Question

【題目】雜交水稻是我國(guó)對(duì)當(dāng)代世界農(nóng)業(yè)的巨大貢獻(xiàn)，在實(shí)際種植過程中體現(xiàn)了巨大的雜種優(yōu)勢(shì)。

（1）雜交水稻自交后代會(huì)產(chǎn)生性狀分離，其原因是雜交水稻在減數(shù)分裂過程中發(fā)生了________的分離，導(dǎo)致其品質(zhì)下降，因此不可直接留種。

（2）傳統(tǒng)的雜交水稻制種過程中，需要選擇花粉敗育的品種（不育系）作為母本，這樣可以避免自花受粉。為了解決不育系的獲得和保持問題，科研人員做了如下研究：

①水稻的雄性可育是由N基因決定的，人工誘變處理野生型水稻，最終獲得基因型為nn的雄性不育植株。讓該植株與野生純合水稻雜交，得到的F1代________（可育/不可育）。

②為快速篩選可育種子與不育種子，科研人員將基因N、花粉敗育基因M（只在配子中表達(dá)）、紅色熒光蛋白基因R一起構(gòu)建重組Ti質(zhì)粒，可采用________法將其導(dǎo)入雄性不育植株（nn）細(xì)胞中，獲得雄性可育雜合體轉(zhuǎn)基因植株（已知N-M-R所在區(qū)段不發(fā)生交叉互換）。該植株自交得到的種子中紅色熒光：無熒光=________。選擇________種子種植自交，可繼續(xù)獲得不育類型。

（3）科研人員嘗試讓雜交水稻通過無性繁殖產(chǎn)生種子，解決留種繁殖問題。

①研究發(fā)現(xiàn)，來自卵細(xì)胞中B基因的表達(dá)是啟動(dòng)受精卵發(fā)育成胚胎的必要條件，機(jī)制如下圖所示：

據(jù)圖分析，敲除精子中B基因后，則受精卵中來自卵細(xì)胞的B基因________。若讓卵細(xì)胞中的B基因表達(dá)，該卵細(xì)胞可直接發(fā)育為________植株，因其不可育則不能留種繁殖。

②科研人員發(fā)現(xiàn)敲除雜交水稻中控制減數(shù)分裂的R、P、O三個(gè)關(guān)鍵基因，利用MiMe技術(shù)使其卵原細(xì)胞以有絲分裂方式產(chǎn)生“卵細(xì)胞”，則獲得的“卵細(xì)胞”與雜交水稻基因型________。

③基于上述研究，請(qǐng)你設(shè)計(jì)雜交水稻保持雜種優(yōu)勢(shì)適宜留種繁殖的方案：________。

Answer 1

【答案】等位基因 可育 農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化（基因槍） 1:1 紅色熒光 不能表達(dá) 單倍體 一致 敲除雜交水稻中控制減數(shù)分裂的三個(gè)關(guān)鍵基因，同時(shí)讓該水稻卵細(xì)胞中B基因表達(dá)（B蛋白），以此獲得種子

【解析】

基因分離定律和自由組合定律的實(shí)質(zhì)：進(jìn)行有性生殖的生物在進(jìn)行減數(shù)分裂產(chǎn)生配子的過程中，位于同源染色體上的等位基因隨同源染色體分離而分離，位于非同源染色體上的非等位基因進(jìn)行自由組合。

雜交育種是將父母本雜交，形成不同的遺傳多樣性，再通過對(duì)雜交后代的篩選，獲得具有父母本優(yōu)良性狀，且不帶有父母本中不良性狀的新品種的育種方法。

（1）雜交育種過程中，后代會(huì)發(fā)生性狀分離的根本原因是減數(shù)分裂過程中等位基因發(fā)生了分離。

（2）①已知水稻的雄性可育是由N基因決定的，人工誘變處理野生型水稻，最終獲得基因型為nn的雄性不育植株，讓該植株與野生純合水稻NN雜交獲得的后代基因型為Nn，是可育的。

②由于雄性不育植株無法形成花粉管，因此將重組Ti質(zhì)粒導(dǎo)入雄性不育植株（nn）細(xì)胞可以用農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法或基因槍法，而不能使用花粉管通道法。由于與R基因連鎖的基因M導(dǎo)致花粉敗育，但是不影響卵細(xì)胞的形成，因此該植株自交得到的種子中紅色熒光：無熒光=1:1；選擇紅色熒光種子種植自交，可繼續(xù)獲得不育類型。

（3）①據(jù)圖分析，精子中的B基因可以表達(dá)，而卵細(xì)胞中的B基因不能表達(dá)，因此若敲除精子中B基因，則受精卵中只有來自于卵細(xì)胞中的B基因，是不能表達(dá)的；已知來自卵細(xì)胞中B基因的表達(dá)是啟動(dòng)受精卵發(fā)育成胚胎的必要條件，圖中顯示受精卵中卵細(xì)胞的B基因表達(dá)了，所以受精卵發(fā)育成胚胎了，因此若讓卵細(xì)胞中的B基因表達(dá)，該卵細(xì)胞可以直接發(fā)育為個(gè)體，為單倍體，是高度不孕的。

②有絲分裂產(chǎn)生的子細(xì)胞基因型不變，因此卵原細(xì)胞以有絲分裂方式產(chǎn)生“卵細(xì)胞”，其基因型與雜交水稻的基因型相同。

③結(jié)合以上分析可知，要求雜交水稻保持雜種優(yōu)勢(shì)適宜留種繁殖，則應(yīng)該讓其不能進(jìn)行減數(shù)分裂，只能進(jìn)行有絲分裂，且要讓卵細(xì)胞中的B基因表達(dá)，即敲除雜交水稻中控制減數(shù)分裂的三個(gè)關(guān)鍵基因，同時(shí)讓該水稻卵細(xì)胞中B基因表達(dá)（B蛋白），以此獲得種子。