Question

【題目】水稻是自花傳粉的植物，其雜種一代會出現雜種優勢（產量等性狀優于雙親），但這種優勢無法在自交后代中保持。科研人員為解決這一問題做了相關實驗。請回答問題：

（1）自然條件下，篩選出水稻品種ZH11的雄性不育突變體（hms1）。在雜交育種中，雄性不育植株只能作為親本中的____________（父本/母本），其應用優勢是不必進行__________操作，極大地減輕了人的工作量。

（2）若將野生型ZH11和突變體（hms1）雜交，F2中突變型占1/4，說明這對相對性狀是由__________對基因控制的，遵循__________定律。

（3）為研究濕度與雄性不育突變體產生的關系，研究人員將野生型ZH11和突變體（hms1）分別在不同濕度條件下自交，結實率如圖1，將野生型和突變體的花粉放置于高濃度溶液中做脫水實驗，結果如圖2：

由圖1實驗結果突變體在__________條件下表現為雄性不育。

由圖2實驗結果推測：突變體的花粉可能在結構或化學組成方面存在缺陷，導致花粉___________________，產生雄性不育突變體。

（4）進一步研究發現，突變體的產生是由于HMS1基因插入了8個堿基對而發生基因突變，轉變為hms1基因后，其轉錄出的mRNA，在翻譯時_____________________，使花粉細胞中催化脂肪酸鏈延伸的酶A分子量變小。特長鏈脂肪酸的缺少會影響花粉壁中含油層的形成。

（5）綜上研究，闡述產生雄性不育突變體的可能機理_________________。

（6）結合以上材料，請設計對利用hms1培育生產用水稻雜交種或如何保存突變體（hms1）其一的簡要流程____________________。

Answer 1

【答案】母本 去雄 一對 基因分離 低濕度（濕度小于55%） 易脫水（保水能力差） 蛋白質合成提前終止 HMS1基因突變，蛋白質合成提前終止，使花粉細胞中催化脂肪酸鏈延伸的酶A分子量變小，花粉保水能力差，導致突變體在低濕度條件下表現為雄性不育。 培育水稻雜交種：在濕度小55%條件下，以突變體（hms1）為母本，與普通水稻雜交，收獲突變體（hms1）植株上所結的種子即為生產中所用的雜交種；保存突變體（hms1）：在濕度大于75%條件下，使突變體S自交，收獲種子，獲得突變體（hms1）以備來年使用

【解析】

1.雜交實驗過程中，需要對母本進行去雄處理，而雄性不育的個體不需要去雄；一對等位基因的測交實驗中，后代的性狀分離比為1∶1。

2.根據題干信息和圖形分析，實驗的自變量是濕度、時間、水稻的品種，因變量是結實率、花粉脫水率。圖1顯示，野生型ZH11雜不同的濕度條件下都可育，而突變體（hms1）在濕度大于55%后也可育了；圖2顯示，將野生型和突變體的花粉放置于高濃度溶液中做脫水實驗，隨著時間的延長，野生型的花粉脫水率先增加后維持相對平衡，而突變體的花粉脫水率開始一直為0，一段時間后出現了逐漸增加的現象。

（1）雄性不育個體不能作為父本，只能作為母本，可以省去雜交育種過程中的去雄的操作步驟。

（2）讓野生型ZH11（隱性純合子）和突變體（hms1、雜合子）雜交，子二代中突變體占1/4(=1/2×1/2)，說明子一代突變體占1/2，進而說明這對相對性狀是由一對基因控制的，遵循基因的分離定律。

（3）據圖1分析可知，突變體在低濕度（濕度小于55%）條件下表現為雄性不育，而濕度大于55%后也可育了；結合圖2分析，突變體雄性不育的花粉的脫水率幾乎為0，說明突變體的花粉可能在結構或化學組成方面存在缺陷，導致花粉易脫水（保水能力差），產生雄性不育突變體。

（4）根據題意分析，基因通過翻譯指導蛋白質的合成，而突變體產生的酶A分子（本質是蛋白質）量變小，說明翻譯時蛋白質合成提前終止了。

（5）結合以上分析，產生雄性不育突變體的可能機理是：HMS1基因突變，蛋白質合成提前終止，使花粉細胞中催化脂肪酸鏈延伸的酶A分子量變小，花粉保水能力差，導致突變體在低濕度條件下表現為雄性不育。

（6）根據以上雄性不育突變體的產生機理，設計實驗培育水稻雜交種：在濕度小55%條件下，以突變體（hms1）為母本，與普通水稻雜交，收獲突變體（hms1）植株上所結的種子即為生產中所用的雜交種；保存突變體（hms1）：在濕度大于75%條件下，使突變體S自交，收獲種子，獲得突變體（hms1）以備來年使用。