![揭秘无籽水果的诞生:如何通过单性结实技术培育无籽西瓜和香蕉?-豁天游|活田酉 一个专门分享有趣的信息,激发人们的求知欲。](https://cdn.mos.cms.futurecdn.net/auwuEQEsN2WCYwSvHzcyTX-320-80.jpg)
过去,香蕉因其种子而几乎无法食用,因此人们只能收获香蕉的叶子、树皮和块茎。
用牙齿咬住多汁、成熟的西瓜是夏天最大的乐趣之一,尤其是当你不需要吐出任何瓜子的时候。事实上,为了追求更愉快的饮食体验,人类已经将许多水果改造成无籽的。
但如果没有种子,这些植物如何繁殖呢?
果树的受精过程通常分为两部分:雄性植物的花粉使雌性植物的胚珠受精;雄性植物的花粉使雌性植物的胚珠受精。然后这个胚珠变成种子,而子房变成果实。然而,一些植物同时具有雄性和雌性生殖结构,允许自体受精。没有施肥,就不会产生种子或果实。
然而,在极少数情况下,果实无需受精即可发育,这是通过几种不同的方法发生的,这些方法统称为单性结实,以希腊语“处女果”一词命名。加州大学戴维斯分校名誉教授查尔斯·加瑟 (Charles Gasser) 的职业生涯一直在研究植物胚珠的分子进化,他告诉《生活科学》杂志,虽然单性结实在现代农业中得到了广泛利用,但它最初只是一种自然现象 。
例如,脐橙是在很久以前随机基因突变产生了一个带有无籽果实的单枝后出现的。(许多人提到了1800 年代巴西修道院中的一棵树。)人们将树枝的插条嫁接到其他树上,如今,世界上所有的脐橙都是这种原始脐橙的克隆。由于这些克隆不擅长自花授粉,因此相同植物的果园通过单性结实生产大部分果实。类似的发现催生了无籽葡萄,人们认为无籽葡萄最早出现在古罗马,然后在 1870 年代通过伊朗和土耳其进入美洲。
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对于西瓜和香蕉来说,这是一个更加复杂的过程。植物的每条染色体通常有两个以上的拷贝——这种情况被称为多倍体——当杂交产生具有不相容染色体的后代时,无籽果实就会生长。例如,商业种植者通过将具有四个染色体拷贝的西瓜植物与具有两个染色体拷贝的西瓜植物杂交来生产无籽西瓜。最终具有奇数染色体的后代是无籽的,而偶数染色体的后代则用于产生更多的种子。同样,今天所有商业香蕉都具有三个染色体副本,因此它们只能无性繁殖。
在某些情况下,植物学家已经学会了如何通过应用激素来引发多倍体或单性结实。菠萝是二倍体,但当用激素赤霉酸处理时,它们无需受精即可结出果实。
加瑟说,对于植物为何进化出这些能力,科学家有一些假设。其一,植物比脊椎动物更容易杂交,而且杂交释放了新的进化潜力。即使某些组合没有成功,研究人员也记录了“杂种优势”的例子,其中杂种比其亲本更适合。多倍体还会产生更大的种子来容纳所有这些额外的染色体,这些染色体可能更有可能通过动物胃的酸性环境。
最后,由于果实的目的是吸引动物靠近以传播它们的种子,如果树木不需要制造种子,单性结实最终可能会让树木以较低的能量成本生产更多的果实。加瑟说:“人们可以想象单性结实的出现,因为它继续吸引移动种子的载体,即使所有的果实都没有种子。”
科罗拉多大学博尔德分校的植物进化生物学家斯泰西·史密斯表示,无论无籽水果为何存在,它们都代表了一个有趣的思想实验。一方面,许多生物都是进化的死胡同,如果没有人类干预,它们无法自行持续存在。但出于同样的原因,他们也取得了巨大的成功。野生脐橙的数量即使有也很少,但据估计,仅今年加州就将生产7600 万箱野生脐橙。
“我个人的看法是,从某种意义上说,所有驯化植物都赢了,因为它们不需要自己制造更多的东西。我们为它们做这件事,”史密斯告诉《生活科学》。“仅仅因为它们不进行有性繁殖和制造种子,谁在乎呢?我们永远不会停止吃西瓜,能够制造无籽西瓜意味着我们可以吃更多的西瓜。”