水果里为什么要有籽


我们吃的水果，从植物学上来说，基本都属于被子植物的果实。当果实这个器官在侏罗纪晚期出现的时候，它有着神圣的任务——保护和更好地传播包被在其内部的植物幼体：种子。 “被子植物”这一名称就是这样得来的。有了果实的包被，种子得以更好地传播，也使得我们今天能够吃到美味可口的水果了。



花的子房、胚珠，分别发育成了果实和种子。

双授精以后，种子开始发育，整个子房也在发生着显著的变化：在种子活动的刺激下，子房壁细胞不断分裂膨大，使得整个子房变得膨大疏松起来；同时大量的水和营养物质（蛋白质、糖类、有机酸等）被运输到膨大的子房壁细胞中储藏起来。之后，在果实自身产生的激素乙烯的影响下，整个子房变得厚实而多汁，成为了我们吃到的水果，而里面被包裹着的种子，即是我们讨厌的籽了。有籽水果中，若种子中的胚珠不发育，那么无法产生足够的激素，子房就会萎焉、脱落，不能形成果实。

人们了解了果实和种子形成的过程后意识到，如果能够阻止种子的发育，同时又不影响子房壁的发育，就能得到既鲜嫩多汁，又不用吐籽的无籽水果了。于是，人们就踏上了生产无籽水果的征途。
激素的力量

在植物体内，对促进植物果实发育影响最大的激素有两类：生长素和赤霉素。生长素是由生物体内20种氨基酸之一的色氨酸，经一系列酶促反应生成的，它对于植物体有着至关重要的作用。从种子的萌发、芽的伸长到植物形态的建立，都离不开生长素的参与。



生长素促进植物的向光性、器官生长和膨大。/www.nature.com

再来说说赤霉素。赤霉素名字中的“赤霉”二字，指的是它最初被发现的来源——赤霉菌。在20世纪30年代，日本科学家发现，水稻有时候会被赤霉菌感染，结果就是受到感染的植株长得相当高。通过提取、研究赤霉菌的分泌物，人们发现分泌物中含有能够促使水稻节间细胞快速分裂和伸长的物质。后来经过不断的分离和纯化，后人发现这种物质其实是一大类结构类似、具有相同生理功能的物质，并将这类物质统称为赤霉素。随后的研究也显示，植物自身也能产生赤霉素，来对自身的生理过程进行调节。这里顺便说一句，推动农业“绿色革命”的矮杆水稻，其本质就是赤霉素合成途径上的一个关键基因的突变，使得赤霉素合成障碍而形成的。



赤霉素合成障碍的水稻（左）比普通水稻（右）矮壮。 /Plant Physiology, Fifth Edition

看到这里，也许聪明的读者已经看出端倪了。生长素和赤霉素，都能促进植物细胞的分裂的生长，而果实的发育，其本质就是子房壁细胞的分裂和生长。所有被子植物发育中的种子都能够大量合成生长素及赤霉素，使得果实进行发育。那么在种子不发育的情况下，想办法为果实提供足够的激素，我们就能够获得无籽水果了。
无籽水果的诞生

那么如何能够使得种子在不发育的同时为果实提供足够的激素来促进果实发育呢？有如下的几个方法：

1、为果实施用一定浓度的植物激素，抑制种子发育的同时促进果实发育；

2、通过杂交手段，使得种子不能正常发育，同时给与一定刺激，使果实自身可以产生足够其发育的植物激素；

3、通过寻找植物自身产生的种子不育但能够自身产生植物激素的突变个体，来生产无籽水果。

无籽葡萄是第一类和第三类无籽水果的典型例子。例如，我国栽培面积最大的巨峰葡萄，本身是产生种子的。但如果在葡萄盛花期及幼嫩果穗形成育期用一定浓度的赤霉素进行处理，便可以抑制种子发育，促进果实膨大，从而获得无籽的巨峰葡萄。通过赤霉素处理的葡萄，不仅能够达到较高的无核率，还有增加果粒大小的效果。另外一些葡萄品种，例如“京可晶”、“大粒红无核”等，由于其本身的变异，在授粉之后，受精胚囊很快停止发育，但果实本身可以产生激素，从而使得果实膨大发育为无籽果实。



施用适量赤霉素可以使葡萄无籽且果粒增大。Sylvan Wittwer

无籽西瓜则是采用了第二种方式获得无籽果实。普通西瓜都是二倍体植株，也就是细胞内含有两组染色体，可以正常结籽。人们用秋水仙素处理西瓜，使得其染色体加倍成四倍体，这样的四倍体西瓜也能结籽。但是，当四倍体西瓜与二倍体西瓜杂交后产生三倍体西瓜，它的胚囊在产生卵细胞时染色体会发生混乱，因此不能正常受精成为正常的种子。这时候，再以二倍体西瓜的花粉授粉，花粉中含有的合成生长素的酶系被花粉管带入西瓜果实中，使三倍体西瓜果实内能够合成生长素，结果三倍体西瓜的果实就成为无籽果实。



无籽西瓜内部只有少量发育不全的胚珠。

第三类无籽水果还有柑橘。人们会发现一些柑橘植株的某一枝条上的柑橘全部无核，这是由于这些枝条在芽时由于外界刺激发生了变异，从而使得种子不能发育，但果实本身发育正常。将这些枝条通过扦插、嫁接等方式进行繁育，就可以生产出无籽柑橘。目前市场上的很多无籽柑橘品种，大多数是通过这种方法获得的。

除了上面说的几种水果外，菠萝、香蕉等也是常见的无籽水果，菠萝是利用其不能自花授粉结实的特点来达到无籽目的的，而香蕉本身就是三倍体植株，自然也不会产生种子了。



野生香蕉的种子可是非常大而坚硬的，你当然不希望在香蕉中吃到它。
植物激素VS动物激素

除了和种子产生密切关联的生长素和赤霉素外，植物体内还含有多种其他的激素，包括细胞分裂素、脱落酸、乙烯、油菜素内酯等等。这些激素严密而精确地调节着植物的生长状态和各个生理过程，可以说植物的任何生理过程都离不开植物激素的调节。所以在我们食用植物组织，尤其是果实等植物激素大量产生的部位时，其所含有的内源性植物激素也一并被我们吃了下去。例如在新鲜脐橙果肉中，内源性赤霉素含量可达10微克每克，生长素含量约为1.2微克每克，我们吃上100克脐橙就相当于摄入了1毫克的赤霉素以及120微克的生长素。生长素及赤霉素无毒， [1] 很快会随代谢排出体外，因此对人体并无不良作用。

在农业生产中，人们经常会用一些人工合成的植物激素施用给作物，来获得所期望的性状。这些人工合成的植物激素中，以生长素类似物2,4-D、萘乙酸以及能产生乙烯的乙烯利为多。这些人工植物激素属于低毒农药，且若是超量使用会造成果实异常膨大、易于腐烂；植物体生长障碍甚至死亡等不良影响，因此适用量不会很大。