通過雜交基因不同的植物，可以得到成長得更快、產出更多種子和果實的作物，農人善用這個原理去改良玉米、向日葵等農作物，提高產量。不過，雜交植物種類往往需要植物經過很長時間，才能固定優良性狀，培育出適合的品種。近日有科學家發現了利用單性繁殖的方法去培育向日葵，能夠加速葵花籽的生產周期，這次就跟各位分享一下這個最近的發展。

一般來說，常見動植物的基因一部分來自父親，而另一部分則源於母親。不過，這個說法並非「金科玉律」：在單性生殖（parthenogenesis）的情況下，還未受精的卵子沒有接受雄性的精子細胞就開始發育，胚胎就只有母本的基因，而不似有性生殖的胚胎有父母雙方的基因。

經染色體加倍後，就可以讓原來只有一份基因的胚胎，變成有兩份基因的胚胎，向日葵就能夠快速生產葵花籽。

單性生殖很少在開花植物身上發生，這與它們雙重受精的機制有關。一般來說，被子植物的花粉有兩個精子細胞，一個用來令卵子受精，另一個則負責令「中央細胞（central cell）」受精。中央細胞位於植物的胚珠（ovule）之中，是一個體積較大的細胞，在受精後就會發展成充滿營養的胚乳（endosperm），支持日後胚胎的生存和成長。單性生殖得來的種子大多缺少了胚乳，所以通常難以繼續發展。

近日，研究人員在眾多平常的葵花籽中觀察到一些較細小的種子，這些細小的種子也可以發芽成長，只是葉子和上面的氣孔都比其他種子要細小。

發育無須胚乳 突破現有認知

經基因分析，確認這些的確是經由單性生殖（孤雌生殖）得來的種子，顯微鏡下可以發現它們並沒有胚乳，證明要發芽長大，胚乳並不一定是必需的；但是由這些種子長成的植物相較正常作物更為細小，且出現一些異常，又反映出胚乳對植物發育有重要作用。

為什麼葵花籽的成長不需要胚乳？研究人員懷疑，這是因為葵花籽不似其他五穀種子那樣把大部分的營養藏在胚乳，而是收集在子葉（cotyledon）之中。類似的雙子葉植物（種子中共有兩棵子葉）很多，但在這些品種之中，暫時只發現經單性生殖的葵花籽能夠發芽和成長。

由此推斷，單性生殖太容易應該不是好事，其他的胚胎有兩份基因，假如其中一份有任何異變，可以被另一份基因壓抑下去；而來自單性生殖的胚胎只有一份基因，因此有害異變的效果很容易顯現出來。這一發現令學術界對植物生殖的認知更進一步。

小結

單性生殖為什麼會在大自然中出現，是否為了應付缺乏雄性的環境？這個問題的謎底人類尚未揭曉，不過，運用今次分享的研究結果，科學家們已經開發出完整的流程去生產葵花籽。希望在未來進一步優化這個流程，應用到其他農作物之上，能夠縮短農產品的成長周期，解決糧食問題。

●杜子航 教育工作者

早年學習理工科目，一直致力推動科學教育與科普工作，近年開始關注電腦發展對社會的影響。