Question

15．玉米是同株異花（頂部開雄花，腋部開雌花，如圖所示）．可同株異花授粉（自交）及異株異花授粉（雜交）．控制玉米髙莖（D）和矮莖（d）的基因位于第2號染色體上，黃粒（R）和白粒（r）的基因位于第4號染色體上．高莖的產(chǎn)量更高，白粒的糖含量高，味道更甜．現(xiàn)有高莖黃粒和矮莖白粒兩個純合玉米品種，欲通過傳統(tǒng)的雜交育種方法，利用四年時間培育出髙莖白粒玉米新品種．以下是某同學設計的簡單的育種計劃，請將該計劃補充完整并進行相關的分析：

育種計劃：
第一年：①將上述兩品種的玉米種子分別種植獲得親本植株；
②若以高莖玉米為母本，則需在開花前對植株進行套袋（填人工去雄或套袋）操作；
③在適宜時期取矮莖白粒玉米的花粉對母本進行人工授粉；
④收獲F₁種子．
第二年：①種植F₁種子，獲得F₁植株．任其自交，獲得F₂種子（F₁植株所結種子，屬于F₂代）；據(jù)題中所給條件，F(xiàn)₂種子有2種表現(xiàn)型（只看種子）．
②選出F₂種子中的白粒，這樣的種子約占F₂種子總數(shù)的$\frac{1}{4}$；
第三年：①種植第二年選出的F₂種子，獲得F₂植株；
②獲得F₂植株后，只保留F₂植株中的高莖，這樣的植株約占當年植株總數(shù)的$\frac{3}{4}$；
③任其自交，產(chǎn)生F₃種子，將每株F₂產(chǎn)生的種子單獨收獲，獲得多份F₃種子，F(xiàn)₃種子的基因型有3種．
第四年：①將每份F₃種子按第三年②中的方法進行種植，獲得F₃植株，能夠確定基因型的植株占當年植株總數(shù)的比例約為$\frac{1}{2}$．
②任其自交產(chǎn)生F₄種子，從無性狀分離的植株獲得所需純種．

Answer 1

分析 根據(jù)該同學的實驗方案可以看出，該同學利用了雜交育種的方法．實驗中首先選出矮莖植株（dd），然后在后代（DD、Dd）中通過自交的方法選育出純合的DD植株．關鍵是能夠結合育種過程動筆寫出當年獲得種子的基因型，進而進行相關計算．

解答 解：第一年：為避免其自花傳粉，則需在開花前對植株進行套袋操作．
第二年：①由于F₁（DdRr）自交獲得的F₂中種子的基因型為$\frac{9}{16}$D_R_、$\frac{3}{16}$D_rr、$\frac{3}{16}$ddR_、$\frac{1}{16}$ddrr，F(xiàn)₂種子有黃色（R_）和白色（rr）2種表現(xiàn)型（只看種子）．
②關于種子顏色的性狀，F(xiàn)₂中種子的基因型$\frac{3}{4}$R_、$\frac{1}{4}$rr，選出F₂種子中的白粒，這樣的種子約占F₂種子總數(shù)的$\frac{1}{4}$．
第三年：②由于第二年中保留的是高莖種子，皺粒種子中DDrr：Ddrr：ddrr=1：2：1，因此對于F₂植株，可以觀察出其植株的高矮，淘汰矮莖植株，保留高莖植株，這樣的植株（1DDrr、2Ddrr）占當年總數(shù)的$\frac{3}{4}$．
③任其自交，產(chǎn)生F₃種子，將每株F₂產(chǎn)生的種子單獨收獲，獲得多份F₃種子，F(xiàn)₃種子的基因型有3種，DDrr、Ddrr、ddrr．
第四年：①將每份F₃種子按第三年②中的方法進行種植，獲得F₃植株，能夠確定基因型的植株占當年植株總數(shù)的比例約為$\frac{1}{2}$．
②種植F₃圓粒種子后長出的植株中肯定有發(fā)生性狀分離的，即DdRr、DdRR自交獲得的后代，而DDRR自交的后代不發(fā)生性狀分離，獲得所需的純種．
故答案為：
第一年：②套袋 
第二年：①2        ②$\frac{1}{4}$
第三年：②$\frac{3}{4}$
③3
第四年：①$\frac{1}{2}$    ②無性狀分離的植株

點評 本題考查雜交育種、染色體組的概念、單倍體、二倍體、多倍體的相關知識，意在考查學生的識記能力和判斷能力，運用所學知識綜合分析問題和解決問題的能力．