进果实发育的生理作用时,是这样讲的,实验证明,雌蕊受粉以后,在胚珠发育成种子的过程中,发育着的种子里合成了大量的生长素。这些生长素能够促进子房发育成果实。如果雌蕊受粉以后,在子房发育成果实的早期,除去发育着的种子,果实就会由于缺乏生长素而停止发育,甚止引起果实早期脱落。如果在没有受粉的雌蕊柱头上涂上一定浓度的生长素溶液,子房照常发育成果实,但是因为没有经过受精,所以果实里不含有种子。这些实验证明,生长素是果实正常发育所必需的；果实发育过程中所需的生长素通常是由发育着的种子提供的,如果果实里不形成种子,则可以用人工在雌蕊柱头上涂上一定浓度的生长素溶液,子房在生长素
15、的促进作用下仍能发育成果实。由此可见,三倍体无籽西瓜的发育过程中必需要有生长素促进作用方可进行。那么,三倍体无籽西瓜的发育过程中,生长素又从何而来呢？三倍体的西瓜植株,由于在减数分裂的过程中,染色体的联会发生紊乱,因而不能形成正常的生殖细胞,胚株并不发育成种子；在三倍体无籽西瓜的培育过程中,也没有用人工在雌蕊柱头上涂上一定浓度的生长素溶液；虽然在培育过程中使用了秋水仙素,但这与果实的发育无关。原来,三倍体西瓜植株上的雌蕊要用二倍体西瓜的花粉刺激,子房才能发育成果实,从而结合无籽西瓜。这是因为二倍体西瓜父本的花粉中有色氨酸酶系,可以诱导三倍体子房合成生长素即花粉蒙导作用在生长素的作用下,才能结出
16、无籽西瓜。三、一三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。二无籽西瓜出现正常种子的原因：1、三倍体无籽西瓜本身就可产生少量的正常种子。三倍体无籽西瓜主要是雄
17、配子高度不育99.9的雄配子不育造成的,但还有0.1的雄配子是可育的1/2N,所以还有一千零二十四分之一的机会可以形成正常的种子,但为数不多,一般每瓜有1至3粒。2、返祖现象。三倍体无籽西瓜在田间还会产生外观性状同无籽西瓜母本相似的二倍体有籽西瓜,没经验的瓜农是看不出来的,这种现象叫返祖。主要是由于多倍体西瓜在种子形成过程中,细胞染色体分裂不正常引起的。有经验的瓜农可在无籽西瓜育苗期根据其不同的性状进行剔除或在收瓜前将其区分开。3、种子纯度不高。有母本或其他二倍体西瓜种子混入。可在播种时挑种剔除三倍体无籽西瓜的果实里无籽,避免了吃西瓜时吐瓜籽的麻烦。含糖量比普通西瓜提高了10%左右,吃着特别甜
18、。而且产量高,抗逆性强。四、用秋水仙素诱导获得四倍体植株,为什么需在种子萌发或幼苗期进行处理？秋水仙素只有渗透入分生组织正在分裂的细胞后,才能抑制纺锤丝的形成,使复制后的染色体共存于该细胞中,进而经有丝分裂形成染色体相应加倍的细胞组织。在二倍体西瓜种子萌发或幼苗期,组织细胞分裂能力较强,故此时用秋水仙素进行处理最合适。五、三倍体西瓜与二倍体西瓜如何搭配种植才合适？种植三倍体西瓜时,通常间隔种植二倍体西瓜较为适合。这样,开花时,便于借助昆虫将二倍体的花粉传授到三倍体植株的雌蕊柱头上,可为三倍体提供足够的外源生长素,促使其子房发育成果实无籽西瓜。六、三倍体无籽西瓜为什么含糖量比普通西瓜能提高10%
19、,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
20、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。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。九、三倍体无籽西瓜如何
21、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。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
22、,我们所获得的番茄仍然是有籽的。十一、 四倍体植株上结四倍体西瓜,四倍体西瓜结的种子为三倍体,其种皮为四倍体。多倍体育种无子西瓜的培育过程及分析无子西瓜的培育过程图示：上图中相关问题的分析：关于两次传粉：过程传粉是为了杂交得到三倍体种子,过程传粉是为了提供生长素刺激子房发育成果实。用秋水仙素处理二倍体西瓜幼苗成为四倍体,是因为幼苗具有分生能力。过程秋水仙素处理后,新产生的茎、叶、花的染色体数目加倍,而未处理的根细胞中仍为两个染色体组。四倍体植株上结的西瓜f,种皮和瓜瓤为四个染色体组,而种子e的胚为三个染色体组。三倍体西瓜c进行减数分裂时,由于联会紊乱,不能产生正常配子。获取三倍体种子e是在第一
23、年四倍体植株a上；获取三倍体,无子果实g则是在第二年的三倍体植株c上。多倍体育种和单倍体育种的比较多倍体育种单倍体育种原理染色体组成倍增加染色体组成倍减少,再加倍后得到纯种常用方法秋水仙素处理萌发的种子、幼苗花药离体培养后,人工诱导染色体数目加倍优点操作简单明显缩短育种年限缺点适用于植物,在动物方面难以操作技术复杂一些,需与杂交育种配合拓展延伸单倍体育种一般应用于二倍体植物,因为四倍体植物,通过单倍体育种形成的个体不一定是纯合子,同时单倍体育种不用于动物。用秋水仙素处理植株使染色体数目加倍,若操作对象是单倍体植株,叫单倍体育种,若操作对象为正常植株,叫多倍体育种,不要一看到染色体数目加倍就认为
24、是多倍体育种。例：西瓜红瓤对黄瓤r是显性,用22条染色体的红瓤西瓜为父本,黄瓤2条染色体的西瓜为母本,经秋水仙素处理母本,培育三倍体无籽西瓜。请回答下列问题：1秋水仙素能使细胞中染色体数目加倍。它主要作用于细胞周期的_期。2用秋水仙素处理过的西瓜植株所结西瓜瓤的颜色是_色,细胞中染色体的数目是_条。所结西瓜籽胚细胞的基因型为_含有_染色体。其根尖生长点细胞含有_叶肉细胞含有_,花粉中的精子含有一条染色体。3第二年培育出的西瓜为_瓤,所结西瓜无籽是的结果。4运用_技术就可以在第二年得到所需要的、任意数量的三倍体西瓜苗。解析:此题考查对染色体变异的理解,对遗传育种、人工诱导多倍体、组织培养等技术的
25、灵活运用能力。秋水仙素的作用原理是抑制细胞中纺锤体的形成,从而使细胞分裂过程中染色体不能实现平均分,达到使染色体数目加倍的目的。人工诱导多倍体的形成,主要是用秋水仙素处理 茎尖生长点,使其分裂形成的新细胞染色体数目加倍。在此基础上分裂、分化出来的新细胞都是含有仙条染色体的四倍体细胞。由这样的细胞经有丝分裂形成的叶肉细胞、果皮细胞是四倍体细胞；经减数分裂形成的卵细胞、极体以及花粉中的精子都是含有22条染色体的二倍体细胞。因为用秋水仙素处理的是茎尖生长点,根尖生长点并未受到秋水仙素作用的影响,所以根尖生长点细胞仍然是二倍体。由于是用红瓤二倍体酉瓜做父本,黄瓤二倍体西瓜经加倍后做母本,所以,所结西瓜籽胚细胞的基因型为Rrr,含有33条染色体。西瓜瓤是母本花的子房壁发育来的,表现母本基因型控制的性状,因此是四倍体的黄瓤。第二年的西瓜是用基因型为Rrr的种予培育出的所以是红瓤。所结西瓜无籽是因为染色体组发生变异的结果。运用组织培养技术在第二年就能得到所需要的、任意数量的三倍体西瓜苗。分裂期黄44Rrr 33 22 44 22红染色体组发生变异组织培养8 / 8
