Question

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

（1）水稻是雌雄同株兩性花的植物，雜交實驗中，為了防止母本________須進行人工去雄。水稻的花非常小，人工操作難以實現(xiàn)。后來，科學家在自然界發(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)生是基因突變的結果，在細胞核和細胞質中都含有決定雄蕊是否可育的基因（如圖）。

其中細胞核中的不育基因用r表示，可育基因用R表示，且R對r顯性；細胞質中的不育基因用S表示，可育基因用N表示。上述細胞質與細胞核可組成_____種基因型的細胞。四種基因的關系中，R能夠抑制S的表達，即基因型為S(RR)的水稻表現(xiàn)為_________；當細胞質基因為N時，無論細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)有與育性有關細胞核基因純合的四個品系水稻：N（R R）、S（R R）、N（r r）和S（r r）。

①上述四個品系的水稻，也攜帶著某些其他利于增產(chǎn)的優(yōu)良性狀基因，通過雜交可進一步獲得具有雜種優(yōu)勢的種子。請你選出相應的親本，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，請你選出相應的親本，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)出很強的雜種優(yōu)勢，但結實率低。 研究者培育出光溫敏型雄性不育系，其育性受一對隱性核基因（ee）控制而與細胞質無關。該品系水稻在長日照、高于臨界溫度（23oC）時表現(xiàn)為雄性不育；而在短日照、低于臨界溫度時表現(xiàn)為雄性可育。

依據(jù)以上資料，請?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，但雜種后代會發(fā)生________，無法保持其雜種優(yōu)勢，導致每年需要重新制種。為解決每年制種的繁瑣問題，請?zhí)岢鲂碌脑O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）與正常可育品系（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，雜交實驗中，為了防止母本自交（自花傳粉）須進行人工去雄。水稻的花非常小，人工操作難以實現(xiàn)。后來，科學家在自然界發(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，因此其在雜交時只能做母本，因此在雜交育種時，雄性不育植株的優(yōu)點是無需進行去雄，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)生是基因突變的結果，在細胞核和細胞質中都含有決定雄蕊是否可育的基因，其中細胞核中的不育基因用r表示，可育基因用R表示，且R對r顯性；細胞質中的不育基因用S表示，可育基因用N表示。上述細胞質與細胞核可組成2╳3=6種基因型的細胞。四種基因的關系中，由于R能夠抑制S的表達，故基因型為S(RR)的水稻表現(xiàn)為雄性可育；當細胞質基因為N時，無論細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胞質基因都表現(xiàn)為不育，基因型為S(rr)。

（3）由受精卵發(fā)育成的個體，細胞質基因幾乎全部來自卵細胞，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)出很強的雜種優(yōu)勢，但結實率低。 研究者培育出光溫敏型雄性不育系，其育性受一對隱性核基因（ee）控制而與細胞質無關。該品系水稻在長日照、高于臨界溫度（23oC）時表現(xiàn)為雄性不育；而在短日照、低于臨界溫度時表現(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）受細胞核內(nèi)一對隱性基因控制，一般品種都可作為它的恢復系，（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，但雜種后代會發(fā)生性狀分離，無法保持其雜種優(yōu)勢，導致每年需要重新制種。為解決每年制種的繁瑣問題，提出新的設想是將無融合生殖（無融合技術）應用于作物育種，可以使雜種通過無性繁殖得以保持雜種優(yōu)勢。