Question

【題目】水稻是自花傳粉的植物，其雜種一代會(huì)出現(xiàn)雜種優(yōu)勢(shì)（產(chǎn)量等性狀優(yōu)于雙親），但這種優(yōu)勢(shì)無(wú)法在自交后代中保持。科研人員為解決這一問(wèn)題做了相關(guān)實(shí)驗(yàn)。請(qǐng)回答問(wèn)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(yīng)用優(yōu)勢(shì)是不必進(jìn)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(shuō)明這對(duì)相對(duì)性狀是由__________對(duì)基因控制的，遵循__________定律。

（3）為研究濕度與雄性不育突變體產(chǎn)生的關(guān)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(jié)實(shí)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(shí)驗(yàn)，結(jié)果如圖2：

由圖1實(shí)驗(yàn)結(jié)果突變體在__________條件下表現(xiàn)為雄性不育。

由圖2實(shí)驗(yàn)結(jié)果推測(cè)：突變體的花粉可能在結(jié)構(gòu)或化學(xué)組成方面存在缺陷，導(dǎo)致花粉___________________，產(chǎn)生雄性不育突變體。

（4）進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，突變體的產(chǎn)生是由于HMS1基因插入了8個(gè)堿基對(duì)而發(fā)生基因突變，轉(zhuǎn)變?yōu)?/span>hms1基因后，其轉(zhuǎn)錄出的mRNA，在翻譯時(shí)_____________________，使花粉細(xì)胞中催化脂肪酸鏈延伸的酶A分子量變小。特長(zhǎng)鏈脂肪酸的缺少會(huì)影響花粉壁中含油層的形成。

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

（6）結(jié)合以上材料，請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)對(duì)利用hms1培育生產(chǎn)用水稻雜交種或如何保存突變體（hms1）其一的簡(jiǎn)要流程____________________。

Answer 1

【答案】母本 去雄 一對(duì) 基因分離 低濕度（濕度小于55%） 易脫水（保水能力差） 蛋白質(zhì)合成提前終止 HMS1基因突變，蛋白質(zhì)合成提前終止，使花粉細(xì)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(dǎo)致突變體在低濕度條件下表現(xiàn)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(jié)的種子即為生產(chǎn)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(lái)年使用

【解析】

1.雜交實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，需要對(duì)母本進(jìn)行去雄處理，而雄性不育的個(gè)體不需要去雄；一對(duì)等位基因的測(cè)交實(shí)驗(yàn)中，后代的性狀分離比為1∶1。

2.根據(jù)題干信息和圖形分析，實(shí)驗(yàn)的自變量是濕度、時(shí)間、水稻的品種，因變量是結(jié)實(shí)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(shí)驗(yàn)，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，野生型的花粉脫水率先增加后維持相對(duì)平衡，而突變體的花粉脫水率開(kāi)始一直為0，一段時(shí)間后出現(xiàn)了逐漸增加的現(xiàn)象。

（1）雄性不育個(gè)體不能作為父本，只能作為母本，可以省去雜交育種過(guò)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(shuō)明子一代突變體占1/2，進(jìn)而說(shuō)明這對(duì)相對(duì)性狀是由一對(duì)基因控制的，遵循基因的分離定律。

（3）據(jù)圖1分析可知，突變體在低濕度（濕度小于55%）條件下表現(xiàn)為雄性不育，而濕度大于55%后也可育了；結(jié)合圖2分析，突變體雄性不育的花粉的脫水率幾乎為0，說(shuō)明突變體的花粉可能在結(jié)構(gòu)或化學(xué)組成方面存在缺陷，導(dǎo)致花粉易脫水（保水能力差），產(chǎn)生雄性不育突變體。

（4）根據(jù)題意分析，基因通過(guò)翻譯指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成，而突變體產(chǎn)生的酶A分子（本質(zhì)是蛋白質(zhì)）量變小，說(shuō)明翻譯時(shí)蛋白質(zhì)合成提前終止了。

（5）結(jié)合以上分析，產(chǎn)生雄性不育突變體的可能機(jī)理是：HMS1基因突變，蛋白質(zhì)合成提前終止，使花粉細(xì)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(dǎo)致突變體在低濕度條件下表現(xiàn)為雄性不育。

（6）根據(jù)以上雄性不育突變體的產(chǎn)生機(jī)理，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)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(jié)的種子即為生產(chǎn)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(lái)年使用。