2025届生物二轮复习微专题：水稻育种中的遗传分析课件

生物二轮复习微专题 水稻育种中的遗传分析 2022与2023年高考以作物育种为情境的遗传学考查 来源 情境 2023海南卷，T15 某作物的雄性育性与细胞质基因和细胞核基因相关 2023北京卷，T19 油菜的育性与具有优良性状的育种材料筛选 2023重庆卷，T20 玉米杂合雄性不育突变体 2022河北卷，T20 培育蓝粒和不育两性状不分离的小麦 2022湖北卷，T24 某作物的杂交育种与基因工程育种 一、水稻育种的第1次跨越 （高秆变矮秆） 例1.20世纪50年代“广场13号”在参加高产栽培试验，因颗大粒重，被人称赞“好禾”。然而，一场台风却让田间的“好禾”全倒了。为克服高秆易倒伏导致水稻减产，黄耀祥带领团队在全国范围内寻找矮稻，最终在广西百色发现了矮秆品系“矮仔占”。 （1）“矮仔占”是由基因突变导致的且能稳定遗传，控制水稻高秆和矮秆的是一对等位基因（A/a) 。请设计实验验证“矮仔占”是隐性突变的结果，写出实验设计思路和预期结果和结论。（可选实验材料：野生型水稻、“矮仔占”） 水稻育种的第1次跨越 （高秆变矮秆） 例1.20世纪50年代“广场13号”在参加高产栽培试验，因颗大粒重，被人称赞“好禾”。然而，一场台风却让田间的“好禾”全倒了。为克服高秆易倒伏导致水稻减产，黄耀祥带领团队在全国范围内寻找矮稻，最终在广西百色发现了矮秆品系“矮仔占”。 （1）“矮仔占”是由基因突变导致的且能稳定遗传，控制水稻高秆和矮秆的是一对等位基因（A/a) 。请设计实验验证“矮仔占”是隐性突变的结果，写出实验设计思路和预期结果和结论。（可选实验材料：野生型水稻、“矮仔占”） 选择纯合高秆水稻（野生型水稻）与“矮仔占” 杂交，观察F1的表型。 F1全为高秆，“矮仔占”为隐性突变的结果。 一对相对性状的纯合子杂交，F1中表现出来的性状叫做显性性状，未表现出来的叫做隐性性状。 （2）纯合高秆水稻与“矮仔占”杂交产生的F1自交，F2基因型、表型及比例如何? 3种基因型：AA、Aa 和 aa比例接近1：2：1 2种表型：高秆和矮秆比例接近3：1 杂合子自交的后代中同时出现显性性状和隐性性状的现象，叫做性状分离。 1956年，农民育种家洪群英、洪春利二人在广东潮阳县又发现了矮秆水稻株系“矮脚南特”。 （3）经证实“矮脚南特”也是一对基因发生隐性突变引起的。现有两种假说: 假说1 “矮仔占”和“矮脚南特”是由同一对基因发生隐性突变引起的; 假说2 “矮仔占”和“矮脚南特”是由不同对基因发生隐性突变引起的; 欲探究哪种假说正确，请设计实验并写出实验思路、预期结果及结论。 1956年，农民育种家洪群英、洪春利二人在广东潮阳县又发现了矮秆水稻株系“矮脚南特”。 （3）经证实“矮脚南特”也是一对基因发生隐性突变引起的。现有两种假说: 假说1 “矮仔占”和“矮脚南特”是由同一对基因发生隐性突变引起的; 假说2 “矮仔占”和“矮脚南特”是由不同对基因发生隐性突变引起的; 欲探究哪种假说正确，请设计实验并写出实验思路、预期结果及结论。 “矮仔占”和“矮脚南特”杂交，观察F1的表型。 若F1全为矮秆，则是由同一对基因发生隐性突变引起的，假说1正确； 若F1全为高秆，则是由不同对基因发生隐性突变引起的，假说2正确 P 矮仔占 矮脚南特 aaDD × AAdd F1 AaDd 高秆 P 矮仔占 矮脚南特 a1a1 × a2a2 F1 a1a2 矮秆 两性花、雄花和雌花的区别 雌株、雄株 和 雌雄同株的区别 水稻开两性花，花朵非常小，开花时间也很短，人工杂交费时费力。 左：正常水稻花 右：雄性不育水稻花 1964年和1965年，袁隆平发现了6株雄性不育株。1966年，他在《科学通报》上发表了论文《水稻的雄性不孕性》，提出了通过杂交水稻提高产量的可能性。后经实验证实该雄性不育为一对核基因隐性突变的结果。 二、水稻育种的第2次跨越（常规稻变杂交稻） 水稻开两性花，花朵非常小，开花时间也很短，人工杂交费时费力。1964年和1965年，袁隆平发现了6株雄性不育株。1966年，他在《科学通报》上发表了论文《水稻的雄性不孕性》，提出了通过杂交水稻提高产量的可能性。后经实验证实该雄性不育为一对核基因隐性突变的结果。 左：正常稻穗 右：雄性不育稻穗 左：正常水稻花 右：雄性不育水稻花 雄蕊 雌蕊 例2.为探究控制高秆/矮秆的基因A/a和控制雄性可育/雄性不育的基因B/b是否位于一对同源染色体上，提出： 假说1 这两对等位基因位于一对同源染色体上; 假说2 这两对等位基因位于两对同源染色体上。 欲探究哪种假说正确，请设计实验并写出实验思路、预期结果及结论。（可选实验材料：矮秆水稻、该雄性不育水稻） 水稻育种的第2次跨越（常规稻变杂交稻） 水稻开两性花，花朵非常小，开花时间也很短，人工杂交费时费力。1964年和1965年，袁隆平发现了6株雄性不育株。1966年，他在《科学通报》上发表了论文《水稻的雄性不孕性》，提出了通过杂交水稻提高产量的可能性。后经实验证实该雄性不育为一对核基因隐性突变的结果。 例2.为探究控制高秆/矮秆的基因A/a和控制雄性可育/雄性不育的基因B/b是否位于一对同源染色体上，提出： 假说1 这两对等位基因位于一对同源染色体上; 假说2 这两对等位基因位于两对同源染色体上。 欲探究哪种假说正确，请设计实验并写出实验思路、预期结果及结论。（可选实验材料：矮秆水稻、该雄性不育水稻） 将矮秆水稻和雄性不育水稻杂交得到 F1，F1 自交，观察F2表型及比例。 若 F2 中高秆雄性不育：高秆雄性可育：矮秆雄性可育= 1:2:1， 则两对基因位于一对同源染色体上，假说1正确; 若 F2 中高秆雄性可育：高秆雄性不育：矮秆雄性可育：矮秆雄性不育 = 9:3:3:1， 则两对基因位于两对同源染色体上，假说2正确。 由于最早发现的这些雄性不育株系均为细胞核基因隐性突变体，虽然不育性很稳定，易于配制出强优势组合，但杂交子一代花粉都是可育的，没有生产不育系种子的技术途径，故这类不育系无法应用于生产。 1970年袁隆平及助手李必湖在海南三亚发现了雄性不育的水稻品系“野败”，其细胞质基中含有不育基因S。 从此拉开三系法杂交集合多个优良性状水稻育种的序幕。 左：李必湖 中：袁隆平 由三系法杂交水稻的育种流程推测 ①S/N基因的遗传规律 ②R基因的功能 ①与母本保持一致（母系遗传） ②恢复细胞质雄性不育系的育性 三、水稻育种的第3次跨越（三系法杂交，核质互作） 水稻的花小且多，两性花去雄难度大 6 N(rr) N(RR)或S(RR) 例3. pp pp pp pp Pp PP 光敏核不育系 光敏核不育系 “三系法”设计虽然巧妙，但育种周期冗长、过程繁杂，受恢保关系的制约对水稻资源利用效率低，不利于水稻杂种优势的充分发挥。寻觅更简便高效的杂交水稻技术途径，成了杂交水稻研究者的新目标。 1973年，湖北省仙桃市杂交水稻专家石明松在试验田中发现了一株不育株，经多个单位的协作研究证明该不育系的花粉育性由细胞核基因控制且受光周期调控，并命名为光敏核不育系农垦58S，开启了“两系法” 杂交水稻技术研究的新纪元。除光敏核不育系，后又发现了温敏核不育系和湿敏核不育系。 光敏核不育系农垦58S， 在长日照条件下表现为雄性不育， 在短日照条件下育性又恢复正常。 两系法杂交水稻的育种流程如左图。 在蓝色方框内选填 在黄色方框内选填 “长日照” “短日照” “雄性不育” “育性正常” 光敏核不育系农垦58S， 在长日照条件下表现为雄性不育， 在短日照条件下育性又恢复正常。 去掉保持系，设计培育大量雄性不育株的方案 ——两系法 甲 与乙相比，甲雄性不育的起点温度更低，大田中环境温度有波动，甲受粉出现雄性可育的情况更少，不易出现自交和杂交种混杂的现象 50% 例4. 杂种优势（heterosis）是指遗传基础不同的品种间或者相近物种间杂交后，杂种子一代在生物量、生长势、抗逆性和产量等方面优于双亲的现象 。杂种优势已被广泛应用于农业生产当中，为粮食安全和农业发展做出重要贡献，如商业化的玉米基本都是杂交品种，这为杂交水稻技术的发展带来了第二次产量飞跃。 解决杂种子代的性状分离，固定杂种优势 —— 一系法 Ⅳ Ⅳ做母本，含基因A的植株形成雌配子时，减数分裂Ⅰ同源染色体未分离，从而保证产生雌配子的基因型是AaPp，雌配子含基因P进而保证雌配子不经过受精作用，直接发育成个体，所以可以使子代保持母本基因型，具有稳定遗传的杂种优势。 例5. 解决杂种子代的性状分离，固定杂种优势 —— 一系法 MⅠ 相同 1 与亲本相同 选择优良杂交稻→利用基因工程获取4个基因突变体→选择并鉴定突变成功的个体→ 大规模种植 例6. 左：雄性可育花粉 右：雄性不育花粉 表型由基因型和环境决定 （光照、温度、湿度等） 基因的分离定律 基因的自由组合定律 基因在染色体上 基因在细胞质中 母系遗传规律 细胞质基因 细胞核基因 Aa Bb A b a B Aa Bb a b A B 同源染色体分离 非同源染色体自由组合 受精卵的细胞质来自于母本 细胞学基础 总结 S(♀) × N(♂) → S → （雌雄配子随机结合） 诱变育种在水稻育种中的应用 单倍体育种在水稻育种中的应用 左为普通水稻种子，右为多倍体水稻种子 多倍体育种在水稻育种中的应用 基因工程育种 在水稻育种中的应用 miRNA调控（表观遗传）在水稻育种中的应用 2022年4月，习近平总书记到海南考察，来到国家南繁科研育种基地的“大脑”——三亚市崖州湾种子实验室。总书记说：“只有用自己的手攥紧中国种子，才能端稳中国饭碗，才能实现粮食安全。” 水稻育种还在推进和发展中： 诱变育种、单倍体育种、多倍体育种、基因工程育种、表观遗传育种...... $$