专题2 第7讲 雄性不育和各系杂交水稻 （课件）-【步步高】2024年新高考生物考前三个月（鲁湘辽吉）

第7讲 雄性不育和各系杂交水稻 专题二　遗传和变异 内容索引 雄性不育的应用和类型 杂交水稻(一系、两系、三系) 预测演练 考点1 考点2 1.(2023·辽阳高三模拟)水稻中存在雄性不育系。雄性可育(R)对雄性不育(r)为显性，该对基因存在于细胞核中；雄性可育(N)对雄性不育(S)存在于细胞质中，只有细胞质、细胞核均为雄性不育基因时，水稻个体才表现为雄性不育。科研人员将控制水稻大籽粒中淀粉合成的基因Qt导入雄性不育品系获得大粒正常秆品系A、大粒高秆品系B，经筛选鉴定A、B品系仅一条染色体上插入一个Qt基因。 典例示范 考点1　雄性不育的应用和类型 PART ONE 为研究基因的插入位点及对受体植株产生的影响，科研人员利用品系A、B和基因型为S(Rr)的正常粒正常秆雄性可育个体H做了右面实验，请回答下列问题： (1)水稻的雄性不育性状是由细胞核、 细胞质基因共同决定的，其中 N、 R基因的遗传________(填“符合”或“不符合”)自由组合定律，因为自由组合定律的适用条件是_________________________________________ ___________________。水稻可育的基因型有____种。 不符合 有性生殖的细胞核遗传、两对基因位于两对及 以上的同源染色体上 5 可育水稻的基因型包括N(RR、Rr、rr)3种，和S(RR、Rr)2种，共5种。 (2)实验一中，F1不可育的基因型为_______。选取F1中的大粒可育个体自交，F2中重粒不可育∶大粒可育∶正常粒可育比例为1∶2∶1，可推测导入的Qt基因与r基因所在染色体的位置关系为________(填“连锁”或 S(rr) 连锁 “独立遗传”)。实验一的F2中出现了重粒性状，请据题推测其原因：__________________________________________。(重粒是指质量重于大粒) 两个Qt基因指导合成更多的淀粉，使籽粒增重 H和A杂交，后代有可育有不育，A的基因型是S(rr)，H的基因型是S(Rr)，子代雄性不育的基因型是S(rr)；F1中大粒可育个体的基因型为S(RrQt_)，若自交后代重粒不可育∶大粒可育∶正常粒可 育比例为1∶2∶1，可推测导入的Qt基因与r基因在同一条染色体上，即为连锁关系，若是独立遗传应出现9∶3∶3∶1的表型比；Qt是控制淀粉合成的基因，F2中出现了重粒性状，可能是两个Qt基因能指导合成更多的淀粉，使籽粒增重。 (3)将实验二中的大粒高秆可育水稻自交，F2个体中大粒高秆可育∶大粒高秆不育∶正常粒可育∶正常粒不育的比例为3∶1∶3∶1，而不是正常的9∶3∶3∶1，经推测出现该现象的原因是Qt基因的导入不仅使水稻植株高 度发生了变化，还导致实验二的亲本所产生的某一类配子的育性降低，请分析得到该比例的原因是_______________________________________。此时，在F2的大粒个体中，r的基因频率为_____。 Qt基因的导入使得含 Qt 基因的雄配子致死 1/2 B是雄性不育个体，由于Qt 基因的导入，B表现为大粒高秆品系，B的基因型为S(rrQt_)，H的基因型为S(Rr)，子代大粒高秆可育水稻基因型为S(RrQt_)，F2中大粒高秆可育∶大粒高秆不育∶正常粒可育∶正常粒不育的比例为3∶1∶3∶1， 即可育∶不可育＝3∶1，大粒∶正常粒＝1∶1，说明含有Qt基因的雌配子或雄配子致死，因B的基因型为S(rrQt_)，只能作母本，说明产生雌配子过程中没有发生致死，即由于Qt 基因的导入使得含 Qt 基因的雄配子致死。Qt基因和R、r基因的遗传符合自由组合定律，Qt基因引起的配子致死不影响R和r的基因频率，故r的基因频率为1/2。 (4)若(3)中上述推测正确，F2中大粒高秆不育个体与正常粒可育个体杂交，子代高秆可育个体所占比例为______。 1/3 F2中大粒高秆不育个体基因型为S(rrQt_)，只能作母本，配子没有致死，与正常粒可育个体S(R_ _ _)杂交，求子代高秆可育个体S(R_Qt_)的比例，两对性状分开求解，可育即为rr和1/3RR、2/3Rr杂交， 后代出现R_的概率为2/3，Qt_与_ _杂交，后代出现Qt_的概率是1/2，故子代高秆可育个体S(R_Qt_)所占比例为1/2×2/3＝1/3。 雄性不育是指花药或花粉不能正常发育的现象。雄性不育的植株，雌蕊能正常发育。该现象一旦形成，便可遗传。在杂交实验中，其可以免除人工去雄，节省人力。雄性不育可分为三类： (1)细胞核雄性不育：雄性不育的性状受细胞核基因控制，有显性核不育和隐性核不育之分，遗传方式符合孟德尔遗传定律，大多为一对隐性基因控制，如图所示： 应用提炼 (2)细胞质雄性不育：雄性不育的性状完全受细胞质控制，遵循母系遗传规律，用可育的花粉授粉能正常结实，但是F1植株仍表现为雄性不育，因而不能自交结籽。 (3)核质互作雄性不育：雄性不育的性状受细胞核基因和细胞质基因共同控制，该型不育系可实现“三系配套”。保持系是指与雄性不育系杂交能保持它的不育性，恢复系是指与雄性不育系杂交能恢复它的育性。 对点精练 1.大豆含有丰富的优质蛋白，我国栽培大豆的历史非常悠久，享誉世界。大豆的杂种优势能使产量提高13%～20%，但也常因感染大豆花叶病毒而影响产量和品质。回答下列问题： (1)在大豆的培育过程中，研究人员用辐射方法处理大豆，使大豆的核基因发生突变，选育出了大豆植株雄性不育突变体A(花中无花粉或花粉败育，但雌蕊正常)和大豆花叶病毒抗性品系B、C。 某兴趣小组的同学们进行了杂交实验，结果如下表。 项目 子代数量 杂交组合 抗病、雄性不育 感病、雄性可育 (一)B×A 36 0 (二)C×A 34 0 在杂交组合(一)中，亲本作为母本，是________(填“纯合子”或“杂合子”)。 纯合子 在杂交组合(一)中，亲本作为母本，后代没有发生性状分离，所以是纯合子。 (2)为了判断B和C品系中抗性基因和雄性不育基因在染色体上的位置关系，两位同学分别提出了检测思路。同学甲认为：让每个杂交组合的子代自交，观察统计后代的表型及比例。同学乙认为：应该让野生型大豆分别授粉给杂交组合(一)、(二)的子代大豆，分别成为杂交组合(三)、(四)，观察统计后代中的表型及比例。哪位同学的设计可行呢？请说明理由。 __________________________________________________________________________________。 乙可行，杂交组合(一)、(二)的子代全为抗病、雄性不育，产生的花粉不育，所以不能自交 项目 子代数量 杂交组合 抗病、雄性不育 感病、雄性可育 (一)B×A 36 0 (二)C×A 34 0 (3)若乙同学的两个实验现象不相同： ①杂交组合(三)的后代出现抗病雄性可育∶感病雄性不育＝1∶1的现象说明____________________________。 两对基因在一对同源染色体上 项目 子代数量 杂交组合 抗病、雄性不育 感病、雄性可育 (一)B×A 36 0 (二)C×A 34 0 项目 子代数量 杂交组合 抗病、雄性不育 感病、雄性可育 (一)B×A 36 0 (二)C×A 34 0 根据表格中杂交结果，抗病和雄性不育为显性，用A/a表示抗病，B/b表示育性，野生大豆的基因型是aabb，子代的基因型是AaBb。如果杂交组合(三)的后代出现抗病雄性可育∶感病雄性不育＝1∶1，则子代产生了数量相等的基因组成为Ab和aB的配子，因此两对基因在一对同源染色体上； ②杂交组合(四)的后代出现_______________________________________ ________________________________的现象，说明C品系的抗性基因和雄性不育基因位于非同源染色体上。 项目 子代数量 杂交组合 抗病、雄性不育 感病、雄性可育 (一)B×A 36 0 (二)C×A 34 0 抗病雄性不育∶感病雄性不育∶抗病雄性 可育∶感病雄性可育＝1∶1∶1∶1 项目 子代数量 杂交组合 抗病、雄性不育 感病、雄性可育 (一)B×A 36 0 (二)C×A 34 0 杂交组合(四)是野生型大豆(aabb)授粉给杂交组合(二)的子代大豆(AaBb)，如果两对基因位于两对同源染色体上，则子代中基因型、表型及比例为AaBb(抗病雄性不育)∶aaBb(感病雄性不育)∶Aabb(抗病雄性可育)∶aabb(感病雄性可育)＝1∶1∶1∶1。 2.(2023·葫芦岛高三模拟)袁隆平院士发现了雄性不育水稻，进而使得不同品种水稻之间杂交变为可能，以此为基础培育出了“超级杂交水稻”，为解决全球粮食紧缺做出了巨大贡献，其开创的“三系杂交技术”(不育系、恢复系、保持系3个纯合品系)现在仍是水稻育种的重要手段。水稻的育性由核基因和质基因共同决定(如图所示)，可育基因R或N存在时即表现可育，例如S(Rr)、N(rr)等。回答以下问题： (1)水稻的雄蕊多且小，不便于在人工异花传粉过程中进行______操作，所以在发现雄性不育水稻之前很难人为控制不同品种水稻进行杂交；由题干可知，雄性不育系水稻关于育性的基因型为_______。 去雄 S(rr) 水稻是雌雄同体的植物，在人工异花传粉的过程中需要进行人工去雄操作。雄性的育性由细胞核基因和细胞质基因共同控制，基因型包括：N(RR)、N(Rr)、N(rr)、S(RR)、S(Rr)、S(rr)，可育基因R或N存在时即表现可育，故雄性不育系水稻的基因型为S(rr)。 (2)恢复系水稻和保持系水稻都能连续自交并保持其育性，前者给不育系水稻授粉后F1会恢复育性，后者给不育系水稻授粉后F1仍是雄性不育，则恢复系和保持系水稻的基因型分别为_____________________。 N(RR)或S(RR)、N(rr) 同时考虑细胞质基因(N、S)和细胞核基因(R、r)可知，水稻细胞中与育性相关的基因型有N(RR)、N(Rr)、 N(rr)、S(RR)、S(Rr)、S(rr)，雄性不育恢复系(父本)指其与雄性不育系(母本)杂交后，子代能恢复雄性可育，由此推知雄性不育恢复系的基因型为N(RR)或S(RR)。雄性不育保持系(父本)本身表现为可育，其与雄性不育系(母本)杂交后，子代仍表现为雄性不育，由此推知雄性不育保持系的基因型为N(rr)。 (3)现有3个品系的纯合高秆水稻(DD)，其中恢复系高秆水稻发生隐性突变产生了恢复系矮秆水稻(dd)，请设计实验验证控制秆高的基因与控制育性的核基因位于非同源染色体上。(用遗传图解表示，并预测结果) 答案　如图所示 若控制秆高的基因与控制育性的核基因位于非同源染色体上，则两对基因遵循自由组合定律，恢复系 高秆水稻发生隐性突变产生了恢复系矮秆水稻(dd)，以基因型为N(RRdd)或S(RRdd)为父本，雄性不育系S(rrDD)为母本，杂交得F1，F1自交得F2，统计F2的表型及比例。预期结果：可育高秆∶可育矮秆∶不育高秆∶不育矮秆＝9∶3∶3∶1。遗传图解表示如答案所示。 (4)现有普通不育系水稻和优质水稻品系A，品系A具有多个优良性状，且育性基因为N(rr)。如何获得具有优质水稻品系A所有优良性状的不育系水稻？_____________________________________________________ ___________________________________。 将普通不育系水稻与优质水稻品系A杂交，产生的不育子代 继续和优质水稻品系A杂交，重复多代 考点2　杂交水稻(一系、两系、三系) 2.(2022·通化高三模拟)杂种优势广泛存在于动物和植物当中，对推动农业生产做出了重要贡献。但是育种工作者必须每年花费大量的人力、物力和财力进行制种工作；同时由于杂交种不能留种，使得农民每年必须购买新的种子。无融合生殖是一种通过种子进行无性繁殖的生殖方式(不发生雌、雄配子的细胞核融合而产生种子的一种无性繁殖过程)。中国水稻研究所的科研人员对杂交稻的无融合生殖进行了研究，解决了杂交水稻一般需要每年制种的问题。请回答下列问题： 典例示范 PART TWO (1)上述杂交种收获的种子种植后失去原杂交种的优良性状，导致杂交种需要每年制种的原因是___________________________________________ _____。 具备优良性状的杂交种自交，其后代会发生性状 分离 由于杂种优势，具有优良性状的个体为杂合子，其自交后代会出现纯合子，从而导致杂种优良性状不能稳定遗传。 表现出优良性状的杂交种是杂合子，其自交后代可能出现性状分离导致出现纯合子，从而无法保持其杂种优势，因此需要每年制种用于生产。 (2)无融合生殖可以实现杂种优势的固定。研究发现有两个基因控制水稻的无融合生殖过程：含基因A的植株形成雌配子时，减数分裂Ⅰ异常，导致雌配子染色体数目加倍；含基因P的植株产生的雌配子都不经过受精作用，直接发育成个体。雄配子的发育不受基因A、P的影响。用图1所示的杂交方案，获得了无融合生殖的个体。 ①子代中Ⅱ、Ⅲ分别自交后获得种子，则Ⅱ上所结种子胚的基因型是________，Ⅲ上所结种子胚的染色体组数是____个。 aP或ap 3 由于含基因P的植株产生的雌配子不经过受精作用，直接发育成个体。故子代中Ⅱ(aaPp)自交，其作母本产 生的雌配子基因型为aP或ap，直接发育成个体所结种子的胚的基因型为aP或ap。正常水稻为二倍体，正常体细胞中含有两个染色体组。由于含基因A的植株形成雌配子时，减数分裂Ⅰ异常，导致雌配子染色体数目加倍，故子代Ⅲ(Aapp)自交时，若作父本，产生的雄配子中含有一个染色体组，若作母本，产生的雌配子中含有两个染色体组，故受精后所结种子的胚的染色体组数为3个。 ②理论上，子代Ⅳ作为母本能使子代保持母本基因型的原因是_________ _________________________________________________________________________________________________________________________。 母本，基因A保证产生雌配子的基因型为AaPp，基因P保证雌配子(AaPp)不经过受精作用，直接发育成个体，使子代保持母本基因型AaPp Ⅳ作为 (3)我国科研人员尝试利用基因编辑技术敲除杂种水稻的4个相关基因，实现了杂种的无融合生殖(如图2所示)。据图分析，用基因编辑技术敲除的4个基因在实现无融合生殖过程中的作用是________________________ ______________________________。 配子的染色体数目加倍， 受精卵中精子来源的染色体消失 分析图2可知，科研人员利用基因编辑技术敲除杂种水稻的4个基因后，使其减数分裂形成的配子中染色体数加倍，受精完成后，受精卵中来自雄配子(精子)的染色体消失，从而实现无融合生殖。 (4)无融合技术应用于作物育种，可能会导致______________多样性降低，存在生态隐患。 遗传(或基因) 无融合技术应用于作物育种时，人为地使某些染色体在遗传过程中消失，从而导致染色体上所携带的基因与之一并消失，不能遗传给子代，降低了基因多样性，存在生态隐患。 3.三系法杂交水稻是我国最早研究应用的杂交水稻，由不育系、保持系、恢复系三种水稻培育而成，培育过程如图所示。不育系 A的花粉不育，这种雄性不育性状由细胞质基因cms控制，细胞核含有雄性不育保持基因rf。保持系 B能保持不育系的细胞质雄性不育性，其细胞质基因 Cms正常可育，能够自交结实。恢复系R含有恢复雄性可育的核基因Rf，与 不育系杂交产生的三系杂交稻正常可育且具有杂种优势，即 A×R→F1，因为F1的子代的育性、农艺性状等会发生分离，所以 F1种植后不再使用，需每年利用不育系育种。请回答下列问题： (1)在培育杂交水稻时，选育雄性不育植株的目的是_____ _______________________________________。(答出1点) 人工去雄(降低人工成本，提高种子质量) 省去 (2)细胞质不育基因可能存在于________________(细胞器)中。繁殖不育系时，不育系A只能做______(填“父本”或“母本”)；不育系与恢复系间行种植并单行收获的原因是_____________________________________ ____________________________________。 线粒体、叶绿体 母本 间行种植易于不育系与恢复系之间杂交， 单行收获可以分别获得恢复系和杂交种 线粒体、叶绿体中含有DNA，细胞质不育基因可能存在于线粒体、叶绿体中。由于不育系 A的花粉不育，繁殖不育系时，不育系A只能作母本；不育系与恢复系间行种植并单行收获 是因为间行种植易于不育系与恢复系之间杂交，单行收获可以分别获得恢复系和杂交种。 (3)由题图可知，若三系杂交稻中不育系的基因型表示为cms(rfrf)，则保持系的基因型为_________，恢复系的基因型为______________________。 Cms(rfrf) Cms(RfRf)或cms(RfRf) 应用提炼 1.一系法杂交水稻：一系法杂交水稻是选用成型的杂交水稻种子，诱导其产生无融合生殖，即不经过减数分裂和雌雄配子融合而产生种子的繁殖方式，生产相同的杂交水稻种子。因此，如同常规稻一样，一系法的杂交水稻可以由农民自己留种。一系法杂交水稻的关键是实现无融合生殖，无融合生殖的实现条件是第一步阻止卵母细胞减数分裂，从而形成含有二倍体卵细胞的胚囊，保证卵细胞遗传背景与母本完全一致；第二步使二倍体卵细胞不需要受精就能够启动胚胎发生，保证产生的胚胎是与母本基因型完全相同的二倍体。 2.两系法杂交水稻：两系法杂交水稻是利用光温敏不育系水稻为基本材料培育的。光温敏不育系水稻非常神奇，其生育能力是随着光和温度的变化而达到一系两用的目标。具体地说：这种水稻在夏季，长日照、高温下表现为雄性不育，这时所有正常品种都能与其生育，生产杂交种子，这个种子就是两系杂交水稻的种子。这种光温敏不育系水稻在秋季，短日照、低温下又变成了正常的水稻，自己繁殖自己，也就是自己结种。因为水稻是属于雌雄同花的自花授粉植物。这种杂交水稻因为只有不育系(母本)和恢复系(父本)，而不需要保持系(中间体)，所以称两系法杂交水稻。 3.三系法杂交水稻：三系法杂交水稻是由不育系、保持系、恢复系三种水稻培育而成。不育系(代号A)的花粉不育，这种雄性不育由细胞质基因(ms)控制，不育系为生产大量杂交种子提供了可能性；保持系(代号B)能保持不育系的细胞质雄性不育性，其细胞质基因(Ms)正常可育，能够自交结实，借助保持系来繁殖不育系；恢复系(代号R)含有能恢复细胞质雄性不育性的核基因——恢复基因(Rf)，与不育系杂交产生的三系杂交稻正常可育且具有杂种优势，即用恢复系给不育系传粉来生产有杂种优势的杂交稻。 对点精练 3.(2023·朝阳高三期末)水稻为雌雄同株植物，自然状态下自花受粉，实验室培育杂种优势水稻的关键是找到雄性不育系。三系法杂交水稻是我国研究应用最早的杂交水稻，由不育系、保持系、恢复系三种水稻培育而成。不育系的花粉不育，这种雄性不育性状由细胞质基因S控制，细胞核仅含有雄性不育保持基因r。保持系能保持不育系的细胞质雄性不育性，其细胞质基因N正常可育，能够自交结实。恢复系含有恢复雄性可育的核基因R，与不育系杂交产生的三系杂交水稻正常可育且具有杂种优势。 如图表示两组杂交实验的过程。回答下列问题： (1)由图可知，水稻雄性可育的基因型有____种，若不育系的基因型表示为S(rr)，则保持系的基因型为________，图中恢复系的基因型为_______________。 5 N(rr) N(RR)或S(RR) 只有基因型S(rr)表现雄性不育，其他包括N(RR) 、N(Rr) 、N(rr)、S(RR) 、S(Rr) 共5种基因型均表现为雄性可育。保持系能保持不育系的细胞质雄性不育性，其细胞质基因N正常可育，能够自交结实，则保持系的基因型为N(rr)。图中实验一，雄性不育株与恢复系杂交，F1全为雄性可育，图中恢复系的基因型为N(RR)或S(RR)。 (2)进行杂交实验二的目的是_____ _________________________________________________________________________。 获得较多的雄性不育系作为母本进行杂交，同时也能留种为来年杂交育种做准备 为了 (3)在三系法杂交育种中，选育恢复系非常关键。研究人员发现几株性状优良、纯度高但不含R基因的水稻植株(D), 现利用基因工程的技术将两个R基因导入不同的植株D中来培育恢复系，为确定R基因导入的结果，研究人员的思路是______________________________________________ ____________________________________________________________，请依据上述思路完善结果分析： ①若后代雄性不育植株∶雄性可育植株＝1∶1，则说明：____________ ___________________________。 将植株D作为亲本与不育系混合种植，单株收获不 育系植株所结种子后，再种植并统计后代的育性情况及其数量比例 两个R基因导 入到恢复系D的一条染色体上 研究思路是：将植株D作为亲本与不育系混合种植，单株收获不育系植株所结种子后，再种植并统计后代的育性情况及其数量比例。结果分析： 若两个R基因导入到保持系D的一条染色体上，则植株D产生的配子为RR、O(O为不含R或r的染色体)，将植株D作为亲本与不育系(rr) 混合种植，单株收获不育系植株所结种子的基因型为RRr、Or，即后代雄性不育植株∶雄性可育植株＝1∶1。 ②若后代植株均为雄性可育植株，则说明：___________________________ __________________。 两个R基因导入到恢复系D的 一对同源染色体上 若两个R基因导入到保持系D的一对同源染色体上，则植株D产生的配子类型为R，将植株D作为亲本与不育系(rr)混合种植，单株收获不育系植株所结种子的基因型为Rr，即后代植株均为雄性可育植株。 ③若___________________________ ___________，则说明两个R基因导入到恢复系D的非同源染色体上。 后代雄性不育植株∶雄性可育 植株＝1∶3 若两个R基因导入到保持系D的非同源染色体上，则植株D产生配子比例为RR∶RO∶OO＝1∶2∶1，植株D作为亲本与不育系(rr)混合种植，单株收获不育系植株所结种子的基因型及比例为RrRO∶RrOO∶OOrO＝1∶2∶1，即后代雄性不育植株∶雄性可育植株＝1∶3。 4.(2022·本溪高三模拟)水稻是雌雄同花植物，花小且密集，导致杂交育种工作繁琐复杂。“杂交水稻之父”袁隆平率先提出“三系配套法”，即通过培育雄性不育系、保持系和恢复系来培养杂交水稻，过程如图所示。已知水稻的花粉是否可育受细胞质基因(S、N)和细胞核基因(R、r)共同控制，其中N和R表示可育基因，S和r表示不育基因。只有当细胞质基因为S且细胞核基因型为rr[记为S(rr)]时，水稻才表现为雄性不育，其余基因型均表现为雄性可育。 回答下列问题： (1)细胞质中的可育基因N和不育基因S______(填“是”或“不是”)等位基因，理由是_______________________________________________。 不是 N和S是细胞质基因，它们不位于一对同源染色体上 (2)选育恢复系水稻需满足的条件有__________(填序号)。 ①恢复能力强，结实率高　②优良性状多　③花期与不育系水稻接近　④花药发达，花粉量多，易于传播　⑤花期与保持系水稻接近 ①②③④ 选育恢复系水稻需满足恢复能力强，结实率高、优良性状多、花期与不育系水稻接近、花药发达、花粉量多、易于传播等条件，①②③④符合题意。 (3)为了持续获得雄性不育系水稻，应使用雄性不育系水稻与保持系水稻进行杂交，其杂交组合为______(填序号)。 ①S(rr)×S(rr)　　 ②S(rr)×N(RR) ③S(rr)×N(Rr) ④S(rr)×N(rr) ④ 根据题意可知，雄性不育系基因型为S(rr)，为了持续获得雄性不育系水稻，应使用雄性不育系水稻[S(rr)]与保持系水稻[N(rr)]进行杂交。 (4)通过“三系配套法”培育出的杂交水稻基因型为______。杂种子代在多种性状上均优于两个纯合亲本的现象称为_________。利用雄性不育系进行育种的优点是____________________________________。 S(Rr) 杂种优势 避免了育种过程中人工去雄的繁琐操作 恢复系水稻的基因型为S(RR)，雄性不育系基因型为S(rr)，故通过“三系配套法”培育出的杂交水稻基因型为S(Rr)。杂种子代在多种性状上均优于两个纯合亲本的现象称为杂种优势。利用雄性不育系进行育种的优点是避免了育种过程中人工去雄的繁琐操作。 1.(2021·山东，22)番茄是雌雄同花植物，可自花受粉也可异花受粉。M、m基因位于2号染色体上，基因型为mm的植株只产生可育雌配子，表现为小花、雄性不育。基因型为MM、Mm的植株表现为大花、可育。R、r基因位于5号染色体上，基因型为RR、Rr、rr的植株表型分别为：正常成熟红果、晚熟红果、晚熟黄果。细菌中的H基因控制某种酶的合成，导入H基因的转基因番茄植株中，H基因只在雄配子中表达，喷施萘乙酰胺(NAM)后含H基因的雄配子死亡。不考虑基因突变和交叉互换。 1 2 3 4 预测演练 PART THREE (1)基因型为Mm的植株连续自交两代，F2中雄性不育植株所占的比例为______。雄性不育植株与野生型植株杂交所得可育晚熟红果杂交种的基因型为_______，以该杂交种为亲本连续种植，若每代均随机受粉，则F2中可育晚熟红果植株所占比例为______。 1 2 3 4 1/6 MmRr 5/12 1 2 3 4 基因型为 Mm 的植株自交，F1中 MM∶Mm∶mm＝1∶2∶1 ，其中基因型为 MM、Mm 的植株表现为大花、可育， 基因型为mm 的植株只产生可育雌配子，故只有1/3MM和2/3Mm能够自交，则F2 中雄性不育植株mm所占的比例为2/3×1/4＝1/6。雄性不育植株mm与野生型植株杂交所得可育(Mm)晚熟红果(Rr)杂交种的基因型为MmRr，以该杂交种为亲本连续种植，若每代均随机受粉，即自由交配，两对等位基因自由组合，产生的配子有MR、Mr、mR、mr，比例为1∶1∶1∶1， 1 2 3 4 则F1中有9种基因型，分别为：1MMRR、2MMRr、1MMrr、2MmRR、4MmRr、2Mmrr、1mmRR、2mmRr、1mmrr，雌配子种类及比例为MR∶Mr∶mR∶mr＝1∶1∶1∶1，雄配子种类及比例为MR∶Mr∶ mR∶mr＝2∶2∶1∶1，则 F2 中可育晚熟红果植株(基因型为M－Rr )所占比例为 1/4×3/6＋1/4×3/6＋1/4×2/6＋1/4×2/6＝10/24，即5/12。 (2)已知H基因在每条染色体上最多插入1个且不影响其他基因。将H基因导入基因型为Mm的细胞并获得转基因植株甲和乙，植株甲和乙分别与雄性不育植株杂交，在形成配子时喷施NAM，F1均表现为雄性不育。若植株甲和乙的体细胞中含1个或多个H基因，则以上所得F1的体细胞中含有____个H基因。若植株甲的体细胞中仅含1个H基因，则H基因插入了_______所在的染色体上。若植株乙的体细胞中含n个H基因，则H基因在染色体上的分布必须满足的条件是_________________________________ ____________________________________，植株乙与雄性不育植株杂交，若不喷施NAM，则子一代中不含H基因的雄性不育植株所占比例为____。 0 M基因 必须有1个H基因位于M所在染色体上， 且2条同源染色体上不能同时存在H基因 1/2n 1 2 3 4 已知细菌中的H基因控制某种酶的合成，导入H基因的转基因番茄植株中，H基因只在雄配子中表达，喷施萘乙酰胺(NAM)后含H基因的雄配子死亡。H基因在每条染色体上最多插入1个且不影响其他基因。将H基因导入基因型为Mm的细胞，并获得转基因植株甲和乙，则H基因的可能位置有：插入了M基因所在的染色体上、插入了m基因所在的染色体上、插入了2号染色体以外的染色体上，植株甲和乙分别与雄性不育植株mm杂交，在形成配子时喷施NAM，则含H基因的雄配子死亡，F1均表现为雄性不育mm，说明含有M基因的雄配子死亡，即有H 基因插入了M基因所在的染色体上。 1 2 3 4 1 2 3 4 若植株甲和乙的体细胞中含1个或多个H基因，以上所得F1均表现为雄性不育，说明F1 的体细胞中含有0个H基因。若植株甲的体细胞中仅含1个H基因，则H基因插入了M基因所在的染色体上，即H与M基因连锁。若植株乙的体细胞中含n个 H 基因，则H基因在染色体上的分布必须满足的条件是：必须有1个H基因位于M所在染色体上，且2条同源染色体上不能同时存在H基因。植株乙与雄性不育植株杂交，若不喷施NAM，则子一代中不含 H 基因的雄性不育植株所占比例为1/2n。 (3)若植株甲的体细胞中仅含一个H基因，在不喷施NAM的情况下，利用植株甲及非转基因植株通过一次杂交即可选育出与植株甲基因型相同的植株。请写出选育方案：_________________________________________ _________________________________________________________________________________________________。 1 2 3 4 以雄性不育植株为母本、植株甲为父本进行 杂交，子代中大花植株即为所需植株(或利用雄性不育植株与植株甲杂交，子代中大花植株即为所需植株) 1 2 3 4 若植株甲的体细胞中仅含一个H基因，且H基因插入了M基因所在的染色体上，在不喷施NAM的情况下，以雄性不育植株(mm)为母本、植体甲(HMm)为父本进行杂交，雌配子为m，雄配子为HM、m，则子代中大花植株(HMm)即为与植株甲基因型相同的植株(或利用雄性不育株与植株甲杂交，子代中大花植株即为所需植株)。 1 2 3 4 2.(2023·抚顺高三模拟)油菜是我国重要的油料作物，培育高产优质新品种意义重大。油菜的杂种一代会出现杂种优势(产量等性状优于双亲)，但这种优势无法在自交后代中保持，杂种优势的利用可显著提高油菜籽的产量。 (1)油菜具有两性花，去雄是杂交的关键步骤，但人工去雄耗时费力，在生产上不具备可操作性。我国学者发现了油菜雄性不育突变株(雄蕊异常，肉眼可辨)，利用该突变株进行的杂交实验如右： 1 2 3 4 ①由杂交一结果推测，育性正常与雄性不育性状受_____对等位基因控制。在杂交二中，雄性不育为_____性性状。 1 显 分析遗传图解，杂交一中，雄性不育植株与品系1杂交，F1全部育性正常，F1自交获得的F2中育性正常和雄性不育出现3∶1的性状分离比，由此推测雄性不育和育性正常是一 对相对性状，由1对等位基因控制。杂交二中，亲本雄性不育植株与品系3杂交，后代全为雄性不育，说明雄性不育为显性，品系3的性状为隐性。 1 2 3 4 ②杂交一与杂交二的F1表型不同的原因是育性性状由位于同源染色体相同位置上的3个基因(A1、A2、A3)决定。品系1、雄性不育株、品系3的基因型分别为A1A1、A2A2、A3A3。根据杂交一、二的结果，判断A1、A2、A3之间的显隐性关系是_____________________________。 1 2 3 4 A1对A2为显性，A2对A3为显性 (2)利用上述基因间的关系，可大量制备兼具品系1、3优良性状的油菜杂交种子(YF1)，供农业生产使用，主要过程如下： ①经过图中虚线框内的杂交后，可将品系3的优良性状与__________性状整合在同一植株上，该植株所结种子的基因型及比例为_______________ ______。 雄性不育 A2A3∶A3A3＝ 1∶1 1 2 3 4 1 2 3 4 通过杂交二，可将品系3 (A3A3)的优良性状与雄性不育株(A2A2)杂交，得到F1(A2A3)，再与品系3(A3A3)杂交，得到的F2的基因型及比例为A2A3∶A3A3＝1∶1。 1 2 3 4 ②将上述种子种成母本行，将基因型为______的品系种成父本行，用于制备YF1。 A1A1 1 2 3 4 将基因型为A2A3和A3A3的种子种植成母本行，将基因型为A1A1的品系1种成父本行，制备YF1即基因型为A1A3。 ③为制备YF1，油菜刚开花时应拔除母本行中具有某一育性性状的植株。否则得到的种子给农户种植后，会导致油菜籽减产，其原因是_________ ______________________________________________________________________________________________________________________。 中混有品系3(A3A3)自交产生的种子、基因型为A2A3与A3A3的植株杂交所产生的种子，这些种子在生产上无杂种优势且部分雄性不育 所得种子 1 2 3 4 由于母本行基因型是A2A3(雄性不育)和A3A3(雄性可育)，父本行基因型是A1A1(雄性可育)，要得到YF1(A1A3)，需要在油菜刚开花时拔除母本行中某一育性(A3A3)的植株，否则，所得 种子中混有品系3(A3A3)自交产生的种子、基因型为A2A3与A3A3的植株杂交所产生的种子，这些种子在生产上无杂种优势且部分雄性不育，种植后会导致减产。 1 2 3 4 (3)上述辨别并拔除特定植株的操作只能在油菜刚开花时(散粉前)完成，供操作的时间短，还有因辨别失误而漏拔的可能。有人设想：“利用某一直观的相对性状在油菜开花前推断植株的育性”，请用控制该性状的等位基因(E、e)及其与A基因在染色体上的位置关系展示这一设想。         答案　如图所示 1 2 3 4 1 2 3 4 将E基因移入A2基因所在的染色体，将e基因移入A3基因所在的染色体，则表现E基因性状的个体为不育，未表现E基因性状的个体为可育，这样可以通过判断是否表现E基因性状而对基因型为A2A3和A3A3的植株进行判断。 3.(2023·常德高三联考)水稻是二倍体(2n＝24)雌雄同株植物，杂交水稻具有杂种优势现象，即杂种子代在产量和品质方面优于纯合双亲。“三系法”杂交水稻是我国研究应用最早的杂交水稻，由雄性不育系、保持系、恢复系三种水稻培育而成，培育过程如图所示。 1 2 3 4 由于杂交种的子代会发生性状分离，种植后不能再使用，需每年利用雄性不育系制备杂交种。已知水稻的花粉是否可育受细胞质基因(N、S)和细胞核基因(R、r)共同控制，其中N和R表示可育基因，S和r表示不育基因。只有当细胞质基因为S且细胞核基因型为rr记为S(rr)时，水稻才表现为雄性不育，其余基因型均表现为雄性可育。回答下列问题： (1)一株基因型为S(rr)的雄性不育系水稻，与基因型为N(RR)的水稻杂交，产生的F1的基因型为________，F1自交，后代花粉可育与花粉不育的比例是_______。 S(Rr) 3∶1 1 2 3 4 1 2 3 4 一株基因型为S(rr)的雄性不育系水稻与基因型为N(RR)的水稻杂交，由于细胞质基因来自母本，则产生的F1为雄性可育S(Rr)，自交后代中花粉可育与花粉不育基因型及比例为S(R_)∶S(rr)＝3∶1。 (2)研究人员发现几株不含R基因的水稻植株(D)，现利用基因工程的技术将两个R基因导入不同的植株D中来培育恢复系，如图为R基因导入位置的三种情况，其中图_____为我们所需的恢复系，即与不育系S(rr)杂交后，后代均为杂种水稻。 1 2 3 4 Ⅰ 1 2 3 4 若两个R基因导入到保持系植株D的一对同源染色体上(如图Ⅰ)，则植株D产生配子为R，植株D作为亲本与不育系S(rr)混合种植，收获不育系植株所结种子的基因型为S(Rr)，即后代植株均为雄性可育植株； 若两个R基因导入到保持系植株D的一条染色体上(如图Ⅱ)，则植株D产生配子为RR、O，植株D作为亲本与不育系S(rr)混合种植，收获不育系植株所结种子的基因型为S(RRr)、S(rO)，即后代雄性不育植株∶ 雄性可育植株＝1∶1；若两个R基因导入到保持系植株D的非同源染色体上(如图Ⅲ)，则植株D产生配子为RR∶RO∶OO＝1∶2∶1， 1 2 3 4 1 2 3 4 植株D作为亲本与不育系S(rr)混合种植，单株收获不育系植株所结种子的基因型及比例为S(RRr)∶S(ROr)∶S(OOr)＝1∶2∶1，即后代雄性不育植株∶雄性可育植株＝1∶3，则图Ⅰ是我们所需要的恢复系，即与不育系S(rr)杂交后，后代均为杂种水稻。 (3)研究人员将图Ⅱ植株中①号染色体上的一个R基因换为H红色荧光蛋白基因，将图Ⅱ植株与不育系S(rr)杂交后，收获不育系植株所结种子种植并统计，后代出现了无红色荧光杂种植株，推测图Ⅱ植株的初级精母细胞在减数分裂过程中，___________________________发生了交换，导致染色体上的基因重组。通过记录子代中无红色荧光的杂种植株数量与全部植株总数，可计算得到该亲本产生的重组配子占其全部配子的比例，算式为________________________ ______________。 同源染色体的非姐妹染色单体 2×无红色荧光杂种植株 数量/植株总数 1 2 3 4 1 2 3 4 R、H连锁，亲本只能产生两种配子，即RH和O，与不育系S(rr)杂交后不会出现无红色荧光杂种植株，若出现则说明产生了HO的配子，推测其初级精母细胞在减数分裂过程中，同源染色体上的非姐妹染色单体发生了交换，导致染色体上的基因重组。 1 2 3 4 发生同源染色体的非姐妹染色单体交换的性母细胞产生的配子有一半为重组型配子，则通过记录子代中无红色荧光的杂种植株数量与全部植株总数，可计算得到该亲本产生的重组配子占其全部配子的比例，算式为2×无红色荧光杂种植株数量/植株总数。 4.植物的雄性不育(花粉败育，但雌性器官仍然发育正常)一般分为核不育和质核互作不育两大类。类型一：核不育，根据核不育的原因又可分为基因控制的核不育和环境诱导的核不育两种。类型二：质核互作的雄性不育，即雄性不育受到细胞质不育基因和对应的细胞核基因的共同控制，当细胞质不育基因SA存在时，核内必须有相对应的隐性不育基因aa，即个体基因型为SA(aa)时才表现为雄性不育。根据控制雄性不育质核基因的对数可以分为主基因不育和多基因不育两种。回答下列问题： 1 2 3 4 (1)类型一中的基因控制的核不育，即花粉是否可育由细胞核基因的显隐性控制，与细胞质基因没有关系。假定某植物开单性花，其雄性不育由基因R控制，取一杂合雄性不育植株与另一可育植株杂交得到F1，将F1进行自由交配，预测F2雄性不育植株与雄性可育植株的比例为_______。 1∶3 核不育性状符合分离定律，按照题意雄性不育由基因R控制，则亲本基因型为Rr(母本)和rr(父本)，F1基因型为1/2Rr、1/2rr，自由交配采用配子法，雌配子为1/4R、3/4r，由于基因型Rr的植株雄花不育，只有基因型rr的植株产雄配子，配子全为r，所以自由交配结果是雄性不育植株∶雄性可育植株＝1∶3。 1 2 3 4 (2)类型一中的环境诱导的核不育，即花粉是否可育由细胞核基因在特定环境下的表达产物控制。同一植株，在一定条件下花粉可育，在另一特定条件下花粉不育。“两系法杂交水稻”是最为典型的实例，其育种过程如图1所示。 1 2 3 4 1 2 3 4 ①假定有温敏雄性不育植株M、N，且M的雄性不育起始温度低于N，在制备杂交种子时，考虑到温度的日间波动，最好选用植株______(填字母编号)来制种。 M 1 2 3 4 温敏不育和光敏不育是两系杂交水稻的主要模式，雄性不育的起始温度越低，在日间温度波动的情况下雄性可育概率越低，所以选择植株M来制种。 ②图1中，杂合子F1表现出优于双亲的生长状况，也叫杂种优势，但我们一般不继续将F1自交留种，原因是_________________________________ _____________________。 F1自交留种的后代会出现性状分离， 且杂种优势效应会减弱 1 2 3 4 1 2 3 4 杂合子不继续留种的原因有两个：一是子代出现性状分离，相当一部分会表现为隐性，显性纯合子也不具备杂种优势；二是即使是杂合子，杂种优势的力度也会减弱。 ③在长日照下，小麦光敏雄性不育系仍有超5%的自交结实率，为制种带来了一定困难。现有纯合的光颖和毛颖小麦若干，毛颖(P)对光颖(p)为显性，请利用小麦颖的相对性状设计一代杂交实验解决上述问题：_____________ ______________________________________________________________________________________________。 选用光颖(pp) 温敏雄性不育小麦作母本，与纯合毛颖(PP)雄性可育系小麦杂交，并在子代小麦接穗后剔除少数光颖个体 1 2 3 4 1 2 3 4 制种的困难在于自交不可避免，那只要自交后代和杂交后代性状完全不同，就可以达到目的，于是选用光颖(pp)温敏雄性不育小麦作母本，与纯合毛颖(PP)雄性可育系小麦杂交，自交的子代基因 型都是pp，杂交的子代基因型都是Pp，在子代小麦接穗后剔除光颖个体即可。 (3)类型二中的主基因不育，指一对或两对核基因与对应的不育细胞质基因决定的不育性，在这种情况下，显性的核基因能使对应细胞质的不育基因恢复正常。假定某水稻品种为主基因不育型，其花粉是否可育受细胞质基 1 2 3 4 因S、N和细胞核基因A、B共同控制，植株中出现基因型SA(aa)或SB(bb)均表现为雄性不育，其余的都可育。根据图2杂交实验回答： 1 2 3 4 ①预测F2植株中雄性可育与雄性不育的比例为_________。若将亲本恢复系的基因型换成SASB(AABB)，F2的表型______(填“会”或“不会”)发生改变，原因是___________________________ _______________________________。 9∶7 不会 F1的细胞质基因均来自亲代雄 性不育植株，与恢复系的父本无关 1 2 3 4 主基因不育的意思是对应的不育，比如细胞质有不育基因SA，只要细胞核有对应的显性基因A就可以让植株恢复可育，不管核基因型是AA还是Aa都可以，和后面的累加效应形成了对比。 但是这里要注意是A(核)恢复SA(质)，B恢复SB，题目的最后一句比较关键，植株中出现基因型SA(aa)或SB(bb)均表现为雄性不育，就是说第一对质核对应基因或者第二对有一对不育，就是雄性不育。 F1、F2的细胞质都来自母本SASB，F1细胞核基因是双杂，所以只要F2细胞核出现基因型aa、bb都不育，因此可育的有9/16，则不育的有1－9/16＝7/16。细胞质出现基因SA不育，细胞 核只要不出现aa就可育，基因B也是一样的，两对都可育最终才可育，若将亲本恢复系的基因型换成SASB(AABB)与亲本雄性不育株SASB(aabb)杂交，F2的表型不会发生改变，原因是F1的细胞质基因均来自亲代雄性不育植株，与恢复系的父本无关。 1 2 3 4 ②预测正交SANB(AAbb)♀×NASB(AAbb)♂ 和反交NASB(AAbb)♀×SANB(AAbb)♂子代的育性：正交______，反交______。 1 2 3 4 可育 不育 正交SANB(AAbb)♀×NASB(AAbb)♂，则后代基因型为SANA、SASB、NANB、SBNB，由以上解析可知正交可育、反交不育。 $$