Многие исследователи, особенно за рубежом, работают над вопросами использования полиплоидии в селекции.

Полиплоидия — это кратное увеличение числа хромосом в клеточных ядрах. Такое явление может возникать в природе естественно и может быть вызвано человеком искусственно. В семействе тыквенных естественные полиплоиды неизвестны.

Русский ученый И. И. Герасимов в конце прошлого века первый экспериментальным путем получил полиплоид у водоросли спирогиры. Этот полиплоид возник от резкого охлаждения водоросли в то время, когда в ее клетках проходил кариокинез.

В настоящее время большинство исследователей для получения полиплоидов применяют алкалоид колхицин. При действии колхицина на растущий орган растений, в котором многие клетки находятся в состоянии кариокинеза, нарушается нормальный процесс расхождения хромосом и возникают клетки с двойным набором хромосом.

Клетки, в которых произошло кратное умножение числа хромосом, становятся большими. Растения с измененными клетками часто бывают значительно крупнее, увеличиваются цветки, плоды, вегетативная масса. В организме изменяются физиологиеские процессы, повышается изменчивость. Однако у большинства полиплоидов снижается фертилыюсть и часто наблюдается замедленный рост. Ценные полиплоиды получены у сахарной свеклы. Гибридные сорта триплоидной сахарной свеклы увеличили выход сахара с гектара на 15-20%.

В Японии начиная с 1938 г. проводились работы по изучению и получению полиплоидных форм для выведения бессемянных арбузов. При действии на обычный арбуз колхицином и образовывалась тетраплоидная форма, которую скрещивали с диплоидной и получали стерильный триплоид (без семян).

Чтобы получить тетраплоиды, семена арбузов высевают в горшки по 2-3 семени. В начале появления первого настоящего листа на точку роста растения наносят одну каплю водного раствора колхицина в концентрации 0,2-0,4%. Это повторяют в течение четырех дней 6 раз: в 1-й день вечером, 2-й и 3-й день утром и вечером и 4-й день только утром. Во время обработки растения защищают от прямого солнечного света, поддерживают повышенную влажность, чтобы колхицин дольше не испарялся.

Кихара и Нишияма установили, что в первом поколении после обработки колхицином можно различить диплоидные и тетраплоидные растения по размеру и форме плодов.

Форма плодов у большинства японских сортов арбуза удлиненношаровидная, у тетраплоидных же растений плоды более округлые и более мелкие.

Надежным признаком распознавания является также размер  пыльцы и устьиц.  Замыкающие клетки устьиц и пыльцевые зерна крупнее у тетраплоидов, чем у диплоидов.

После того как получен тетраплоид, надо позаботиться о его сохранении и размножении. Это трудная задача, так как плодовитость тетраплоидов очень низкая. По данным Норио Кондо, при искусственном опылении завязывается около 15,5% плодов, в каждом плоде в среднем по 50, иногда 120 семян.

Кихара рекомендует помещать тетраплоид на изолированный участок и собирать семена от естественно опыленных плодов.

Полученные тетраплоиды сохраняют свои признаки, и от них ежегодно можно получать триплоиды (бессемянные арбузы) путем скрещивания с диплоидами.

Триплоидные арбузы лучше по качеству, потому что в них нет семян, хотя содержание сахара такое же, как у диплоидов; урожайность их высокая, растения имеют повышенную устойчивость к антракнозу и фузариозному увяданию.

В последнее время триплоидные арбузы начинают приобретать некоторое практическое значение. Большим недостатком триплоидных арбузов является то, что примерно у 10% растений образуются пустые оболочки семян нормального размера и окраски, от нескольких до 100 и более штук в плоде.

Получением триплоидных арбузов занимались также и в США, но по причине высокой стоимости их они не получили там практического применения. Однако после усовершенствования японцами техники получения триплоидных арбузов американцы снова вернулись к ним.

В Японии триплоидные арбузы получают от свободного переопыления обычных сортов с тетраплоидами.

В США Wall получил 84% триплоидных растений от такого свободного переопыления диплоидных и тетраплоидных форм.

При свободном опылении тетраплоидов и диплоидов растения образуют плоды с триплоидными, тетраплоидными и диплоидными семенами, различающимися по внешнему виду. Жизнеспособные триплоидные семена образуются, если тетраплоид — материнское растение, а диплоид — отцовское, при обратном скрещивании образуются только пустые оболочки, семян, Триплоидные семена тоньше тетраплоидных, по этому признаку их можно отделить. Диплоидные семена также тоньше тетраплоидных и имеют менее шероховатую кожуру. Зародыш у них заполняет всю полость, как и у тетраплоидных (90,1 %) так и у триплоидных семян зародыш занимает всего 82,5 % полости.

Агротехника триплоидного арбуза в общих чертах не отличается от культуры обычных сортов, однако есть ряд особенностей.

Поскольку триплоидные семена имеют более толстую оболочку, то, чтобы облегчить их прорастание, часть семенной кожуры рекомендуется удалить, не повреждая зародыша. Арбузы выращивают рассадой в теплице в горшочках. Семена перед посевом обязательно протравливают, высевать их желательно в простерилизованную паром или химическим веществом рыхлую и плодород¬ную почву. Рассаду выращивают в горшках до фазы 2-3 настоящих листьев, затем высаживают на постоянное место.

Вначале триплоидные растения развиваются медленно и отстают от своих родителей, но через 1,5 месяца они обгоняют их и вегетируют значительно дольше.

Пыльца триплоидных растений резко отличается от пыльцы диплоидных и тетраплоидных. Зерна в ней большей частью сморщенные, пустые, встречаются четырех-пластные зерна гигантских размеров.

Партенокарпия у триплоидного арбуза происходит от опыления пыльцой диплоидного арбуза, приносимой насекомыми. Если изолировать цветок, плод не образуется. Поэтому, чтобы обеспечить необходимое количество пыльцы, японцы рекомендуют смешанные посадки триплоидов с диплоидами (на 1 диплоид 4-5 триплоидов). Но диплоиды и триплоиды должны быть морфологически хорошо различимы, чтобы не смешать плоды разных растений.

Триплоиды высокостерильны, при скрещивании триплоидных и диплоидных особей жизнеспособные семена образуются редко, при этом получаются диплоиды; растений с промежуточным набором хромосом не наблюдалось. Помимо арбузов, полиплоиды получены у огурцов, люффы, дыни и тыквы.

В США и позднее в Германии получили тетраплоидные  формы  огурцов.

Тетраплоидные растения были более мощные, имели маленькие, но широкие и более темно-зеленые листья, чем диплоидные растения. Плоды образовывались короткие и толстые.

Большая работа в РФ была проведена Н. Б. Галченко по получению полиплоидных огурцов. Ей удалось получить 7 тетраплоидных форм для теплицы и 7 для открытого грунта. Для получения полиплоидов она обрабатывает проростки семян огурцов колхицином в концентрации 0,05% при температуре 18-20° в течение 48-72 часов, в зависимости от сорта.

У люффы тетраплоидные формы имеют более толстую кору, короткие плоды, более толстые волокна и очень низкую фертильность.

В США были получены тетраплоиды у дынь, они оказались фертильными и довольно легко дали семена. Плоды тетраплоидов более мелкие, но более вкусные, чем у диплоидов. Растения менее устойчивы к мозаике, но более устойчивы к мучнистой росе, чем диплоиды. Тетраплоиды лучше переносили засуху и низкие температуры, чем диплоиды.

Явление полиплоидии используют для преодоления стерильности отдаленных гибридов через амфидиплоиды. Это показал еще в 1927 г. Т. Д. Карпеченко. Для этого искусственно получают тетраплоиды у намеченных к скрещиванию видов, затем скрещивают эти тетраплоиды. Кроме того, искусственно вызывают полиплоидию у полученных уже межвидовых гибридов первого поколения.

Американские исследователи широко использовали полиплоидию в попытках преодоления бесплодности первого поколения межвидовых гибридов тыквы.

Whitaker и Bohn получили межвидовой гибрид С. реро X С. maxima. Он был бесплоден. Для преодоления бесплодия гибриды первого поколения были обработаны колхицином. Полученные амфидиплоиды давали нормальные мужские цветки с большим процентом нормальной пыльцы. Однако они были самостерильны, и плодовитое потомство получить не удалось даже с помощью полиплоидии.

При скрещивании видов С. maxima X С. moschata первое, поколение было обработано колхицином и получен амфидиплоид — самофертильный, но стерильный при скрещивании с родительскими формами. Однако, несмотря на применение полиплоидии, американским ученым до сих пор не удалось получить практически ценных сортов от межвидовой гибридизации.

Эти исследования говорят о том, что у тыквенных культур для преодоления стерильности у межвидовых гибридов есть более эффективные приемы: метод предварительного вегетативного сближения и использование смеси пыльцы.

На основании вышеизложенного можно сделать вывод, что многие ученые работали над получением полиплоидных форм тыквенных культур, однако крупных практических результатов пока нет, хотя полиплоидия и вызывает самые разносторонние изменения в признаках и свойствах организма.

Техническая сложность получения полиплоидов, замедленный рост, сниженная фертильность затрудняют создание новых сортов.