《甜瓜多倍性育种》课件

甜瓜多倍性育种欢迎来到甜瓜多倍性育种课程！本课程将深入探讨甜瓜多倍体育种的基础知识、技术方法和应用前景通过理论与实践相结合的方式，我们将系统地介绍甜瓜多倍体的诱导、鉴定、选育及其在改良甜瓜品质、提高抗逆性等方面的应用甜瓜作为中国重要的水果作物之一，具有悠久的栽培历史和丰富的品种资源多倍体育种技术为甜瓜品种改良提供了新的思路和手段希望通过本课程的学习，能够帮助大家深入了解甜瓜多倍性育种的科学原理和实际应用课程简介课程目标甜瓜的重要性本课程旨在系统介绍甜瓜多倍体育种的基本理论、技术方法和实甜瓜是全球重要的水果作物，在中国有超过2000年的栽培历际应用，使学生掌握多倍体育种的核心知识和操作技能，为从事史目前中国是世界最大的甜瓜生产国，种植面积和产量均居世相关科研工作奠定基础界首位，占全球总产量的50%以上通过理论学习和案例分析，培养学生的创新思维和实践能力，了甜瓜富含维生素、矿物质和抗氧化物质，具有重要的营养价值和解甜瓜多倍体育种的前沿进展和未来发展方向经济价值，是农业生产和食品加工的重要原料多倍性基础知识介绍多倍体定义多倍体的发现历史多倍体是指生物体细胞中具有1907年，荷兰植物学家德弗三套或三套以上染色体组的现里斯首次在月见草中发现了自象在植物中，多倍体现象较然多倍体1937年，科尔奇为普遍，约有30-70%的被子辛秋水仙碱的染色体加倍效植物是多倍体多倍体按染色应被发现，为人工诱导多倍体体组数量可分为三倍体3x、提供了有效手段，标志着多倍四倍体4x、五倍体5x、六体育种的开始倍体6x等多倍体在自然界的分布多倍体在植物界分布广泛，尤其在被子植物中许多重要农作物如小麦6x、棉花4x、马铃薯4x、草莓8x等都是多倍体在甜瓜属植物中，也存在自然多倍体现象，为多倍体育种提供了丰富的种质资源多倍体的分类同源多倍体异源多倍体多倍性的遗传基础同源多倍体是指由同一物种的染色体组加倍异源多倍体是由不同物种的染色体组组合而多倍体的遗传规律与二倍体有明显不同基形成的多倍体，如三倍体AAA、四倍体成的多倍体，如小麦AABBDD由于各套因剂量效应导致多倍体表现出不同的性状AAAA等同源多倍体的各套染色体来源相染色体亲缘关系较远，在减数分裂时主要形多倍体的遗传分离比更复杂，四倍体自交后同，因此在减数分裂时易形成多价体，导致成二价体，因此具有较高的生育力代的单基因分离比为35:1，而非二倍体的生育力下降3:1•甜瓜属内不同种间杂交可形成异源多倍•甜瓜三倍体CCC具有无籽特性体•多倍体可掩蔽有害隐性基因•甜瓜四倍体CCCC果实通常更大•异源多倍体通常具有更广泛的适应性•多倍体增加等位基因种类，扩大遗传变异多倍性的产生机制染色体加倍染色体加倍是最常见的多倍体形成机制细胞有丝分裂时，染色体复制后未能正常分离，导致染色体数目加倍这一过程可通过秋水仙碱等化学药剂人工诱导非还原配子形成当减数分裂异常时，产生的配子染色体数目未减半，称为非还原配子非还原配子参与受精可产生多倍体高温、低温等环境因素可诱导非还原配子的产生体细胞杂交通过原生质体融合等技术，将不同植物的体细胞融合，形成含有两种染色体组的杂种细胞，进而发育成多倍体植株这是异源多倍体形成的重要途径远缘杂交与胚挽救不同物种或属间杂交后，由于染色体不亲和导致胚胎发育异常，通过胚挽救技术获得杂种植株，再经染色体加倍处理得到多倍体，是获得异源多倍体的有效方法多倍体与二倍体的区别比较项目二倍体甜瓜四倍体甜瓜细胞大小正常明显增大，约

1.5-2倍气孔数量标准密度数量减少，但单个气孔增大叶片特征叶片较薄，叶色较浅叶片增厚，深绿色，叶脉明显生长速度生长较快生长速度减慢，但植株更健壮开花结果花小，结果率高花大，结果率较低果实特性果实较小，种子多果实增大，种子少但种子变大抗逆性一般抗病性、耐寒性明显增强多倍体在作物育种中的意义显著的杂种优势多倍体通常表现出更强的杂种优势增强抗逆性提高对病虫害、干旱、低温等不良环境的抵抗能力改良品质改变果实大小、风味和储藏性能扩大遗传变异4增加等位基因种类，创造新的遗传组合打破种间不亲和促进远缘杂交，利用异种基因资源多倍体育种在甜瓜等作物中已取得显著成就如无籽西瓜是利用三倍体技术培育的主要商品类型，四倍体甜瓜品种因其特殊风味和抗性也逐渐受到重视多倍体育种与常规育种、分子育种等技术结合，为作物品种改良提供了更多可能性甜瓜基本生物学特性分类学地位甜瓜Cucumis meloL.属于葫芦科Cucurbitaceae、黄瓜属Cucumis，是重要的经济作物在中国有超过2000年的栽培历史，品种资源极其丰富生长习性甜瓜为一年生蔓生草本植物，多数为雌雄同株异花，主要依靠昆虫授粉生长适温为25-30℃，喜温暖、干燥、光照充足的环境，对土壤要求不严，但以排水良好的砂质壤土为宜品种多样性甜瓜品种繁多，按果实性状可分为厚皮甜瓜、薄皮甜瓜、香瓜、网纹瓜等中国主要栽培哈密瓜、白兰瓜、香瓜、网纹瓜等类型，品种资源占世界甜瓜种质资源的30%以上甜瓜遗传背景概览染色体组成基因组特点甜瓜为二倍体，2n=2x=24，基本染色体甜瓜基因组于2012年被测序，包含约数x=12染色体较小，总基因组大小约27,427个编码蛋白质的基因基因组中为454Mb重复序列占比约为40%进化历史遗传多样性甜瓜可能起源于非洲，后传入亚洲并广甜瓜具有丰富的遗传多样性，分为十余泛驯化研究表明现代栽培甜瓜约在个变种中国和中亚地区是甜瓜的主要4000年前形成起源和多样性中心甜瓜多倍性应用背景研究起源甜瓜多倍体研究始于20世纪50年代，早期主要关注多倍体的诱导方法和形态特征观察随着分子生物学技术的发展，多倍体甜瓜研究进入分子水平主要研究目标培育无籽甜瓜是最早的研究目标之一随后，提高抗病性和耐逆性、改良果实品质和产量成为主要研究方向近年来，利用多倍体打破种间杂交障碍，引入野生资源的研究受到重视实际应用需求在商业应用中，无籽甜瓜以其便于食用的特点受到消费者欢迎四倍体甜瓜因其果实更大、风味更浓郁、耐贮运性更好等特点，在高端市场有较好的前景此外，多倍体在抗病育种中的应用也越来越受到重视现状与趋势目前，与西瓜相比，甜瓜多倍体的商业化应用相对滞后近年来，随着技术进步和市场需求增加，甜瓜多倍体研究呈现加速发展趋势，多倍体与分子育种、基因编辑等新技术结合的研究尤为活跃甜瓜天然多倍体资源自然多倍体的发现国内外多倍体资源在甜瓜的野生和栽培种质资源中，已发现存在一定比例的自然多中国农业科学院、中国农业大学等机构已在各地收集的甜瓜种质倍体个体这些多倍体通常是由减数分裂异常产生的非还原配子中筛选出若干自然四倍体资源，主要分布在西北和华北地区国参与受精形成，或由体细胞染色体自发加倍产生际上，俄罗斯、美国、日本等国家也报道了甜瓜自然多倍体资源研究表明，环境胁迫如极端温度、干旱、辐射等可能诱导甜瓜产生多倍体这些自然多倍体是重要的遗传资源，为多倍体育种提这些资源多表现出叶片增厚、气孔变大、花器官增大、果实变大供了宝贵的材料但种子减少等特征其中一些资源在抗病性和耐逆性方面表现出明显优势，是育种的优良材料甜瓜四倍体的发现与筛选

0.5%2000+自然四倍体频率筛查资源数量在甜瓜种质资源中，自然四倍体的出现概率约中国农业科学院蔬菜花卉研究所对2000多份甜为

0.5%，需要通过大量筛选才能发现瓜种质资源进行了多倍体筛查12发现的四倍体数量通过流式细胞仪和染色体计数方法，确认了12份自然四倍体材料，主要分布在新疆和甘肃地区这些自然四倍体材料表现出显著的巨大效应，包括更粗壮的茎秆、更厚实的叶片和更大的果实种子数量明显减少，但单粒种子重量增加通过对这些材料的遗传稳定性分析发现，大多数自然四倍体在自交后代中保持了较高的染色体稳定性，为进一步育种提供了良好基础甜瓜多倍体细胞学鉴定流式细胞仪分析流式细胞仪是筛选大量样本的高效工具，通过测量细胞核DNA含量来判断倍性取幼嫩叶片

0.5-1cm²，在裂解缓冲液中切碎，过滤后加入碘化丙啶PI染色，通过测量荧光强度确定DNA含量四倍体的荧光峰值约为二倍体的两倍染色体计数染色体计数是最直接的鉴定方法取生长旺盛的根尖，经预处理秋水仙碱

0.05%溶液，4℃，4小时、固定卡诺氏液，24小时、解离1N HCl，60℃，8分钟、染色醋酸洋红等步骤后，制片镜检计数二倍体甜瓜2n=24，四倍体2n=48气孔观察气孔观察是一种简便的初筛方法在叶片下表皮涂抹指甲油，待干后揭下薄膜，于显微镜下观察气孔密度和大小多倍体气孔密度降低，但气孔和保卫细胞体积增大此方法简便快捷，适合田间大量样本的初步筛选多倍体甜瓜的形态特征多倍体甜瓜的生理特性多倍体甜瓜的生长发育节律与二倍体有明显差异四倍体甜瓜生长速度普遍较慢，从播种到开花比二倍体晚7-10天，果实成熟期也相应推迟这主要是由于细胞体积增大导致细胞分裂和物质运输效率降低四倍体甜瓜的光合速率略低于二倍体，但叶片寿命较长，累积光合产物的能力不逊于二倍体多倍体甜瓜的蒸腾速率降低，水分利用效率提高，因此在干旱条件下表现出较强的适应性开花结实方面，四倍体花粉活力通常较低，结实率比二倍体降低20%-30%，这是多倍体育种面临的主要挑战之一多倍体对甜瓜品质的影响15%22%糖度增加维生素增加C四倍体甜瓜果实的可溶性固形物含量平均比二倍体四倍体甜瓜中的维生素C含量显著提高，平均增幅高15%，口感更甜达22%30%香气化合物增加四倍体甜瓜中芳香化合物含量提高约30%，香气更浓郁持久四倍体甜瓜果实在品质方面通常表现出多项优势首先，果肉更加致密，质地更细腻，汁液更少；其次，果皮更厚，有利于提高抗裂性和耐贮运性；此外，多倍体果实中次生代谢产物如类胡萝卜素、酚类物质等含量也有所增加，不仅提高了营养价值，还赋予果实更丰富的风味不过，多倍体甜瓜也存在一些品质缺陷，如果肉纤维增多，口感略显粗糙此外，部分多倍体果实发育期延长，可能导致采收期不够集中，增加管理难度选育兼具高品质与良好农艺性状的多倍体品种是下一步研究的重点多倍体对抗逆性的改良增强病害抵抗力提高非生物胁迫耐受性案例研究耐盐性改良研究表明，四倍体甜瓜对多种常见病害的抵抗四倍体甜瓜表现出较强的耐寒性和耐旱性在通过秋水仙碱处理，研究人员从华韵甜瓜诱导力显著增强例如，对白粉病的抗性比二倍体低温条件下，四倍体幼苗的成活率比二倍体高获得四倍体，在150mM NaCl胁迫下进行了耐提高40%左右，主要是由于表皮细胞壁增厚，出25%以上；在水分亏缺条件下，四倍体植株盐性评价结果表明，与二倍体相比，四倍体角质层加厚，阻碍病原菌侵入同时，多倍体叶片相对含水量下降较慢，光合作用受抑制程幼苗Na⁺积累减少30%，K⁺/Na⁺比值提高植株中防御相关蛋白和次生代谢物含量增加，度较轻这与多倍体植株气孔密度降低、水分45%，丙二醛含量降低20%大田试验证实，增强了对病原菌的抑制作用蒸腾减少、渗透调节能力增强等因素有关在轻度盐碱地种植时，四倍体产量仅下降12%，而二倍体下降35%，展示了多倍体在盐碱地利用方面的潜力甜瓜多倍体遗传稳定性染色体行为分析世代稳定性研究四倍体甜瓜在减数分裂过程中通常形成四价体、三价体、二价体对诱导获得的四倍体甜瓜进行连续5代自交研究发现，早期世代和单价体等多种染色体配对方式，而这些不规则配对会导致非均F₁-F₃中回复二倍体的比例约为5-8%，主要发生在减数分裂衡配子的产生研究表明，新诱导的四倍体在减数分裂中四价体异常的花粉细胞中到F₄代以后，这一比例降至1-2%，染色体形成比例较高，随着世代推进，二价体比例逐渐增加，染色体行组成趋于稳定为趋于稳定稳定的四倍体甜瓜系可通过植株性状初筛和流式细胞仪验证相结染色体稳定性的改善可能与染色体结构微小变异累积有关，这种合的方法进行选择研究表明，花粉粒大小均

一、四分体构型规变异逐渐减少同源染色体间的配对频率，促进二价体形成，提高则的植株往往具有较高的染色体稳定性，可优先用于育种配子的平衡性甜瓜多倍体的繁殖特性种子活力四倍体甜瓜种子萌发率通常比二倍体低10-15%生育力花粉活力下降20-30%，自交结实率降低后代分离3自交后代少数回退为倍性嵌合体或二倍体四倍体甜瓜的繁殖特性对其育种和种子生产有直接影响种子萌发率降低可能与胚乳发育异常有关，表现为胚乳细胞核分裂不同步，导致胚发育迟缓通过低温层积处理可提高四倍体种子萌发率，使用赤霉素等植物生长调节剂浸种也有促进作用四倍体甜瓜花粉活力下降主要是减数分裂异常导致的，雌性生育力受影响较小在杂交育种中，通常将四倍体作为母本，而不是父本多倍体与二倍体杂交时，后代的倍性稳定性取决于双亲组合，如四倍体与二倍体杂交后代主要是三倍体和少量非整倍体，而三倍体则几乎完全不育育种实践中需考虑这些繁殖特性的影响三倍体甜瓜的无籽特性形成机制三倍体3x具有奇数套染色体，在减数分裂时染色体无法均等分配，导致配子染色体数目不平衡，大多数配子不能正常发育，从而形成无籽或少籽果实诱导方法常见的三倍体甜瓜诱导方法是二倍体2x与四倍体4x杂交，通过有性杂交直接获得三倍体种子也可通过内胚乳培养等技术诱导三倍体栽培特点三倍体甜瓜需要种植二倍体授粉树，刺激果实发育三倍体植株生长势强，果实较大，但种子发育不完全，呈空壳状或萎缩状态市场前景无籽甜瓜可满足消费者便捷食用的需求，尤其适合鲜切和加工市场目前中国无籽甜瓜品种较少，市场潜力巨大甜瓜多倍体的诱导方法概述化学诱导法组织培养法使用秋水仙碱等有丝分裂抑制剂处理种子、在体外培养条件下诱导染色体加倍幼苗或生长点•结合化学诱导效果更佳•效率较高，操作简便•可通过原生质体融合获得异源多倍体•常见药剂秋水仙碱、奥利萨林•成功率10-20%•成功率5-15%杂交育种法物理诱导法通过特殊的杂交组合获得多倍体利用温度休克或辐射等物理因素•非还原配子参与杂交•高温38-42℃或低温0-4℃处理•远缘杂交后染色体加倍•X射线、γ射线辐射•成功率1-5%•成功率2-8%秋水仙碱诱导法原理作用机制1秋水仙碱C22H25NO6是从秋水仙植物中提取的生物碱，能特异性结合微管蛋白，抑制微管形成在细胞分裂中期，秋水仙碱阻断纺锤体形成，导致染色体无法向两极移动，从而形成染色体数目加倍的细胞处理浓度与时间对甜瓜，常用的秋水仙碱浓度为

0.05-

0.2%浓度过高会导致细胞毒性，过低则效果不明显处理时间通常为12-48小时，最佳处理时间与材料类型有关种子浸泡通常需要24-48小时，生长点处理一般为12-24小时处理方法常用的处理方法包括

①种子浸泡法将种子浸泡在秋水仙碱溶液中，处理后播种

②幼苗生长点滴加法在幼苗生长点上滴加秋水仙碱溶液，每天2-3次，连续处理3-5天

③棉球包裹法用浸有秋水仙碱的棉球包裹生长点，避免药液流失注意事项秋水仙碱具有较强毒性，操作时必须戴手套和口罩防护处理后的植株常出现生长迟缓、畸形等不良反应，需加强管理诱导获得的材料通常是嵌合体，需要在后代中进行倍性鉴定和稳定性筛选不同基因型对秋水仙碱的敏感性差异较大，需针对特定材料优化处理方案甜瓜组织培养诱导多倍体基本流程外植体来源染色体加倍处理组织培养诱导甜瓜多倍体通常用的外植体材料包括子在组织培养过程中，可在不常包括外植体选择、消毒、叶、下胚轴、茎尖和叶片同阶段添加秋水仙碱或其他接种、诱导处理、愈伤组织其中，子叶和茎尖的再生能染色体加倍剂通常在愈伤诱导、芽分化、生根和移栽力较强，是最常用的外植组织诱导阶段或芽分化初期驯化等步骤与直接处理植体甜瓜的不同品种在组织添加

0.01-

0.05%的秋水仙株相比，组织培养方法可在培养反应性上存在明显差碱，处理时间为1-3天也控制条件下进行，成功率相异，需要针对特定品种优化可采用温度休克法（38℃对更高培养条件高温处理12-24小时）辅助诱导染色体加倍组织培养诱导多倍体的优势在于可以快速繁殖和保存珍贵材料，且在体外条件下更容易控制染色体加倍剂的剂量和处理时间然而，这种方法也存在一些挑战，如甜瓜体细胞变异率较高，可能导致非期望变异；某些甜瓜品种对组织培养的反应性较差；再生植株可能表现出生长异常等现象成功应用此技术需要综合考虑品种特性、培养条件和加倍处理参数等多种因素配子途径产生多倍体非还原配子形成机制非还原配子的诱导非还原配子是指减数分裂过程异常，未经正常非还原配子可通过环境因素和化学处理诱导产减数的配子细胞，其染色体数目与体细胞相生在甜瓜育种中，常用的诱导方法包括温度同甜瓜中非还原配子的形成主要有两种机处理和化学处理制减数分裂第一次分裂MI失败和减数分裂•高温处理38-42℃花粉母细胞减数分裂第二次分裂MII失败前处理•MI失败纺锤体异常导致染色体无法分离•低温处理4-6℃花芽分化期处理•MII失败姐妹染色单体无法分离•N2O笑气处理影响纺锤体形成•细胞质分裂失败核分裂正常但胞质未分•三氟拉林抑制微管形成裂非还原配子的鉴定与筛选鉴定非还原配子的常用方法包括花粉粒大小测定、多层花粉四分体观察和发芽实验•花粉粒大小筛选非还原花粉直径约为正常花粉的

1.2-

1.4倍•四分体观察正常四分体vs二分体•流式细胞仪基于DNA含量区分•分子标记利用标记检测杂种倍性远缘杂交与加倍远缘杂交选择亲缘关系较远但仍能杂交的甜瓜种质资源进行杂交甜瓜属内不同种间如C.melo与C.metuliferus杂交，或与黄瓜C.sativus杂交远缘杂交常通胚挽救过胚挽救技术获得存活杂种远缘杂种胚往往因内胚乳发育不正常而无法自然成熟通过胚挽救技术，在授粉后15-25天取出胚胎，在特定培养基上培养，促进胚胎发育为完整植株染色体加倍成功率受亲本组合和胚龄影响远缘杂种通常表现不育，需通过染色体加倍恢复生育力杂种幼苗经秋水仙碱处理，或通过组织培养添加染色体加倍剂，获得染色体数目加倍的植株，稳定性选择形成新的异源多倍体新形成的异源多倍体需经多代自交或回交，选择染色体组成稳定、形态一致、生育力正常的植株可通过基因组原位杂交GISH、染色体条带等技术验证染色体组成甜瓜多倍体筛选与鉴定流程形态学初筛多倍体诱导处理根据叶片厚度、气孔大小、花器官特征等进行田间初步筛选采用适当方法对甜瓜材料进行多倍体诱导，如秋水仙碱处理、温度休克等流式细胞仪分析通过测定细胞核DNA含量确定倍性，快速筛选大量样本稳定性评价5细胞学验证通过自交后代分析，评估多倍体的遗传稳定性和生育力对初筛材料进行染色体计数，确认染色体数目是否加倍流式细胞仪在甜瓜多倍体筛选中的应用技术原理操作流程流式细胞仪是一种可以快速测定细胞核DNA含量的仪器它通过样品制备取

0.5-1cm²新鲜叶片，与内标材料通常是二倍体甜荧光染料特异性结合DNA，当染色的细胞核通过激光束时，发射瓜的同等面积叶片一起放入培养皿，加入

0.5ml核提取缓冲液的荧光信号强度与DNA含量成正比由于多倍体的DNA含量是二如Partec CyStainUV PreciseP，用刀片在缓冲液中快速切倍体的倍数，因此可以通过比较样本与标准品的荧光峰值位置判碎断倍性过滤将切碎的样品通过40μm尼龙滤网过滤，除去组织碎片在甜瓜多倍体筛选中，通常使用碘化丙啶PI或DAPI作为DNA荧将滤液收集在干净的管中，加入

1.5ml染色缓冲液，室温避光染光染料分析时，将已知倍性的甜瓜材料作为内标，与待测样品色15-20分钟上机前轻轻混匀样品，避免产生气泡同时处理，根据荧光峰值的相对位置确定倍性数据采集与分析将样品导入流式细胞仪，设定适当的参数如激发波长488nm，发射波长615nm，采集10,000-20,000个核事件通过专业软件分析荧光强度直方图，比较样品与内标的峰值位置确定倍性染色体计数法的操作细节材料准备选择健康生长的甜瓜幼苗，剪取1-2cm长的根尖根尖生长最活跃的时间通常在早晨8-10点，此时有丝分裂指数较高如果条件允许，可以提前将种子放在湿滤纸上催芽，使用刚萌发的根尖，细胞分裂旺盛，观察效果更好预处理将根尖放入预处理液中

0.002M8-羟基喹啉或

0.05%秋水仙碱溶液，4℃处理3-5小时预处理目的是阻断纺锤体形成，使染色体散开，便于计数处理时间过长会导致染色体过度收缩，过短则染色体分散不充分固定预处理后，用蒸馏水冲洗根尖，然后放入卡诺氏固定液乙醇:冰醋酸=3:1中，室温固定24小时固定过程中可以更换2-3次新鲜固定液固定目的是保持细胞结构，防止自溶，增强染色体染色效果解离染色固定后的根尖用蒸馏水洗净，放入1N HCl中于60℃水浴解离8-10分钟解离处理可水解细胞壁和胞间物质，使细胞易于分散随后用蒸馏水洗净，放入醋酸洋红或醋酸龙胆紫溶液中染色10-20分钟制片与观察取出染色的根尖，放在载玻片上，切取根尖1-2mm的区域分生组织区，加一滴45%醋酸，盖上盖玻片用拇指垂直按压盖玻片，使细胞分散成单层在显微镜下寻找中期分裂相，计数染色体数目正常二倍体甜瓜2n=24，四倍体2n=48每个样品应计数至少20个分裂相，以确保结果可靠多倍体田间性状表现观察观察指标测量方法样本量要求数据记录株高从地面到主蔓顶端的垂直高度≥10株/处理定期测量，记录生长曲线茎粗主蔓基部第一节间的直径≥10株/处理使用游标卡尺测量叶片特征完全展开的第5-7片真叶≥20片/处理长度、宽度、厚度、叶面积气孔特征叶片下表皮指甲油印痕法≥10片叶/处理气孔密度、长度、宽度花器官完全开放的雄花和雌花≥20朵/处理花径、花瓣长宽、花粉量结实率人工授粉后的坐果比例≥50朵花/处理结果数/授粉花数×100%果实性状成熟果实≥20个/处理重量、大小、形状、种子数多倍体种群管理与繁育田间管理技术授粉与结实种子采收与处理多倍体甜瓜的田间管理与常规甜瓜有一定差四倍体甜瓜花粉活力较低，自然授粉条件下多倍体甜瓜种子的产量通常低于二倍体，需异首先，多倍体苗期生长较慢，需延长育结实率不高为提高结实率，可采用人工辅要更精细的管理果实完全成熟后采收，后苗期5-7天，移栽时选择大小一致、生长健助授粉，选择晴朗天气的上午9-11点进行，熟3-5天，取出种子，洗净晾干种子纯度壮的幼苗栽培密度应适当降低，四倍体甜使用当天开放的花粉，每个雌花授粉2-3鉴定至关重要，可通过形态观察初筛，再用瓜的推荐密度比二倍体减少15-20%，以适次也可喷施

0.001-

0.002%的赤霉素溶流式细胞仪抽检，确保种子的倍性纯度在应其更大的植株体型液，促进坐果98%以上储藏条件为低温4-10℃、低湿相对湿度30-40%，可保持较高发芽率2-3年多倍体种质资源保存种子保存离体保存多倍体甜瓜种质资源的长期保存主对于低结实率或不结实的多倍体材要采用种子低温储藏法种子含水料，可采用组织培养保存常用方量控制在5-7%，密封包装后在-法包括最小生长保存降低温度至18℃深低温条件下保存，可维持15-18℃，添加生长抑制剂和超低活力10-20年为确保安全，通常温保存植物材料用保护剂处理设置基础库和活性库两套系统，基后，置于液氮中长期保存超低础库严格控温控湿，减少取用；活温保存技术可将多倍体甜瓜种质资性库条件相对宽松，用于日常研究源的保存时间延长至数十年甚至更和交换长信息系统建设建立完善的多倍体甜瓜种质资源信息管理系统，记录资源的来源、倍性、形态特征、农艺性状、抗性表现、分子标记数据等信息采用标准化描述符系统，便于国内外资源交流与共享通过定期活力监测和更新，确保种质资源的可持续利用多倍体与二倍体甜瓜杂交育种二倍体四倍体三倍体四倍体四倍体四倍体三倍体无籽甜瓜配套二倍体品种→→××将二倍体作为父本，四倍体作为母本进行不同来源的四倍体甜瓜之间杂交，可聚合在商业生产中，三倍体无籽甜瓜通常需要杂交，可直接获得三倍体后代这是目前多种优良性状，培育性状更优的四倍体新种植二倍体授粉树，以提供花粉刺激果实获得无籽甜瓜最主要的途径由于四倍体品系由于同倍性杂交，后代遗传较为稳发育理想的授粉树应具有花期与三倍体母本结实率较低，通常进行大量授粉以保定四倍体间杂交的杂种优势通常强于二一致、花粉量丰富、易于与三倍体区分等证足够的种子数量三倍体种子发芽率普倍体间杂交，在抗性、品质等方面表现明特点目前已培育出专用于授粉的二倍体遍低于二倍体，播种前用赤霉素GA3浸显此杂交组合在培育作为三倍体亲本的品种，其果实外观或成熟期与三倍体明显种可显著提高发芽率优良四倍体方面具有重要价值不同，便于田间管理和采收分拣多倍体配种方案设计明确育种目标确定目标性状和优先级顺序亲本资源评估2评价并筛选遗传多样性丰富的优质种质设计杂交组合基于遗传互补性原则组合亲本杂种评价体系建立科学的选择标准和评价方法扩繁与利用优良材料稳定化和规模化繁殖甜瓜多倍体育种中，亲本选择至关重要对于三倍体无籽甜瓜育种，应选择结实率高、种子丰满的四倍体作为母本，选择花粉量大、花期稳定的优质二倍体作为父本四倍体甜瓜直接利用育种中，应注重选择遗传稳定、生育力较高的四倍体材料杂交组合数量应根据资源、设施和人力合理设计通常采用多点测试法评价杂种表现，在不同环境条件下考察性状表现的稳定性对有发展潜力的组合，应进行至少2-3年的区域试验和生产试验，全面评价其农艺性状和商品性能多倍体后代的品质改良实践多倍体抗逆性品种案例四倍体抗病甜瓜抗四号抗四号的抗逆特性及应用11中国农业科学院研究人员通过筛选自然四倍体种质资源，发现一除白粉病抗性外，抗四1号还表现出对多种非生物胁迫的抗性份对白粉病具有高抗性的野生四倍体材料C.melo var.在18/10℃昼/夜低温环境下，抗四1号保持正常生长发育，而agrestis通过将其与优质栽培四倍体甜蜜素杂交，经多代选二倍体对照生长受到严重抑制在轻度盐碱地土壤电导率4-择，培育出兼具抗病性和优良品质的四倍体品种抗四1号6mS/cm种植条件下，抗四1号产量下降不超过10%，而二倍体对照下降30%以上田间试验结果表明，抗四1号对白粉病Sphaerotheca fuliginea的抗性指数达到

0.50-9级评分系统，0为免疫，9为极敏感，而抗四1号已在华北和西北地区推广种植，既可作为抗病品种直接二倍体对照品种的抗性指数为

7.0分子生物学研究发现，抗性生产，也可作为优良亲本用于三倍体无籽甜瓜的育种此案例展增强与四倍体中病程相关蛋白PR蛋白表达量增加、细胞壁结构示了多倍体在抗逆育种中的独特优势，为甜瓜育种提供了新的技变化以及次生代谢物累积有关术路线多倍体甜瓜产业化难点低结实率问题1四倍体甜瓜自交结实率低，种子产量不足遗传不稳定性2部分多倍体后代出现倍性分离，性状不一致生产成本高种子生产效率低，栽培管理要求高多倍体甜瓜产业化面临的最大障碍是低结实率导致的种子成本高四倍体甜瓜结实率仅为二倍体的40-60%，三倍体种子生产更加困难这主要是由四倍体减数分裂异常导致的配子不育，以及胚乳发育失衡导致的种子败育目前的解决方案包括筛选生育力较高的四倍体亲本；优化授粉技术，如反复授粉和辅助授粉；应用植物生长调节剂如赤霉素促进坐果；开发胚挽救技术提高种子存活率此外，多倍体甜瓜的栽培管理也比常规甜瓜更复杂生长期较长，需要更长的生育期；对水肥管理要求更精细；三倍体无籽甜瓜需要种植授粉树，增加了管理复杂度这些因素共同导致多倍体甜瓜生产成本增加，是推广应用的主要制约因素国内外甜瓜多倍性育种进展中国研究进展日本研究进展美国研究进展中国甜瓜多倍体研究起步日本是甜瓜多倍体研究的美国农业部和多所大学在相对较晚，但发展迅速领先国家之一，特别在三甜瓜多倍体的分子机制研中国农业科学院、中国农倍体无籽甜瓜育种方面成究方面处于领先地位近业大学、新疆农业大学等就显著筑波大学和农研年来，通过机构在甜瓜多倍体诱导技机构开发了高效的原生质CRISPR/Cas9基因编辑术、基因表达调控和品种体融合技术，获得了多个技术，实现了对减数分裂选育方面取得一系列成异源多倍体材料通过流关键基因的定向修饰，开果已培育出蜜甜2号、式细胞分选技术，实现了发出新型诱导非还原配子抗四1号等四倍体新品非还原配子的高效筛选，的方法此外，通过染色系，以及无籽哈密1号等显著提高了三倍体育种效体工程技术，成功将野生三倍体无籽甜瓜品种率市场上已有多个商业种抗病基因导入栽培甜化三倍体品种瓜，扩大了抗病育种的基因库国内外无籽三倍体甜瓜推广亚洲市场欧美市场市场反应与消费趋势日本是无籽甜瓜最早商业化的国家，三西班牙、以色列等国家在无籽甜瓜研发消费者调查显示，无籽特性是提升甜瓜倍体品种Sweet笑颜和星之恋在高端方面投入较大，主要面向欧盟高端市附加值的重要因素，尤其对便携消费和市场占有一定份额这些品种强调便捷场西班牙的Piel deSapo蛙皮型无即食市场具有吸引力然而，与普通甜食用和精美外观，零售价格是普通甜瓜籽甜瓜和以色列的Galia型无籽甜瓜已瓜相比，无籽甜瓜的价格溢价达30-的2-3倍韩国近年来也开发了多个适合在欧洲超市上架美国市场对无籽西瓜50%，限制了其大众市场的普及未来本国市场的三倍体网纹瓜品种中国市接受度高，但无籽甜瓜仍属于小众产市场前景取决于生产成本的降低和品质场尚处于起步阶段，新疆哈密地区的无品，主要在有机超市和高端餐饮渠道销的进一步提升随着生活水平提高和消籽哈密1号试种面积逐年扩大售费升级，无籽甜瓜有望从小众产品逐步扩大市场占有率多倍性结合分子育种新技术分子标记辅助选择基因组编辑技术组学技术应用加速育种技术利用与目标性状紧密连锁的分子利用CRISPR/Cas9系统精确修饰通过转录组、代谢组等多组学分利用温室隔离设施和组织培养技标记，在幼苗期筛选携带目标基甜瓜基因组，可定向改变果实品析，揭示多倍体甜瓜性状变化的术，实现多倍体甜瓜一年多代快因的多倍体植株，提高选择效质、抗性等关键性状在多倍体分子机制，为定向改良提供理论速繁殖，显著缩短育种年限率，缩短育种周期特别适用于中，基因编辑可同时修饰多个等依据和新策略抗病性等难以直接表型鉴定的性位基因，效果更为显著状多倍体新品种审定与推广流程区域试验新选育的多倍体品种需在2-3个代表性区域进行为期2年的区域试验，全面评价其产量、品质、抗性等性状试验设计需符合农业部生产试验门规定的标准，包括随机区组设计、适当重复次数和标准对照品种等要求通过区域试验的品种进入生产试验阶段，在目标推广区域进行较大面积通常5-10亩的试种，评价其在实际生产条件下的表现和农艺措施的适应性同时收集种植户反馈，完善栽培技术规程品种审定准备品种审定材料，包括品种特征特性描述、试验数据报告、DNA指纹图谱、种子纯度检测报告等，向省级或国家级作物品种审定委员会申请审定多倍体品种需特别说明倍性和鉴定方法，提供种子品种保护繁育和纯度维持技术对具有独特性、一致性和稳定性的多倍体新品种，向农业农村部植物新品种保护办公室申请品种权保护提交品种详细特性描述、区别性证明材料和实物样品，经审查和现场测试后授予品种权证书推广应用审定通过的品种进行种子繁育和市场推广，包括编写品种栽培技术手册、开展技术培训和示范基地建设等多倍体甜瓜品种推广初期通常采用公司+基地+农户模式，确保技术服务到位多倍体甜瓜田间试验案例一32试验地点数量连续试验年限分别位于北京昌平、河北保定和山东寿光的试验基地2020-2021年连续两年进行田间评价试验9待评测材料数量包括4个四倍体新系、3个三倍体组合和2个对照品种此案例是对新选育的多倍体甜瓜材料进行的系统评价试验试验采用随机区组设计，3次重复，小区面积20m²调查指标包括产量构成因素单株坐果数、平均果重、产量、品质指标可溶性固形物含量、风味评分、货架期、抗性表现主要病害自然发病率和农艺性状生育期、果实均一性等试验结果表明，四倍体KB-41和三倍体HB-12在综合性状上表现突出KB-41在三个点平均单果重达到

1.8kg，比对照增加25%；糖度稳定在14-15%，比对照高2个百分点；白粉病自然发病率低于5%，显著优于对照三倍体HB-12结合了无籽特性和优良品质，在消费者盲评中获得最高评分基于两年试验结果，推荐这两个材料进入品种审定程序多倍体甜瓜田间试验案例二多倍体对甜瓜商品性的影响外观与规格货架期与耐运输性四倍体甜瓜通常果形更圆整，大小更均一，表四倍体甜瓜表现出更长的货架期和更好的耐运皮网纹或条纹更为清晰鲜明这些特征有助于输性，这主要得益于其更厚的果皮和更紧密的提升产品的视觉吸引力和辨识度四倍体果实果肉结构实验数据表明，在室温25℃条件通常比二倍体增大15-30%，可满足高端市场对下，四倍体甜瓜的平均货架期比二倍体延长5-7大果型的需求不过，过大的果实在小家庭消天，这对远距离运输和长期销售具有明显优费中可能不够实用，需根据目标市场进行选势择•果皮更厚，不易损伤•果形更规整，大小更一致•水分流失率降低30%•表皮特征网纹、条纹更明显•后熟速度较慢，保鲜期延长•标准化程度高，便于包装消费者接受度三倍体无籽甜瓜在消费者调查中表现出较高的接受度，尤其受到追求便捷食用体验的年轻消费者欢迎四倍体甜瓜因其浓郁的风味和更高的糖度，在高端市场有一定优势，但较高的价格和较少的种子产量限制了其大规模推广•三倍体无籽特性提升便捷性•四倍体风味浓郁，适合精品市场•价格接受度是关键限制因素甜瓜多倍体的市场应用前景无籽甜瓜市场优质四倍体甜瓜特色农业与生态种植三倍体无籽甜瓜在高端水果市场和特殊用途领四倍体甜瓜以其更高的糖度、更浓的香气和更多倍体甜瓜的抗逆性强，尤其适合生态农业和域具有良好前景预计到2028年，中国无籽甜长的货架期，在精品水果市场拥有独特优势有机种植模式在西北盐碱地和边际土地上种瓜市场规模将达到15亿元，年复合增长率约为大而甜的特点符合中国消费者对优质水果的认植抗逆性强的四倍体甜瓜，可提高土地利用效12%便捷食用是其核心竞争力，特别适合生知高端礼品市场和农产品直销平台是其主要率此外，多倍体甜瓜与特色农业、观光农鲜切块、即食包装和食品加工领域目前主要销售渠道虽然单价较高，但利润空间更大，业、农旅融合等新业态结合，能创造更高的产消费群体为城市高收入人群和商务人士适合特色农业和品牌化发展业附加值未来5-10年，随着种子成本降低和栽培技术完善，多倍体甜瓜有望从小众产品逐步扩大市场份额甜瓜多倍体育种遇到的挑战遗传不稳定性技术瓶颈多倍体染色体行为异常导致遗传不稳定多倍体育种面临多项技术难题•减数分裂形成多价体•高效诱导方法有限生殖隔离障碍•后代出现染色体数目变异•大规模筛选成本高市场与产业障碍多倍体甜瓜面临的最大挑战是生殖能•部分性状分离，难以固定•分子机制研究滞后力下降产业化推广面临诸多现实困难•花粉活力降低30-50%•种子成本高，难以规模化•胚胎发育异常导致种子败育•栽培技术复杂，农户接受度低•种子生产效率低，成本高•市场认知度不足，推广难度大21甜瓜多倍体育种未来展望智能育种新模式人工智能与多组学数据融合指导精准育种基因组编辑技术突破精准修饰减数分裂关键基因改善多倍体育性高效多倍体诱导与筛选3自动化高通量技术大幅提升育种效率可持续与生态导向多倍体抗逆特性助力绿色农业发展全球资源整合与协作打破技术壁垒，促进多倍体育种国际合作主要参考文献与进阶阅读近五年甜瓜多倍体育种代表性文献包括王明生等2019《甜瓜多倍体诱导及其形态特征研究》，《园艺学报》415:940-948；张丽华等2021《四倍体甜瓜抗白粉病机制研究》，《中国农业科学》543:567-578；李强等2022《基于CRISPR/Cas9系统的甜瓜减数分裂基因功能研究》，《分子植物育种》202:112-121进阶阅读推荐专著《作物多倍体育种理论与实践》科学出版社，2020和《甜瓜遗传育种学》中国农业出版社，2021国际期刊Euphytica、Frontiers inPlant Science和Theoretical andApplied Genetics近期发表了多篇甜瓜多倍体研究高质量论文，可作为学术前沿参考美国农业部和欧盟Horizon计划资助的甜瓜基因组学和育种学研究报告也是重要参考资料最新研究动态与学术合作甜瓜多倍体遗传改良国家重点研发计划1中国农业科学院牵头，联合北京大学、中国农业大学等单位开展的多倍体甜瓜基础理论与应用技术研究项目重点解决多倍体甜瓜育性低下和稳定性差的问题，开发新型无籽甜瓜品种一带一路甜瓜种质资源国际合作计划2中国—中亚—西亚甜瓜种质资源收集与评价国际合作项目，已征集到超过2000份甜瓜种质资源，其中包含多份自然多倍体资源，为多倍体育种提供了丰富材料中日甜瓜多倍体育种技术交流项目3与日本筑波大学合作开展的技术交流项目，引入先进的原生质体融合技术和非还原配子筛选方法，提升中国甜瓜三倍体育种水平目前，甜瓜多倍体研究的热点领域包括基于CRISPR/Cas9技术的减数分裂基因定向编辑；全基因组关联分析GWAS鉴定多倍体甜瓜重要农艺性状的分子标记；三倍体无籽甜瓜的商业化种子生产技术；多倍体甜瓜特异代谢产物的鉴定与调控机制研究等各研究机构欢迎相关领域的科研人员和学生参与合作研究有意向者可通过课程后提供的联系方式进行咨询，或参加每年举办的中国瓜类作物遗传育种学术研讨会进行交流课堂讨论与思考题多倍体育种关键技术难点分析多倍体创新育种方案设计12基于本课程所学内容，分析多倍体甜瓜育种中的关键技术难点，并分组设计一个甜瓜多倍体育种方案，要求明确育种目标、亲本选择提出可能的解决方案思考如何平衡生育力与品质性状之间的矛依据、技术路线、预期成果和可能遇到的问题方案应包括亲本材盾？不同多倍化途径各有哪些优缺点？料的筛选、多倍体诱导方法、鉴定技术、选择标准和稳定性评价等环节多倍体育种的经济可行性分析多倍体育种与其他育种技术结合的前景34从种子生产成本、栽培技术要求、市场定位和消费者接受度等角探讨多倍体育种与分子标记辅助选择、基因编辑、远缘杂交等技术度，分析多倍体甜瓜品种的经济可行性讨论多倍体甜瓜在什么结合的可能性和前景分析这些技术整合后可能带来的协同效应，条件下具有产业化潜力？如何平衡技术投入与经济回报？以及在实际应用中可能面临的挑战总结与答疑开放性问题讨论核心要点总结多倍体甜瓜育种仍面临一系列未解决的科学问题，如课程内容回顾甜瓜多倍体育种的核心在于平衡多倍体带来的优势多倍化对基因表达调控网络的影响机制、多倍体减数本课程系统介绍了甜瓜多倍体育种的基础知识、技术如品质改良、抗性增强与缺陷如生育力下降、稳定分裂异常的分子基础、多倍体与环境互作的特殊规律方法和应用前景从多倍性基本概念入手，详细讲解性差，关键技术包括高效诱导、准确鉴定和稳定性等这些问题既是挑战，也是未来研究的方向和机了甜瓜多倍体的诱导方法、鉴定技术、选育策略和应选择多倍体育种结合现代生物技术，为甜瓜品种改遇用案例通过理论与实践相结合的方式，使学生建立良提供了新的技术路线和方法，具有重要的理论意义了完整的甜瓜多倍体育种知识体系和应用价值欢迎同学们提出问题进行讨论，特别是关于实验操作技术、数据分析方法或理论理解方面的疑问课后可通过电子邮件或实验室预约时间进行进一步交流建议有兴趣的同学可以参与实验室的多倍体甜瓜育种项目，获得更深入的研究实践经验。