【高考生物专题】高三一轮复习生物：例析水稻杂交的问题课件.pptx
致敬： 例析水稻杂交的问题,2022届高三生物一轮复习,袁隆平在杂交水稻杂志上发表了杂交水稻的育种战略设想一文，提出了杂交水稻的育种可以分为三系法、二系法和一系法三个战略发展阶段，朝着程序上由繁到简而效率越来越高的方向发展。,雄性不育：花药或花粉不能正常发育的现象。一旦形成，是可遗传。雄性不育的植株，雌蕊能正常发育。细胞核雄性不育核基因控制的雄性不育，有显性核不育和隐性核不育，遗传方式符合孟德尔遗传定律。根据对光的反应又分为两种（1）不受光影响的核雄性不育与光温影响无关。（2）光温敏核雄性不育受光和温度影响。高温或长日不育; 适温短日可育。细胞质雄性不育表现为母体遗传、花粉败育和雌穗正常。可以被显性核恢复基因恢复育性。,1.三系法三系是指恢复系N（RR）或S（RR）、保持系N（rr）和不育系。恢复系和保持系可以通过自交得以保持。资料1：杂合体在一种或多种性状上优于两个亲本的现象称为杂种优势，以下是有关杂交水稻的研究，请回答问题：,（1）水稻是雌雄同株两性花的植物，所以为了防止母本_须进行人工去雄，水稻的花非常小，且每朵花只结一粒种子，人工操作难以实现。直到科学家在自然界发现了雄性不育的水稻植株，即雄蕊不能产生可育花粉，在杂交时只能做_，这就免除了人工去雄的工作，因此作为重要工具用于水稻杂交育种。,自交（自花传粉）,母本,（2）不育系的产生是基因突变的结果，在细胞核和细胞质中都含有决定雄蕊是否可育的基因（如图）。其中细胞核中的不育基因用r表示，可育基因用R表示，且R对r为显性;细胞质中的不育基因用S表示，可育基因用N表示。上述细胞质与细胞核可组成 种基因型的细胞。四种基因的关系中，R能够抑制S的表达，即基因型为S（RR）的水稻表现为 ;当细胞质基因为N时，无论细胞核中含有可育基因还是不育基因，植株都表现为雄性可育。所以雄性不育系的基因型为 。,6,雄性可育,S（rr）,（3）现有与育性有关细胞核基因纯合的四个品系水稻N（R R）、S（R R）、N（r r）和S（r r）。上述四个品系的水稻，也携带着某些其他利于增产的优良性状基因，通过杂交可进一步获得具有杂种优势的种子。请你选出相应的亲本，以遗传图解的形式，提出获得杂交种子用于大田生产的最佳方案。,（3）现有与育性有关细胞核基因纯合的四个品系水稻N（R R）、S（R R）、N（r r）和S（r r）。由于雄性不育系不能通过自交的方式得以保持（延续），用于之后的杂交育种，请你选出相应的亲本，以遗传图解的形式，提供保持不育系以用于育种的解决方案。,（4）由于上述育种方案还存在一些不足，比如，有些虽表现出很强的杂种优势，但结实率低。 研究者培育出光温敏型雄性不育系，其育性受一对隐性核基因（ee）控制而与细胞质无关。该品系水稻在长日照、高于临界温度（23）时表现为雄性不育而在短日照、低于临界温度时表现为雄性可育。依据以上资料，请提出获得杂交种子用于大田生产和保持雄性不育的合理方案。,秋季（短日照、低于临界温度）光温敏型雄性不育系表现为可育，可自交产生不育系。夏季（长日照、高于临界温度）光温敏型雄性不育系（ee）与正常可育品系（EE）杂交，获得杂交种用于大田生产,（5）水稻杂交种具有杂种优势，但杂种后代会发生_，无法保持其杂种优势，导致每年需要重新制种。为解决每年制种的繁琐问题，请提出新的设想_。,性状分离,无融合生殖,无性生殖是一类不经过两性生殖细胞的结合，由母体直接产生新个体的生殖方式。可以分为分裂生殖（细菌及原核生物）、出芽生殖（酵母菌、水螅等）、孢子生殖（蕨菜类）、营养生殖（草莓匍匐茎等），具有缩短植物生长周期。保留母体优良形状的作用。像水螅出芽，和无心插柳柳成荫等生命现象，其实就是生物进行无性生殖。,将无融合生殖（无融合技术）应用于作物育种，可以使得杂种通过无性繁殖而得以保持杂种优势!,二系法：这种杂交水稻因为只有不育系（母本）、和恢复系（父本）、而不需要保持系（中间体），所以称两系法杂交水稻。两系法杂交稻具有育性受核基因控制，没有恢保关系，配组自由；种子繁育程序简单，成本低；稻种资源利用率高，选育出优良组合机率高等优点。该项目经过20多年的攻关，建立了光温敏不育系的两系法杂种优势有效利用的新途径，解决了三系法杂交稻的主要限制因素，,二系法：这种杂交水稻因为只有不育系（母本）、和恢复系（父本）、而不需要保持系（中间体），所以称两系法杂交水稻。资料2水稻是我国主要的粮食作物之一，它是自花传粉的植物。提高水稻产量的一个重要途径是利用杂交种（F1）的杂种优势，即F1的性状优于双亲的现象。（1）杂交种虽然具有杂种优势，却只能种植一代，其原因是 ，进而影响产量。为了获得杂交种，需要对 去雄，操作极为繁琐。,F1自交会发生性状分离,母本,二系法：这种杂交水稻因为只有不育系（母本）、和恢复系（父本）、而不需要保持系（中间体），所以称两系法杂交水稻。资料2水稻是我国主要的粮食作物之一，它是自花传粉的植物。提高水稻产量的一个重要途径是利用杂交种（F1）的杂种优势，即F1的性状优于双亲的现象。（2）雄性不育水稻突变体S表现为花粉败育。在制种过程中，利用不育水稻可以省略去雄操作，极大地简化了制种程序。将突变体S与普通水稻杂交，获得的F1表现为可育，F1中可育与不育的植株数量比约为3 ：1，说明水稻的育性由_对等位基因控制，不育性状为_性状。,一对,隐性,研究人员发现了控制水稻光敏感核不育的基因pms3，该基因并不编码蛋白质。为研究突变体S的 pms3基因表达量和花粉育性的关系，得到如表4 和图3结果（用花粉可染率代表花粉的可育性）。,表1不同光温条件下突变体S的花粉可染率（）,不同光温条件下突变体S的pms3基因表达量差异,该基因的表达量指的是_的合成量。根据实验结果可知，pms3基因的表达量和花粉育性关系是_。突变体S的育性是可以转换的，在 _条件下不育，在_条件下育性最高，这说明_。,表1不同光温条件下突变体S的花粉可染率（）,不同光温条件下突变体S的pms3基因表达量差异,RNA,花粉育性变化与pms3基因的表达量呈现正相关（pms3基因的表达量越高，花粉育性越高）,长日高温,短日低温,表现型是基因与环境共同作用的结果,（3）结合以上材料，请设计培育水稻杂交种并保存突变体S的简要流程 。（4分）,在长日高温条件下，以突变体S为母本，与普通水稻杂交，收获S植株上所结的种子即为生产中所用的杂交种。在短日低温条件下，使突变体S自交，收获种子，以备来年使用。,与三系法比较，二系法具有种子生产成本低、无不育细胞质负效应、易转育新不育系等优点，但本方法仍在操作中存在制种等操作繁杂之处。,一系法一系法杂交稻就是不分离的第一代杂种,将杂种优势固定下来,以免年年制种。资料3杂交水稻具有重要的经济价值。我国科研人员对杂交稻的无融合生殖（不发生雌、雄配子的细胞核融合而产生种子的一种无性繁殖过程）进行了研究。（1）水稻的杂交种在生活力、抗逆性、适应性和产量等方面优于双亲，但由于杂种后代会发生_，无法保持其杂种优势，因此需要每年制种用于生产。,性状分离,（2）有两个基因控制水稻无融合生殖过程含基因A的植株形成雌配子时，减数第一次分裂异常，导致雌配子染色体数目加倍;含基因 P的植株产生的雌配子不经过受精作用，直接发育成个体。雄配子的发育不受基因 A、P的影响。人们曾用图1所示杂交方案，获得无融合生殖的个体。,（2）有两个基因控制水稻无融合生殖过程含基因A的植株形成雌配子时，减数第一次分裂异常，导致雌配子染色体数目加倍;含基因 P的植株产生的雌配子不经过受精作用，直接发育成个体。雄配子的发育不受基因 A、P的影响。人们曾用图1所示杂交方案，获得无融合生殖的个体。,若自交，所结种子的胚的基因型为_。若自交，所结种子的胚的染色体组数为_ 理论上，作为母本能使子代_,aP或ap,3,保持母本基因型,（3）由于上述无融合生殖技术还存在不足，我国科研人员尝试利用 CRISPR/Cas 基因编辑技术敲除杂种水稻的 4个相关基因，实现了杂种的无融合生殖（如图2所示）。,请在上边的框内绘制未敲除基因的杂种水稻自交繁殖所产生子代的染色体组成。,一系法资料3我国科研人员尝试利用 CRISPR/Cas基因编辑技术敲除杂种水稻的4个相关基因，实现了杂种的无融合生殖（如图所示）,据图分析，科研人员利用基因编辑技术敲除的4个基因在实现无融合生殖过程中的作用是_。,使减数分裂变成有丝分裂（或不出现基因重组、配子染色体数目加倍）;受精后，父本来源的染色体消失,一系法,（4）无融合技术应用于作物育种，可以使杂种通过无性繁殖得以保持杂种优势，但也会导致_多样性降低，应对杂草入侵或病毒侵害的能力降低，因而也藏有生态隐患。,基因,巩固练习1：植物细胞质和细胞核中存在很多雄性不育基因和可育基因。下表为高粱细胞质和细胞核中含有的育性基因情况，其中标号1、2代表基因的不同系列，不同系列之间不存在等位基因；系列1的细胞核基因A1和a1、B1和b1分别为等位基因，系列2以此类推。当细胞质和细胞核中任一系列的基因都为不育基因时，植株即表现为雄性不育，其他表现为可育。例如，基因型为N1S2（A1A1b1b1a2a2b2b2）的植株是雄性不育的，基因型为 S1N2 ( A1A1b1 b1a2a2b2b2)是可育的。,现有甲、乙和丙3种纯合品系，其中品系甲的基因型为S1N2 ( a1a1b1 b1a2a2b2b2)，品系乙 的基因型为S1N2 ( A1A1b1 b1A2A2B2B2)，品系丙为具有细胞质可育基因N1的雄性不育品系。（1）让品系甲和品系乙进行杂交，作父本的品系是_ ，F1进行自交产生的F2育性及分离比为_ 。,乙,可育:不育=3:1,（2）利用品系甲、乙和丙进行如下图的一系列杂交实验，可以判断品系丙的基因型是 (写出一种即可）。,N1S2（A1A1b1b1a2a2b2b2）或 N1S2 ( A1A1B1 B1a2a2b2b2) (写出一种即可）,（3）根据以上实验结果还可以推测，导致品系丙雄性不育的细胞核基因位于 (填“一对”或“两对”)同源染色体上，作出这种推测的依据是 _ 。（4）请从品系甲、乙、丙中选取材料，设计杂交实验验证以上推测（要求：写出实验思路并预:期实验结果)。实验思路： _ 。预期结果： _ 。,两对,F1自交后代出现可育:不育=15:1的分离比，说明F1能产生决定育性的4种比例相同的雌雄配子(合理即可得分）,品系乙和品系丙杂交得到F1，F1与品系丙进行杂交，统计子代的育性及比例。,可育:不育=3:1,巩固练习2：水稻为自花传粉植物，且花比较小，进行杂交的难度比较大。某育种专家在诱变野生型水稻时得到了一种短光敏花粉不育性状，该类型水稻在光照时间小于特定值后，会出现花粉育性降低甚至败育，育性降低的类型在受到特定时间长光照后可恢复育性，但败育后则不能恢复(基因A、a表示育性)。回答下列问题：(1)水稻花粉的育性受光照时间长短的影响，说明_。特定短日照条件下短光敏花粉不育的水稻在育种过程中适合作_(填“父本”或“母本”)，解决水稻杂交难度大的难题。,生物性状是基因和环境共同作用的结果,母本,(2)在长日照条件下将短光敏花粉不育水稻与野生型水稻进行杂交，后代培育在特定短日照条件下(若该条件将导致花粉败育)，F1均表现为可育两性花，从F2开始每代12亲本仍维持特定短日照，12给予长日照。短光敏花粉不育性状属于_(填“显性”或“隐性”)，自然条件下F3中短光敏花粉不育个体出现的概率为_。(3)已知与水稻产量有关的基因B(高产)、基因b(低产)位于6号染色体上，现有纯合的高产短光敏花粉不育种子和低产短光敏花粉可育种子，欲探究基因A、a是否也位于6号染色体上，设计最简单的杂交实验，写出实验思路。_。,隐性,2/7,在长光照条件下播种纯合的高产短光敏花粉不育种子和低产短光敏花粉可育种子，种子长成植株后两个品种间进行杂交得F1，自然条件下种植F1自交得F2，在短光照条件下种植F2，统计F2的表现型及其比例(4分),巩固练习3：杂交水稻是我国对当代世界农业的巨大贡献，在实际种植过程中体现了巨大的杂种优势。（1）杂交水稻自交后代会产生性状分离，其原因是杂交水稻在减数分裂过程中发生了_的分离，导致其品质下降，因此不可直接留种。（2）传统的杂交水稻制种过程中，需要选择花粉败育的品种（不育系）作为母本，这样可以避免自花受粉。为了解决不育系的获得和保持问题，科研人员做了如下研究：水稻的雄性可育是由N基因决定的，人工诱变处理野生型水稻，最终获得基因型为nn的雄性不育植株。让该植株与野生纯合水稻杂交，得到的F1代_（可育/不可育）。为快速筛选可育种子与不育种子，科研人员将基因N、花粉败育基因M（只在配子中表达）、红色荧光蛋白基因R一起构建重组Ti质粒，可采用_ 法将其导入雄性不育植株（nn）细胞中，获得雄性可育杂合体转基因植株（已知N-M-R所在区段不发生交叉互换）。该植株自交得到的种子中红色荧光：无荧光=_。选择_种子种植自交，可继续获得不育类型。,等位基因,可育,农杆菌转化法,1:1,红色荧光,（3）科研人员尝试让杂交水稻通过无性繁殖产生种子，解决留种繁殖问题。研究发现，来自卵细胞中B基因的表达是启动受精卵发育成胚胎的必要条件，机制如下图所示：,据图分析，敲除精子中B基因后，则受精卵中来自卵细胞的B基因_。若让卵细胞中的B基因表达，该卵细胞可直接发育为_植株，因其不可育则不能留种繁殖。科研人员发现敲除杂交水稻中控制减数分裂的R、P、O三个关键基因，利用MiMe技术使其卵原细胞以有丝分裂方式产生“卵细胞”，则获得的“卵细胞”与杂交水稻基因型_。基于上述研究，请你设计杂交水稻保持杂种优势适宜留种繁殖的方案：_。,不能表达,单倍体,一致,敲除杂交水稻中控制减数分裂的三个关键基因，同时让该水稻卵细胞中B基因表达（B蛋白），以此获得种子,
