種なし果物と野菜

背景

栽培され、販売され、食べられる果物は、本質的には植物の成熟した卵巣です。野生では、実を結ぶ植物は、熟した果実を地面に落とすか、動物に食べられて種子を排出することにより、種子を広げます。おいしい果物は、植物がその種子を渡すメカニズムにすぎません。しかし、人間の消費者の観点からは、種子は厄介なものになる可能性があります。たとえば、硬くて苦い種子を吐き出すと、ブドウを食べる喜びが減ります。その結果、園芸家は人気のある果物や野菜の種なし品種を開発しました。種なし品種は米国のブドウ市場の半分以上を占め、種なしネーブルオレンジはオレンジ産業の主力であり、種なしスイカは1990年代の発売以来人気が高まっています。種なしの果物と野菜は、細心の注意を払った交配によって生産され、商業的な実行可能性に新しい株をもたらすには数十年かかる場合があります。

歴史

農業の黎明期から、小さな種子や大きな果実など、望ましい結果を得るための植物の注意深い育種が行われてきました。植物育種の科学的基盤は、19世紀半ばにグレゴールメンデルの研究によって理解され始めました。 1856年、遺伝学の父であるメンデルは、世代間の植物形質の伝達を管理する統計法に関する彼の発見を最初に発表しました。メンデルは、彼の庭のエンドウ豆植物の特定の特性がどのように次の世代に受け継がれるかを研究し、遺伝の原因となる植物内のある種のユニットのアイデアを考案しました。彼の作品はしばらく休耕し、その後20世紀初頭に急速に拡大しました。 20世紀の半ばまでに、研究者たちは、遺伝が遺伝子によって伝達されることを確立しました。遺伝子は、特徴的な特性をもたらす化学情報を表現します。種なし果実の場合、遺伝的伝達の詳細をより深く理解することが重要です。植物や動物の遺伝子は通常、対立遺伝子と呼ばれるペアで展開されます。対立遺伝子の1つの遺伝子は通常優性であり、他の遺伝子は劣性です。これは、通常、生物の生物学的構成で発現される形質は1つだけであることを意味しますが、その形質には2番目の遺伝子がまだ存在します。生物のすべての細胞は、その核に染色体と呼ばれるそれ自体の完全な遺伝子地図を持っているので、これは重要です。細胞が分裂すると、染色体が2倍になり、コピーが新しい細胞に入ります。例外は、性細胞、卵子、精子です。これらの細胞は、遺伝物質の半分、つまり1つの染色体、または各遺伝子ペアの半分しか運びません。卵子と精子が出会うと、遺伝子のペアが再結合し、有性生殖によって作成された新しい個体は、それぞれの親から半分が継承された、新しい完全な遺伝物質のセットを持ちます。伝統的な植物育種では、園芸家は、たとえば小さな種子を持つ植物を一緒に育種することによって、形質を最適化しようとします。新世代の植物が両方の親から小さな種子の遺伝子を受け継いでいる場合、それは小さな種子も持っているはずであり、この形質をその子孫に順番に渡すことができるはずです。多くの要因が状況を複雑にしているため、実際の状況では、子孫のごく一部だけが望ましい特性を示している可能性があります。

種なしオレンジと種なしブドウは、天然に存在する種なし植物の栽培の結果です。ネーブルオレンジは、19世紀にブラジルのプランテーションで見つかった種なしオレンジの木の子孫です。この木は突然変異でした。つまり、その遺伝物質の何かが自発的に変化し、このユニークな植物になりました。オレンジ栽培者は元のへそから新しい木を繁殖させたので、今日市場で入手可能なすべてのへそオレンジはそのブラジルの木の子孫です。一般的なスーパーマーケットの緑の種なしブドウは、おそらく黒海とコーカサス海の間に発生したヨーロッパの種なしブドウ株の子孫です。ブドウ栽培者はこの品種を世界中に広め、同じ種が多くの異なる名前で存在しています。それは少なくとも1872年以来トンプソンの名前で米国で栽培されてきました。他の種なしブドウ品種、赤や黒の品種でさえ、トンプソンの子孫です。トンプソンには、種子が発育を停止させる遺伝的異常があります。花は受粉し、卵子は受精しますが、種子は数週間後に成長を停止します。したがって、ブドウは完全に種なしではありません。むしろ、種子は打ち切られ、果実の中に小さな斑点として存在します。商業生産者は、通常種子の発育によって分泌されるギベリリンと呼ばれる成長ホルモンで植物を処理します。花はホルモンに浸されるかスプレーされるので、ブドウは逮捕された種子にもかかわらず大きくてジューシーになります。

種なしスイカは、1990年代に米国市場で大きな売り手になり始めました。果物を消費するときに硬い黒い種子がほとんどまたはまったくないという便利さに加えて、新しい品種は硬い殻を持っているため、出荷が簡単で、貯蔵寿命が長くなります。種なしスイカは、3セットの染色体を持っているため、種なし、つまり種なしです。この状態は三倍体と呼ばれます。トンプソンブドウや他のほとんどの生物のような標準的なスイカは、2組の染色体を持ち、二倍体と呼ばれます。三倍体スイカを生産するために、二倍体の親は、4つの染色体を持つ四倍体スイカによって受粉されます。有性生殖の間、新しい生物は各親の遺伝物質の半分を継承します。その結果、新しいスイカは2倍体の親から1つの染色体を取得し、4倍体から2つの染色体を取得して、3倍体にします。三倍体雑種は事実上種なしです。種はごくわずかで、植えて新しいスイカを育てることができます。しかし、新しい植物は、果実を生産するために、標準的な二倍体スイカによって受粉されなければなりません。

研究開発

種なし果物または野菜の新株の開発は、骨の折れるプロセスです。研究は通常、農業開発研究所または政府の研究ステーションで働く園芸家によって行われ、そこで彼らは何年も仕事に専念することができます。研究者は何千もの苗木を研究して、望ましい特性を持つ苗木を見つけます。種なし品種を探す際には、他の要因も考慮に入れる必要があります。種なし果実は、風味が良くない場合、病気になりやすい場合、形が崩れている場合など、商業的に実行可能ではありません。種なし果実は、種なし品種と同じくらい優れている必要があります。したがって、研究者は可能性のある植物を繁殖させ、子孫を研究し、これらを他の可能性のある植物と繁殖させます。赤い種なしブドウであるFlameSeedlessの開発者は、クエストの過程で100,000本以上の苗を実験しました。炎を生み出した植物は、5つの異なる品種の交配でした。

種なし果実を育種するための伝統的なプロセスは、種なし雄の系統と種なし雌植物を交配することでした。子孫は約15％の時間種なしでした。そうすれば、この15％から次の世代を生み出すことができます。 1980年代から、園芸家は種なし植物の組織を培養することによってプロセスをスピードアップする方法を見つけました。ブドウの場合、種なし株の打ち切られた種子は、ペトリ皿または試験管で育てられます。次に、これらの種なし株を他の種なし株と交配して、50〜100％種なしの子孫を得ることができます。この技術はブドウで大成功を収めて使用されており、新しい種なし品種を市場に出すのにかかる時間を短縮しています。スイカの場合、種なし植物の発芽先端は、成長調節剤と栄養素で満たされたペトリ皿に置かれ、1つの先端は15ものクローン植物を発芽させます。この技術は、種なしトマトの生産にも使用されています。

栽培

スケールアップ

• 1新しい菌株が開発された後、商業用種子生産者は株のライセンスを取得し、 メンデルの第二法則。 農家に販売するのに十分な規模で十分な種子の生産を開始します。以下のプロセスは種なしスイカ用です。商業用の種子栽培者は、開発者から種子または苗木を入手し、隔離フィールドに植えます。これらは4倍体（4染色体）の植物です。ミツバチが他の品種で種なし植物を受粉しないように、隔離フィールドは他のスイカフィールドから3マイル離れている必要があります。または、隔離フィールドがトウモロコシなどの別の植物に囲まれている場合もあります。隔離フィールドは通常、1〜5エーカーです。栽培者は植物を注意深く維持し、おそらく成長ホルモンでそれらを処理します。ミツバチは植物に受粉し、おそらく数百ポンドのストックシードを生成します。次に、このストックシードは、さまざまな通常の二倍体スイカと一緒に種子生産フィールドに植えられます。植物が開花すると、耕運機は手でそれらを受粉します。男性の二倍体植物からの花粉は女性の四倍体の花に移されます。結果として生じる果実は三倍体の種子を持っています。これらの種子は農家に販売されています。

発芽

• 2三倍体植物は一般に壊れやすく、不適切な温度によって簡単に殺されるため、通常は温室で発芽し、苗として畑に移されます。三倍体の種子にも異常に厚いコーティングが施されているため、農家は発芽を早めるために、植える前に種子の丸い端にニックを入れることがあります。農民は種を軽い培養土に埋め、少量の水を加えます。その場合、温室は約85°F（29°C）に維持する必要があります。ほとんどの種子が発芽した後、温度は70-80°F（21-27°C）の間に下げられます。

フィールド内

• 3苗木が生後3〜4週間で、2〜3枚の葉が生えたら、農家はそれらを畑に移植します。農民はまた、標準的な二倍体スイカを、三倍体の2つまたは3つごとに1列ずつ畑に植える必要があります。これらは、以前に直接畑に播種されたか、同時に移植された可能性があります。二倍体品種は、三倍体と同時にまたはそれより早く成熟するように選択されます。収穫時の混乱を避けるために、二倍体は三倍体とは異なる皮の色を持っている必要があります。そのため、どちらが種なしであるかが明確になります。両方の品種が成長して成熟し、ミツバチが花に受粉します。三倍体植物は種なしスイカを生産します。これらは収穫され、販売されます。来年さらに三倍体のスイカを育てるには、農家は新しい種子からやり直す必要があります。

未来

高度な組織培養法の成功により、種なしの果物や野菜の開発にかかる時間は短縮されています。これは、園芸家が特定の市場のギャップを埋めるために品種を計画できることを意味します。たとえば、黒ブドウがほとんどない8月に成熟する種なし黒ブドウなどです。種なし品種の生産を早める可能性のある別の技術は、遺伝子導入です。生物学者は、成長ホルモンを生成するように植物に指示する果物植物に新しい遺伝子を融合させることができます。成長ホルモンは、受粉しなくても果実の成長を刺激します。受粉していない植物は種子を生成しません。 1990年代後半、この方法はトマトとスイカで成功裏に実施されました。この種のバイオテクノロジーは、植物科学で最も急速に成長している分野の1つです。したがって、将来は、過去に必要とされた長いテストと開発時間なしに、より多くの種なし果物と野菜の品種を生産する可能性があります。