Question

【題目】雜合體在一種或多種性狀上優(yōu)于兩個(gè)親本的現(xiàn)象稱為雜種優(yōu)勢。以下是有關(guān)雜交水稻的研究，請(qǐng)回答問題。

（1）水稻是雌雄同株兩性花的植物，雜交實(shí)驗(yàn)中，為了防止母本________須進(jìn)行人工去雄。水稻的花非常小，人工操作難以實(shí)現(xiàn)。后來，科學(xué)家在自然界發(fā)現(xiàn)了雄性不育（雄蕊不能產(chǎn)生可育花粉）的水稻植株，其在雜交時(shí)只能做______，這就免除了人工去雄的工作，因此作為重要工具用于水稻雜交育種。

（2）不育系的產(chǎn)生是基因突變的結(jié)果，在細(xì)胞核和細(xì)胞質(zhì)中都含有決定雄蕊是否可育的基因（如圖）。

其中細(xì)胞核中的不育基因用r表示，可育基因用R表示，且R對(duì)r顯性；細(xì)胞質(zhì)中的不育基因用S表示，可育基因用N表示。上述細(xì)胞質(zhì)與細(xì)胞核可組成_____種基因型的細(xì)胞。四種基因的關(guān)系中，R能夠抑制S的表達(dá)，即基因型為S(RR)的水稻表現(xiàn)為_________；當(dāng)細(xì)胞質(zhì)基因?yàn)镹時(shí)，無論細(xì)胞核中含有可育基因還是不育基因，植株都表現(xiàn)為雄性可育，所以雄性不育系的基因型為__________。

（3）現(xiàn)有與育性有關(guān)細(xì)胞核基因純合的四個(gè)品系水稻：N（R R）、S（R R）、N（r r）和S（r r）。

①上述四個(gè)品系的水稻，也攜帶著某些其他利于增產(chǎn)的優(yōu)良性狀基因，通過雜交可進(jìn)一步獲得具有雜種優(yōu)勢的種子。請(qǐng)你選出相應(yīng)的親本，以遺傳圖解的形式，提出獲得雜交種子用于大田生產(chǎn)的最佳方案。

②由于雄性不育系不能通過自交的方式得以保持（延續(xù)），用于之后的雜交育種，請(qǐng)你選出相應(yīng)的親本，以遺傳圖解的形式，提供保持不育系以用于育種的解決方案。

獲得雜交種的遺傳圖解：

保持不育系的遺傳圖解：

___________________

（4）由于上述育種方案還存在一些不足，比如，有些雖表現(xiàn)出很強(qiáng)的雜種優(yōu)勢，但結(jié)實(shí)率低。 研究者培育出光溫敏型雄性不育系，其育性受一對(duì)隱性核基因（ee）控制而與細(xì)胞質(zhì)無關(guān)。該品系水稻在長日照、高于臨界溫度（23oC）時(shí)表現(xiàn)為雄性不育；而在短日照、低于臨界溫度時(shí)表現(xiàn)為雄性可育。

依據(jù)以上資料，請(qǐng)?zhí)岢霁@得雜交種子用于大田生產(chǎn)和保持雄性不育的合理方案__________。

（5）水稻雜交種具有雜種優(yōu)勢，但雜種后代會(huì)發(fā)生________，無法保持其雜種優(yōu)勢，導(dǎo)致每年需要重新制種。為解決每年制種的繁瑣問題，請(qǐng)?zhí)岢鲂碌脑O(shè)想______。

Answer 1

【答案】自交（自花傳粉） 母本 六 雄性可育 S(rr) 秋季（短日照、低于臨界溫度）光溫敏型雄性不育系表現(xiàn)為可育，可自交產(chǎn)生不育系。夏季（長日照、高于臨界溫度）光溫敏型雄性不育系（ee）與正�？捎�品系（EE）雜交，獲得雜交種用于大田生產(chǎn)。 性狀分離 無融合生殖（略）

【解析】

雜種優(yōu)勢指雜交產(chǎn)生的后代在生活力、形態(tài)大小、產(chǎn)量、發(fā)育速度、抗逆性等方面優(yōu)于雜交親本的現(xiàn)象。據(jù)題設(shè)條件，水稻的基因型有 N（ rr ）可育、S（ rr ）不育、N（ RR ）可育、N（ Rr ）可育、S（ RR ）可育、S（ Rr ）可育等六種。

（1）水稻是雌雄同株兩性花的植物，雜交實(shí)驗(yàn)中，為了防止母本自交（自花傳粉）須進(jìn)行人工去雄。水稻的花非常小，人工操作難以實(shí)現(xiàn)。后來，科學(xué)家在自然界發(fā)現(xiàn)了雄性不育（雄蕊不能產(chǎn)生可育花粉）的水稻植株，雄性不育植株不能產(chǎn)生可育花扮，但能產(chǎn)生正常雌配子，因此其在雜交時(shí)只能做母本，因此在雜交育種時(shí)，雄性不育植株的優(yōu)點(diǎn)是無需進(jìn)行去雄，大大減輕了雜交操作的工作量，這就免除了人工去雄的工作，因此作為重要工具用于水稻雜交育種。

（2）不育系的產(chǎn)生是基因突變的結(jié)果，在細(xì)胞核和細(xì)胞質(zhì)中都含有決定雄蕊是否可育的基因，其中細(xì)胞核中的不育基因用r表示，可育基因用R表示，且R對(duì)r顯性；細(xì)胞質(zhì)中的不育基因用S表示，可育基因用N表示。上述細(xì)胞質(zhì)與細(xì)胞核可組成2╳3=6種基因型的細(xì)胞。四種基因的關(guān)系中，由于R能夠抑制S的表達(dá)，故基因型為S(RR)的水稻表現(xiàn)為雄性可育；當(dāng)細(xì)胞質(zhì)基因?yàn)镹時(shí)，無論細(xì)胞核中含有可育基因還是不育基因，植株都表現(xiàn)為雄性可育，所以雄性不育系的核基因與細(xì)胞質(zhì)基因都表現(xiàn)為不育，基因型為S(rr)。

（3）由受精卵發(fā)育成的個(gè)體，細(xì)胞質(zhì)基因幾乎全部來自卵細(xì)胞，據(jù)題意獲得雜交種子用于大田生產(chǎn)的最佳方案以及保持不育系以用于育種的解決方案的遺傳系譜圖如下：

（4）由于上述育種方案還存在一些不足，比如，有些雖表現(xiàn)出很強(qiáng)的雜種優(yōu)勢，但結(jié)實(shí)率低。 研究者培育出光溫敏型雄性不育系，其育性受一對(duì)隱性核基因（ee）控制而與細(xì)胞質(zhì)無關(guān)。該品系水稻在長日照、高于臨界溫度（23oC）時(shí)表現(xiàn)為雄性不育；而在短日照、低于臨界溫度時(shí)表現(xiàn)為雄性可育。

依據(jù)以上資料，提出獲得雜交種子用于大田生產(chǎn)和保持雄性不育的合理方案為：秋季（短日照、低于臨界溫度）光溫敏型雄性不育系表現(xiàn)為可育，不育系本身就是保持系，可自交產(chǎn)生不育系。光溫敏型雄性不育系（ee）受細(xì)胞核內(nèi)一對(duì)隱性基因控制，一般品種都可作為它的恢復(fù)系，（夏季（長日照、高于臨界溫度）光溫敏型雄性不育系（ee）與正�？捎�品系（EE）雜交，獲得雜交種用于大田生產(chǎn)。

（5）水稻雜交種具有雜種優(yōu)勢，但雜種后代會(huì)發(fā)生性狀分離，無法保持其雜種優(yōu)勢，導(dǎo)致每年需要重新制種。為解決每年制種的繁瑣問題，提出新的設(shè)想是將無融合生殖（無融合技術(shù)）應(yīng)用于作物育種，可以使雜種通過無性繁殖得以保持雜種優(yōu)勢。