Question

【題目】雜交水稻是我國對當代世界農業的巨大貢獻，在實際種植過程中體現了巨大的雜種優勢。

（1）雜交水稻自交后代會產生性狀分離，其原因是雜交水稻在減數分裂過程中發生了________的分離，導致其品質下降，因此不可直接留種。

（2）傳統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）、紅色熒光蛋白基因R一起構建重組Ti質粒，可采用________法將其導入雄性不育植株（nn）細胞中，獲得雄性可育雜合體轉基因植株（已知N-M-R所在區段不發生交叉互換）。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生種子，解決留種繁殖問題。

①研究發現，來自卵細胞中B基因的表達是啟動受精卵發育成胚胎的必要條件，機制如下圖所示：

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

②科研人員發現敲除雜交水稻中控制減數分裂的R、P、O三個關鍵基因，利用MiMe技術使其卵原細胞以有絲分裂方式產生“卵細胞”，則獲得的“卵細胞”與雜交水稻基因型________。

③基于上述研究，請你設計雜交水稻保持雜種優勢適宜留種繁殖的方案：________。

Answer 1

【答案】等位基因 可育 農桿菌轉化（基因槍） 1:1 紅色熒光 不能表達 單倍體 一致 敲除雜交水稻中控制減數分裂的三個關鍵基因，同時讓該水稻卵細胞中B基因表達（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質：進行有性生殖的生物在進行減數分裂產生配子的過程中，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，再通過對雜交后代的篩選，獲得具有父母本優良性狀，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，后代會發生性狀分離的根本原因是減數分裂過程中等位基因發生了分離。

（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質粒導入雄性不育植株（nn）細胞可以用農桿菌轉化法或基因槍法，而不能使用花粉管通道法。由于與R基因連鎖的基因M導致花粉敗育，但是不影響卵細胞的形成，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，可繼續獲得不育類型。

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

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

③結合以上分析可知，要求雜交水稻保持雜種優勢適宜留種繁殖，則應該讓其不能進行減數分裂，只能進行有絲分裂，且要讓卵細胞中的B基因表達，即敲除雜交水稻中控制減數分裂的三個關鍵基因，同時讓該水稻卵細胞中B基因表達（B蛋白），以此獲得種子。