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无籽西瓜栽培技术一
更新时间:2014/12/22 18:19:39 点击次数:

第一章   概 述

一、 无籽西瓜的概况

无子西瓜顾名思义就是没有种子或种子很少的西瓜,培育无子西瓜主要是为了人们的食用方便.随着科技的发展和科研人员的潜心钻研,到目前为止,已经找到了获得无子西瓜的许多方法.根据诱发无子西瓜的起因,可以把无子西瓜分为染色体易位的少子乃至无子西瓜、激素无子西瓜、三倍体无子西瓜。

染色体易位的无子西瓜,是利用射线诱发西瓜染色体易位而引起不育的。例如用X射线或Y射线处理西瓜种子,可使其发芽长成的植株大部分花粉失去发芽力,并使多数胚不孕。用它与正常西瓜杂交,产生的杂种一代再授以正常花粉,就可以得到正常大小的无子西瓜。 染色体易位无子西瓜是西瓜育种中的一个新领域。因为它只是在二倍体水平上由于染色体结构的改变而引起不育,在栽培上与普通西瓜一样,而且在育种程序上,可以利用原来品种及其配合力的规律,在生产上较易推广。

日本在20世纪60年代就开始研究西瓜染色体易位育种问题,培育出了易位系西瓜品系。80年代以来,我国育种家利用Y射线照射诱发西瓜染色体易位,获得了具有部分不育性状的易位品系,再通过自交分离选择和杂交,育成了几个少子西瓜新品系。但是,到目前为止,还没有育成完全无子的易位西瓜,同时育成的易位少子西瓜,座果率不高,果形小且不整齐,很难应用到实际生产中去。

激素无子西瓜是指以普通西瓜为材料,利用天然或外源生长调节剂处理来代替授粉,刺激促进子房的膨大和发育,如果供给的激素水平足够子房的膨大和成熟,就可以在不发生受精的情况下形成正常的果实,胚不发育而成为激素无子西瓜。这类瓜的生理功能比较脆弱,对养分的吸收力较差,易发生中途落果。为了保证幼果正常发育,应加强田间管理,及时摘除同株的有子果实,适时整枝压蔓和合理施肥,控制营养生长,促进营养物质往幼果转运,以加速幼果的发育膨大。

激素无子西瓜生产技术的研究,虽已取得了较大进展,而应用于生产尚有一些实际问题需要解决,如无子西瓜成果率尚不能稳定地达到100%,在生长调节剂处理过程中仍需隔离花粉,逐株逐花地涂抹生长调节剂液,手续十分麻烦。还有待于进一步改进。

此外,利用天然激素处理雌花形成单性结实的,可以结出种皮发育不良的无子西瓜。其种子的发育程度因组合而异,有的大部分不发育,仅有少量的白色秕子;有的白色秕子较多,并有部分着色硬壳种皮,甚至还有几粒正常的饱满种子。此法虽然取材容易,方法简单,操作方便,但若着色种皮不能消除,就无法推广应用。

三倍体无子西瓜是以四倍体少子西瓜为母本,普通二倍体西瓜为父本配制的三倍体种子,经播种而获得的果实。由于三倍体植物的染色体是奇数的,不能形成正常的配子,因而具有高度的不孕性。其子房在正常花粉的刺激作用下发育成正常的果实,而胚珠却不能发育成正常成熟的种子,只能形成衰败的白色种皮。这种白色秕子,小的像芝麻粒大,大的像嫩黄瓜子,食用时无不良感觉,可以与瓜瓤一起食用。这种西瓜就是三倍体无子西瓜。目前人们通常所说的无子西瓜就是指这种无子西瓜。三倍体无子西瓜可以通过种子进行生产,方法简便,并具有性状一致的产品。因此,三倍体配制是当前获得无子西瓜的主要途径,最具有实用价值,也是本书介绍的主要内容。

二、 培育三倍体无子西瓜的原理

植物体是由细胞组成的,植物的生长发育又是通过细胞分裂和细胞膨大来实现的。细胞外围是细胞壁,中间充满着细胞质,中央为细胞核。细胞是生物体形态结构、生理功能和遗传变异的基本单位。

细胞核内有一种可以用染色剂染色的物质,称染色质。它主要由脱氧核糖核酸和蛋白质组成。染色质在细胞核中具有特殊的结构和功能,对生物的生长发育和遗传变异起着决定性作用,是生物最重要的遗传基础物质载体。染色质在细胞静止状态时呈分散的网状结构,均匀地分布在细胞核中,细胞分裂时,这些细丝一样的染色质相互联结成棍棒状的染色体。各个物种的染色体都有一定的数量和形状,在细胞分裂时能通过自我复制,使分裂后的子细胞具有相同的染色体。因此,在一般情况下,各个物种染色体的数目和形状是相对恒定的,如普通西瓜染色体数目是22,甜瓜是24,黄瓜是14等。

植物体是由受精卵发育而成的。其体细胞的染色体一组来自母体的胚,一组来自父本的精核。而植物的生殖细胞,即子房中的胚珠和花粉粒都是单一细胞,在其分裂和形成的过程中,细胞中的染色体进行减数分裂,染色体的数目只有体细胞的一半,如西瓜花粉粒和胚珠细胞的染色体都只有11个,而雌、雄结合的受精卵染色体又恢复到22个,称为二倍体。二倍体是植物的基本类型。此外,尚有四倍体、六倍体和八倍体等,总称为多倍体。多倍体植物由于染色体数目的增加,植物的组织、器官形态和生理功能以及产量和品质等,都发生巨大的变化,有些优良的性状常被人们所利用。

种子植物只有当雌、雄配子染色体是完整的一组时,方能形成正常可孕的配子,受精后发育成正常的种子。多倍体植物只有四倍体、六倍体等得以进行种子繁殖。二倍体西瓜(2n=22),在胚珠、花粉细胞进行减数分裂时,二个同源染色体成对排列,各成二个染色体组,其后各一分为二,形成各具有11个染色体的完整一组,形成正常能育的雌、雄配子,受精后染色体又恢复到原有数目。四倍体西瓜(4n=44),在减数分裂时,雌、雄配子各形成具有22个染色体的完整染色体组,雌、雄配子均是可育的,因此能正常进行种子繁殖。少于或多于完整染色体的配子,都是不完整的染色体组,而不完整染色体组的雌、雄配子都是不育的,结合后就不能形成正常的种子。

三倍体西瓜细胞的染色体数为33,一组来自母本四倍体(n=22),一组来自父本二倍体(n=11)。雌、雄配子形成的染色体的排列与普通西瓜完全不同。三倍西瓜的三组染色体是同源的,每一个染色体在减数分裂时都是三价的,所以称为三价体。三倍体西瓜有11个三价体,每个三价体在减数分裂时都分成三个染色体,其中一个走向一极(单价),另外两个走向另一极(双价),这样染色体的组合就会出现各种情况。例如,11个三价体中,有10个单价体和1个双价体走向一极,那么另一极就是10个双价体和1个单价体,前者形成的配子染色体数为n=12,后者形成的配子染色体数为21;也可能9个单价体和2个双价体都走向一极,另一极则是9个双价体和2个单价体,那末前者形成配子染色体数是13,后者形成配子染色体数为20,这样就形成具有11~22个染色体的配子细胞(图1)。这些不同染色体的配子,因其不形成完整的染色体组,生活力衰退,具有高度的不孕性,少数虽能受精,但在发育中途落果。这就是无子西瓜只能形成幼嫩的白秕子,而不能形成正常的生物学原因。

无子西瓜减数分裂时染色体走向二极的数目,只有一种情况,即一极有11个单价体,另一极有11个二价体时,才具有

完整的染色体组,所形成的配子才具有正常的机能,这样的配子是可孕的。而其余的几种情况,染色体组是完备的,因此,也就不可能形成正常可孕的配子。

各种配子出现的机率,可以用方程式计算出来,具有11个或22个染色体的可育配子的出现频率为1/(2)11,约为0.1%;具有其他染色体数目不孕配子的出现频率则为1-1/(2)11,约为99.9%,即可孕配子出现的机会只有千分之一。因此,可以期待完全无子。三倍体西瓜配子染色体数目及其出现的机率见表1。

表1  三倍体西瓜配子染色体数及其出现机率


表1第一项和最后一项为可孕配子,占可能产生的各种配子总数的千分之一,这少可孕配子可以解释无子西瓜果实中出现少数发育成正常种子的原因。
注:冈博之,1962

三倍体西瓜的雌、雄配子具有高度的不孕性,主要是利用胚的不孕性,即使授以正常的花粉,胚也不能受精发育;又因三倍体的花粉多为巨形细胞,几乎没有生育能力,依靠本身的花粉也不能受精。因此,栽培无子西瓜时,应配置授粉品种,提供正常的花粉促使子房受精,以刺激子房膨大(图2)。

三、 培无子西瓜的优缺点与发展前景

1.无子西瓜的优缺点

无子西瓜与普通二倍体西瓜相比,在形态和生理功能上均有其不同的特点,栽培方法亦有差异,果实品质各有优缺点。

(1)在栽培上的优点与缺点  在栽培上,无子西瓜的主要优点是:①无子西瓜是多倍体水平上的杂种一代,具有多倍体与杂种优势的双重特性。无子西瓜植株生长势旺盛,根系发育好,吸肥耐旱力强,对枯萎病等多种病害有较强的抵抗力。因为它的果实内没有发育正常的种子,可节省大量养分,植株不易早衰。无子西瓜植株分枝结果力强,在一定条件下,一株能结多果和多次结果,因而丰产、稳产,增产潜力较大。②无子西瓜耐湿性较强,在相同条件下能获得比普通西瓜更好的收成,因而阴雨多湿的南方发展较早较快,种植面积较大。无子西瓜的根系较深,不耐水涝,因而要采用高畦栽培和深沟排水。在华北露地中晚熟栽培时,后期进入高温雨季,无子西瓜的表现明显优于普通西瓜。正是由于这样,近年来无子西瓜在华北地区推广发展也较快。

无子西瓜在栽培方面的缺点主要是发芽率低,成苗率低,幼苗生长缓慢,以及由此而造成的育苗难与采种量低等,其解决办法前面已讲过了。另一缺点是成熟较晚,但可利用这一特点进行中晚熟露地栽培,而一般不适于早熟栽培。无子西瓜植株较易发生缺硼现象,应注意防治。

(2)果实品质的优点与缺点  无子西瓜在果实品质方面的主要优点是无子,在市场上售价较高。它的果实含糖量比二倍体西瓜高1%~2%,瓤色均匀鲜艳,果皮坚硬,不易破裂,耐贮运,适于长途运输。

无子西瓜果实品质方面的主要缺点是选配组合和栽培管理不当时,容易出现皮厚、空心和三角畸形的果实,以及瓜内着色秕子、白色秕子多而大。这方面问题的解决办法如前述。

2.无子西瓜栽培的发展前景

我国是世界第一西瓜种植大国。据不完全统计,2007年全国西瓜栽培面积为120.5万公顷左右,约占世界西瓜种植总面积的40%。近几年内我国西瓜栽培面积有减少的趋势,而转向提高单位面积产量,改进果实品质,改良品种结构,以保持和提高西瓜总产量。因此,大力发展无子西瓜生产,是一良好的选择,它不仅有利于提高西瓜的单产水平,也有利于改善西瓜的果实品质。

总结各地50多年来来发展无子西瓜生产的经验,针对我国的实际国情,根据今后西瓜生产发展趋势,可以看出,进一步扩大无子西瓜种植,是今后西瓜生产的必然趋势。无子西瓜生产具有广阔的发展前景。

(1)优质丰产抗逆性好  目前我国生产上栽培的无籽西瓜均为三倍体无籽西瓜,三倍体无籽西瓜具有多倍体和杂交一代两种优势,加之它的无籽性,减少了营养物质和能量的消耗,为优质丰产抗逆性奠定了良好基础。

(2)品质好   无籽西瓜含糖量比相应的普通有籽西瓜高1~2%,糖分分布均匀,边心糖梯度小,瓤质脆,无籽,风味好,品质优。

(3)产量高  无籽西瓜瓜个大,依品种不同平均单果重3~5千克,能一株多果和多次结果,亩产量高达3500~7000千克,比相应的普通有籽西瓜高28.6%~55%。

(4) 耐贮运,货架期长   无籽西瓜与相应的普通有籽西瓜相比,果皮硬度大,韧性强,果肉中不含种子,营养消耗少,耐贮运,室温下保存20天以上不变质,货架期长。

(5)售价高、经济效益好  比同期上市的普通有籽西瓜品种售价高30%~50%,有的地区、有时高出1倍以上。亩产值可达2000~3000元,有的更高。

(6)有广阔的消费市场  随着市场经济的发展,商品西瓜的流通量急剧增加,无子西瓜品质好,优质优价,经济效益显著,消费者、生产者均欢迎,因而为其发展准备了良好的市场条件。

(7)有充足的劳动力  我国人多耕地少,劳力资源丰富,适于发展无子西瓜生产。

(8)有广大的适栽地域  无子西瓜耐湿抗病能力优于普通西瓜,多雨地区和多雨季节发展无子西瓜先生的潜力很大。淮河以南广大多雨潮湿地区,均可发展无子西瓜生产。

四、 无子西瓜生产中存在的问题及其解决办法

20世纪50年代开始栽培无子西瓜至今,无子西瓜的生产经历了曲折的过程,先后出现了一些问题。归纳起来,就是育苗困难、品质不稳、采种量低三方面的问题。这些因素妨碍了无子西瓜生产的发展。

1.育苗困难问题及其解决办法

无子西瓜育苗难的问题是指种子发芽率低和成苗率低两个方面。这是一个长期存在的问题,只要种植无子西瓜,就必然会碰到并必须解决的难题。

1)发芽率低的原因及其解决办法  无子西瓜种子发芽率低的原因主要有四个:①种皮厚,种胚弱。无子西瓜种子是由四倍体西瓜种壳与三倍体西瓜种胚所组成,种皮厚度约为普通西瓜的1.5倍,种脐部分更厚,约为普通西瓜的2倍,不易 吸水变软,妨碍种芽萌发,且种胚不充实,多畸形(子叶折叠或缺损,发芽无力。②种胚不充实,空腔比普通西瓜种子大,在浸种催芽过程中种子吸水率高,空腔积水,易造成湿度过大,引起烂种。③发芽温度比普通西瓜约高2~5℃,温度偏低时发芽缓慢,发芽势弱。④采种方法不当,如种瓜采收过早,种子尚未充分成熟,种子淘洗前进行发酵酸化处理、淘洗种子时未去除浮在水面上的轻籽,均会降低无子西瓜种子的发芽率。

针对上述原因,可以综合采用破壳、控湿、高温快速催芽法,即可有效解决发芽率低的问题。人工破壳是提高无子西瓜发芽率简便有效的方法,破壳后发芽率一般比不破壳的提高3~4倍。控湿是缩短浸种时间(约2~5小时)或不浸种,以免因湿害而降低发芽率,催芽要控制发芽床和催芽包的湿度,加水要比普通西瓜少,以使湿度适当,通气良好。也有提倡只破壳、不浸种干籽直播育苗的。这样可少用种子,提高发芽率。还有的提出用“阴爆”处理法对无子西瓜种子进行催芽,即将无子西瓜种子与湿润的蛭石混合后,置于25℃的温度条件下24小时,然后再将种子取出,阴干36小时,使水分降低。用此法处理可提高无子西瓜种子的发芽率。高温快速催芽法,是把催芽温度提高到32~35℃,加速种芽出壳,减少养分消耗。若沿用普通西瓜的催芽法,无子西瓜种子的发芽率只有10%~20%,而采用上述诸法综合处理后,其发芽率可提高到90%以上。

(2)成苗率低的原因及其解决方法  无子西瓜成苗率低的主要原因有两个:①易带壳出土,影响幼芽生长。②幼芽出土后,小苗(二叶期前)纤弱无力,对育苗条件要求严格,温度要稍高,湿度要适宜,一旦遇到低温等不良条件便引起生长缓慢,容易夭折。针对上述原因,及时“去帽”及改善育苗条件,即能提高成苗率。其“去帽”措施为:一是播种深度要适宜,尽可能使幼苗自行脱壳出土;二是如果播种太浅,幼苗“带帽”出土,则要及早(早晚种皮软湿时)小心将“帽”去掉,以保证子叶及时展开和正常生长。改善育苗条件,就是采用电热温床或火炕温度、酿热温床,实施温床育苗,和加强前期苗床的温湿度管理,确保幼苗的健康生长。在特定条件下,露地直播育苗也可以解决成苗率低的问题。如华北地区在春季(4月份)采取地膜覆盖、晚直插大芽种子的办法则成苗率比较高。无子西瓜难种主要难在育苗。如果育苗期内发芽率低、成苗率低的问题得到解决,无子西瓜难种的问题也就迎刃而解了。 

2.果实品质不稳定的原因及其解决办法

无子西瓜果实品质不稳定,主要是果形不正(呈三角形)、皮厚空心以及无子性不良(出现着色秕子、白色秕子)等缺陷。果形不正的出现与选用杂交组合不适当、坐果位不相宜、雌花授粉不完整、光照不足、阴雨天较多以及施肥整枝不合理等有关。针对上述原因,为避免无子西瓜果实畸形,可以选用不易出现不正果形的圆果型品种,如黑蜜2号、花蜜3号等。坐果节位应选在主蔓第二十至二十五片叶以上,坐果节位过高过低均易产生畸形果。进行人工授粉要周到而均匀,自然授粉时授粉品种的比例要适当增大。施肥、浇水、整枝等应适时适量,以保证果实正常发育。发生厚皮瓜、空心瓜的原因与果实发育不良、气温偏低、光照不足、天旱地干等因素有关。此外,品种与种植土壤不合适,如适于粘性土壤中栽培的品种栽在沙性土壤中会发生瓜瓤崩裂形成空心。低节位坐果也会出现厚皮空心。因此,可通过延后播种期,使果实发育期处于温光条件较好的季节,注意选用对土壤适应性好的品种,选择较高节位坐果等技术措施,以克服这类缺点。

无子性是无子西瓜最主要的性状。然而在一些情况下,有的无子西瓜果实中有外观、颜色、大小与正常种子一样且种皮坚硬的空壳子粒,即所谓着色秕子,少到几粒,多则几十粒,有些果实中虽未出现着色秕子,但白色秕子多而大,食用时有种子的感觉,失去了无子的意义。影响无子性状的因素主要有四个:①与亲本和组合情况有关。父、母本的种子大小与其杂交后代三倍体西瓜果实内白色秕子的大小有关,尤其是母本四倍体的子粒大小的影响更为明显。双亲都是小子粒的对三倍体西瓜果实的无子性状有利。不同的组合出现着色秕子的情况亦不相同。着色秕子的出现,也与亲本是否为纯系有一定的关系。为了提高无子西瓜果实的无子性状,应选用出现着色秕子少的组合,采用小子粒四倍体品种和高度纯系的亲本。②与授粉品种有关。试验证明,以小子粒品种授粉时的果实着色秕子较少,白色秕子也较小。用大子粒品种授粉时,着色秕子较多,白色秕子较大。因此以选用小子粒品种作授粉品种为宜。③与坐果节位有关。高节位(第二十五节以上)果实无子性状比较好,着色秕子少,低节位上的果实无子性状差,着色秕子多,尤以主蔓上第一个雌花结的果更为明显。因此,应留中高节位(主蔓上第三至第四节雌花)结果为好。④与磷肥施用过多有关。磷肥能促进白色秕子发育,应控制磷肥用量。

此外,近年来在无子西瓜制种过程中,偶然见到果实外形与三倍体西瓜相同,果实内则全部都是着色普通西瓜种子的现象,这可能是由于四倍体西瓜个别植株突变产生的返祖现象。后来采取了严格选纯措施,基本克服了这种现象。

3.采种量低的原因及其解决办法

多倍体植物孕性低,这是一个普通的现象。其原因有功能性不孕与生理性不孕之分。功能性不孕是遗传问题,可以从育种的途径来克服;生理性不孕是栽培条件问题,可以通过改善栽培管理来解决。

为提高无子西瓜采种量,国内外学者做了大量的研究工作,取得了不少成果,获得了一定的实际生产效益。

产种量低是无子西瓜生产发展的主要限制因素。四倍体孕性低,是其自身的固有遗传特性,难以从育种上得到根本性解决,只能利用育种上的一些方法来改善孕性。栽培上的综合措施,可有效地提高采种量。各地普通采用选择环境条件适宜的地块和适宜的季节进行种植,合理密植,增施磷钾肥,人工辅助授粉等综合措施,显著地提高了无子西瓜的采种量。现在,每公顷最高采种量,南方可达60千克左右,华北达75千克以上,新疆达150千克左右。

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