问题

为什么三倍体的西瓜要和二倍体杂交?和四倍体不行吗?

回答
三倍体西瓜之所以需要与二倍体西瓜进行杂交,是为了繁育出我们市场上常见的“无籽”西瓜。这其中涉及到了一个关键的生物学概念——染色体数目和生殖隔离。咱们这就掰开了、揉碎了,把它讲清楚。

先来看看咱们的主角们:

二倍体西瓜 (2n): 这是最普通的西瓜,它含有两套完整的染色体。你可以把它想象成一本书,有两套完全相同的书页。在正常的有性生殖过程中,二倍体西瓜会产生配子(花粉和卵细胞),每个配子都含有它的一套染色体(n)。当一个二倍体西瓜的花粉与另一个二倍体西瓜的卵细胞结合时,形成的受精卵就是新的二倍体个体(n + n = 2n)。
三倍体西瓜 (3n): 这个就比较特别了。三倍体西瓜含有三套完整的染色体。你可以想象成它有三套书页。我们之所以能吃到无籽西瓜,就是因为它们是三倍体。

那么,为什么三倍体西瓜是无籽的呢?这就要从它的产生和生殖说起。

三倍体西瓜通常是通过将四倍体西瓜 (4n) 与二倍体西瓜 (2n) 进行杂交产生的。

四倍体西瓜 (4n): 它们拥有四套染色体。想想看,就是四套书页了。四倍体西瓜通常是通过一些处理(比如使用秋水仙碱)让二倍体西瓜的染色体加倍而获得的。四倍体西瓜在进行减数分裂产生配子时,由于染色体数目是偶数(4套),在分裂时比较容易平均分配,所以它能产生含有两套染色体的配子(2n)。
二倍体西瓜 (2n): 它们的配子含有单套染色体(n)。

当四倍体西瓜 (4n) 的配子 (2n) 与二倍体西瓜 (2n) 的配子 (n) 结合时,形成的受精卵就是三倍体 (2n + n = 3n)。

为什么这个三倍体是无籽的?

这是因为三倍体在进行减数分裂产生种子(胚珠和花粉)时,出现了问题。染色体数目是奇数(3套),在减数分裂时,染色体很难平均分配到子细胞中。结果是,产生的胚珠和花粉大部分是发育不全的,无法形成成熟的种子。即使偶尔形成了一些小小的、发育不良的籽,也几乎没有繁殖能力。这就造就了我们熟悉的“无籽”西瓜。

现在回到你的问题:为什么三倍体西瓜要和二倍体杂交?和四倍体不行吗?

答案是:三倍体西瓜不与二倍体西瓜杂交,而三倍体西瓜本身就是通过二倍体和四倍体的杂交产生的。

三倍体西瓜为什么不能和二倍体西瓜正常杂交产生可育后代?
就像上面解释的,三倍体自身在生殖过程中存在染色体分配不均的问题,导致它产生的配子大多是不可育的。如果强行让三倍体的配子(如果能产生的话)与二倍体的配子结合,形成的后代的染色体数目会更加混乱,很可能无法生存,或者即便生存下来,其遗传特性也难以预测和控制。这本质上是一种生殖隔离。生物为了维持物种的稳定,进化出了这样的机制。

为什么三倍体西瓜不和四倍体西瓜杂交?
如果让三倍体西瓜 (3n) 和四倍体西瓜 (4n) 杂交,那么产生的后代染色体数目是多少呢?
三倍体产生一个配子,理论上可能含有1.5套染色体,这在自然界是不存在的。即使我们考虑它产生的大部分是发育不全的配子,如果能勉强产生一些配子,比如含有n或2n染色体的,那和四倍体 (4n) 杂交,后代染色体数目就是:
n + 4n = 5n (五倍体)
2n + 4n = 6n (六倍体)

五倍体或六倍体西瓜,它们的染色体数目也极不平衡,在减数分裂时同样会出现严重的染色体分配障碍,而且它们的生物学特性和经济价值都无法与三倍体西瓜相比。所以,这种杂交不仅无法产生我们想要的无籽西瓜,甚至可能产生无法正常发育的植株。

总结一下过程:

1. 获得四倍体西瓜 (4n): 通常是通过处理二倍体西瓜 (2n),使其染色体加倍。
2. 杂交产生三倍体西瓜 (3n): 将四倍体西瓜 (4n) 与二倍体西瓜 (2n) 进行异花授粉(或嫁接),四倍体的配子 (2n) 与二倍体的配子 (n) 结合,形成三倍体 (3n) 的种子。
3. 种植三倍体种子: 种下这些三倍体种子,就会长出三倍体西瓜植株,并结出无籽西瓜。

关键点在于:

三倍体西瓜的产生,需要一个染色体数目正常的二倍体作为“母亲”或“父亲”的角色,来提供单套染色体。
三倍体西瓜本身就是“不育”的,它无法稳定地通过自身产生后代。它的存在,是为了满足人类对无籽西瓜的需求,所以需要通过人工干预(四倍体与二倍体的杂交)来不断获得它的种子。

所以,不是三倍体西瓜需要和二倍体杂交,而是我们人类需要通过二倍体和四倍体的杂交,来获得三倍体的种子。 这是一种非常巧妙的生物技术应用,它利用了染色体数目对生殖能力的影响,最终为我们带来了美味又方便的无籽西瓜。

网友意见

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行,但是低效。

四倍体西瓜的繁殖能力通常低于二倍体西瓜,尤其是四倍体西瓜的花粉的花粉管萌发率在体内和体外都低于二倍体西瓜的花粉。与二倍体西瓜相比,四倍体西瓜花粉形态畸形、花粉内没有精细胞的概率较高。

西瓜结果需要花粉长出比较正常的花粉管提供的刺激,花粉太不正常会导致结果失败或空心果实。使用四倍体西瓜的花粉给三倍体西瓜授精,结果的概率低于使用二倍体西瓜的花粉进行操作。

事实上,使用四倍体西瓜的花粉给四倍体西瓜授精,产生种子的量远低于二倍体西瓜,有时候会“颗粒无收”。量产四倍体西瓜需要组织培养之类手段。

存在另一种制造无籽西瓜的方法:用被软 X 射线破坏的二倍体西瓜花粉或四倍体西瓜的低活力花粉给二倍体西瓜授精,长出只有极少量种子的二倍体无籽西瓜。这样做的优势是绕过了繁殖力低的四倍体母本,但需要辐照用的机器或花粉管萌发率较高的四倍体西瓜品种。

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