备课素材：无子西瓜与无子番茄-高二上学期生物人教版选择性必修1

无子西瓜与无子番茄先看一道试题：下列有关无子番茄（用生长素处理获得）和无子西瓜（用多倍体育种获得）说法正确的是：(

)A．无子番茄的培育属于单倍体育种，三倍体无子西瓜的变异属于染色体变异B．无子西瓜植株是由受精卵发育而来的C．用生长素处理发育的种子细胞，可以抑制纺锤体的形成，使染色体数目加倍D．无子番茄和三倍体无子西瓜的后代都是无子的。答案：B解析：无子番茄的培育属于生长素促进果实发育的原理，三倍体无子西瓜的变异属于染色体变异；无子西瓜植株是由三倍体种子发育而来；用生长素处理发育的种子细胞，不影响种子细胞分裂；无子番茄属于不可遗传变异，其后代有子，三倍体无子西瓜属于可遗传变异，其后代无子。这道题涉及到无子西瓜和无子番茄的培育原理。2019版高中生物学必修二略有提到无子西瓜，但没有提到生长素对西瓜果实发育的作用：新版高中生物学选择性必修一去掉了无子蕃茄的培育。那么，无子西瓜和无子番茄有哪些相同点和不同点呢？果实是由子房发育而来的，在子房发育成为果实的过程中，需要一定量的生长素。

一般来说，果实发育所需生长素是由珠发育形成的幼嫩种子提供的，所以无子西瓜和无子番茄，都可以用外源生长素来代替幼嫩种子提供的生长素。我们已知道胚珠发育成种子，种子合成生长素促进子房发育成果实。1、无子番茄：对番茄施用生长素或生长素类似物，就是用外源生长素或生长素类似物，代替幼嫩的种子产生的生长素，来刺激番茄花蕾，从而促使子房膨大。无子番茄原理：子房里是没有受精，所以不会产生种子，然后用外源生长素或生长素类似物代替番茄种子产生的生长素，最终得到的是无子番茄。2、无子西瓜：西瓜瓜体较大，采用涂抹生长素的方法：一是量不好控制；二是需要多次涂抹；三是涂抹不匀，造成西瓜长得奇形怪状。这样用量太大，抬高了生产成本。于是人们采用三倍体育种的方法，来量产无子西瓜。人们平常食用的西瓜是二倍体。在二倍体西瓜的幼苗期，用秋水仙素处理，可以得到四倍体植株。然后，用四倍体植株作母本，用二倍体植株作父本，进行杂交，得到的种子细胞中含有三个染色体组。把这些种子种下去，就会长出三倍体植株。四倍体西瓜和普通二倍体西瓜杂交，得到三倍体西瓜的种子，三倍体植株一般不能进行正常的减数分裂形成配子，通常不能形成种子，所以通常三倍体后代是不育的，所以就形成了无子西瓜。将无子西瓜种子种下，开花后不会立即结果实，因为胚珠无法发育成种子，这时就需要在柱头上授普通二倍体西瓜的花粉，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内并将自身合成生长素的酶体系转移到其中，从而在子房内合成大量的生长素，促使子房发育成无子果实。此时子房内已经自发地产生了生长素，就没有必要再人工施用了，因为高浓度的生长素不但不能促进生长，还会抑制生长。例、实验目的：研究IAA(生长素)调节番茄的子房发育成果实实验步骤：将处于花蕾期的番茄花分成4组进行实验,处理统计并记录实验结果①比较1组和2组，1组的番茄花的子房发育成的果实重量是4.1g，2组是0g。1组授粉（意味着有种子产生），2组未授粉，且两组均没有涂抹生长素，根据以上分析可以推测1组的子房生长成果实所需的生长素主要来自发育着的。

②比较2、3组实验结果，两组均没有授粉（意味着都不产生种子），2组果实重量为0g，3组为5.3g,根据以上信息和2和3组的实验结果表明。

③依据3组未授粉，在子房上涂抹生长素子房发育的果实重量为5.3g、4组未授粉，在花柄上涂生长素但果实重量0g，说明子房无法发育成果实，通过实验结果,推测IAA不能。

根据上述推测：IAA不能,通过植物体的结构模型，如下图观察芽和花柄、子房的位置关系，，科研人员认为芽（1）产生的生长素并不用于调节子房发育成果实。为此,科研人员利用该模型,完成验证该推测的实验方案并预期结果。（研究物质的转移可采用同位素标记法）①表中Ⅰ组应在图1的

处施加3H-IAA,本次实验是为了研究芽产生IAA不能

，所以可以在“

”处施加NPA。让Ⅰ组（施加NPA）与Ⅱ组（不施加生长素运输阻断剂，确保能够阻断生长素的向下运输）形成对照，这样通过检测两组外源3H-IAA在b、c、d的分布就可以证明芽部位的生长素受否可以通过花柄运输子房。②通过d段放射性检测：Ⅰ组（施加NPA）<Ⅱ组（不施加NPA），可以推断，Ⅱ组“?”处的处理从左到右依次应为

。

③a、b、c段的预期结果的预期结果如果是

芽产生IAA不能

但存在两个不解之谜：第一：子房中的种子产生的生长素受否可以向花柄运输呢？第二：没有种子的子房本身能产生生长素吗？目的：所以为进一步研究IAA对果实发育的调节作用；步骤：科研人员将处于花蕾期的番茄花分成4组并进行如下图的实验处理：图中“+”表示在花柄处施加NPA,“-”表示未进行该处理。结果：各组所结果实平均重量如图2所示据图2授粉的两组（意味着均能产生种子）：结果是不在花柄施加NPA的子房发育成果实，重量是4.7g（这个实验结果和开始的第1组4.1g是相似的，正常现象），然而在花柄施加NPA后果实重量0g，说明子房未能发育成果实，也就是这一组不缺乏生长素，因为有种子产生生长素，但确实没有果实，通过这两组分析,授粉后在花柄处施加NPA导致番茄不能结实的原因是初步解释是。这就解答了第一个不解之谜，子房中的种子产生的生长素受可以向花柄运输，但第二个不解之谜并没有看出来：通过比较未授粉的两组：未授粉意味着没有种子，所以未授粉，未施加NPA的这一组子房没有产生果实，这与最开始的第2组结果一致，也能理解；但未授粉组，若在花柄施加NPA，结果子房发育成了果实，平均重量是3.8g，咱们第一个实验②的实验结果表明，这就解决了第二个不解之谜：子房本身能产生生长素。这样就能更清晰的解释，授粉后在花柄处施加NPA导致番茄不能结实的原因：除种子以外的子房部位和子房中发育的种子都能产生生长素,由于NPA阻断子房中的生长素从花柄运出,使子房的生长素浓度过高,抑制果实发育。这道题最后有一道宣传性科普题：有人质疑生长素类似物的使用会导致儿童性早熟，请你结合激素调节相关知识,撰写一段文字,向公众进行科学解释：【答案】①种子。

②子房发育成果实需要IAA（生长素）。③从花柄运输到子房。

从花柄运输到子房,①从花柄运输到子房，②施加、不施加。

③a段:Ⅰ组