1、 高考专题复习之雄性不育雄性不育现象探究 袁隆平先生杂交水稻：雄性不育（Genetic Male Sterility）:花药或花粉不能正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，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，有显性核不育和隐形核不育，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
2、。败育时期不同可分为：（1）配子体不育：主要形成在花粉粒进行有丝分裂形成配子精细胞的过程。（2）孢子体不育：可发生在花药造饱细胞增殖至花粉母细胞进行减数分裂的整个过程。兰老师：杂种优势和杂种劣势都是在F1代中表现出来；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，杂交实验中，为了防止母 本_须进行人工去雄。水稻的花非常小，人工 操作难以实现。后来，科学家在自然界发现了雄性不育（雄蕊不 能产生可育花粉）的水稻植株，其在杂交时只能做_，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。自花传粉
3、（自交）母本兰老师：雄性不育系产生的一个重要原因是核质不协调；（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（如右图）。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_。可育S（rr）6（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
4、（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。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。1973年，湖北省沔阳县原种场石明松在粳稻品种“农垦58”中发现了自然不育株。经过多年的研究，发现该材料的不育性受细胞核内一对隐性主基因控制(也受一些修饰基因的影响)，而且这种不育性随日照的长短而发生变化，即在夏季长日照条件下，表现为雄性不育，在秋季短
5、日照条件下雄性又正常可育，可以自交结实。也就是说，该材料的雄蕊育性对光照反应敏感，因此称为光敏型核雄性不育。（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（23oC）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大田生产和保持雄性不保持雄性不育育的合理方案。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）
6、与正常可育品系（EE）杂交，获得杂交种用于大田生产）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（细菌及原生生物）、出芽生殖（酵母菌、水螅等）、孢子生殖（蕨类等）、营养生殖（草莓匍匐茎等），具有缩短植物生具有缩短植物生长周期，长周期，保留母体优良形状保留母体优良形状的作用的作用。像水螅出芽，和无心插柳柳成荫等生命现象，其实就是生物在进行无性生殖。（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
7、殖而得以保持杂种优势！参考图非此题 2.水稻的雄性不育植株是野生型水稻的隐性突变体（正常基因M突变为m）。雄性不育植株不能产生可育花粉，但能产生正常雌配子。（1）水稻的花为两性花，自花授粉并结种子。在杂交育种时，雄性不育植株的优点是无需进行_，大大减轻了杂交操作的工作量。（2）我国科研人员将紧密连锁不发生交换的三个基因M、P和R（P是与花粉代谢有关的基因，R为红色荧光蛋白基因）与Ti质粒连接，构建_，通过_法转入雄性不育水稻植株细胞中，获得转基因植株，如下图所示。人工去雄 重组DNA农杆菌转化（3）向雄性不育植株转入M基因的目的是让转基因植株_。转基因植株自交后代中，雄性不育植株为_荧光 植株
8、，由无荧光植株和红色荧光植株的性状分离比为_分析，P基因的功能是_。（4）雄性不育植株不能通过自交将雄性不育的特性传递给它的 子代，而育种工作者构建出的转基因植株的特点是_。雄配子可育无色1:1 使带有P基因的花粉败育自交后既产生雄性不育植株，用于育种，也可产生转基因植株用于保持该品系 MPRm mMPRm 死亡MPRmm 雄性可育 红色荧光 m 死亡mm（雄性不育）无色荧光从图中看MPRm花粉还是不育，为啥？有P基因 雄性可育：雄性不育=1:1 兰老师：先提示：为何转基因植物，为解决基因污染问题，会将基因导入线粒体或者叶绿体DNA上？（5）以转基因植株自交产生的雄性不育植株作为母本，以其他
9、水稻品种为父本进行杂交，获得杂交稻。转基因植株中的M、P和 R基因不会随着这种杂交稻的花粉扩散，这是由于转基因植株 _ _，因此保证了雄性不育植株和杂交稻不含M、P和R基因。紧密连锁的M、P和R基因不会发生交换（即M、R基因不会出现在没有P基因的花粉中）；而且含有P基因的花粉是失活的）兰老师：常考内容：雄性不育个体无法自交，到秋季低温短日照情况下，就能自交；在夏季高温长日照与可育纯合杂交得到雄性不育个体；3.水稻是我国主要的农作物之一。两用核不育系水稻（夏季高温 条件下，表现为雄性不育；秋季低温条件下，恢复育性可以自交 产生籽粒）在农业上与正常水稻杂交，用于生产高产杂交水稻。（1）现有两个两用
10、核不育系的水稻，其雄性不育的起点温度分 别为23.3和26。在制备高产水稻杂交种子时，由于大田中 环境温度会有波动，应选用雄性不育起点温度为_，原 因是_ _。23.3 不育起点温度越低，授粉时出现雄性可育的情况越少，不易出现自交和杂交种混杂现象 3.水稻是我国主要的农作物之一。两用核不育系水稻（夏季高温 条件下，表现为雄性不育；秋季低温条件下，恢复育性可以自交 产生籽粒）在农业上与正常水稻杂交，用于生产高产杂交水稻。（2）用A与H（正常水稻）获得两用核不育系水稻A和持续培育高 产水稻的方法是_（用遗传图解表示并标明适用的温度条件）（3）在两用核不育系大田中偶然发现一株黄叶突变体X。将突变体X
11、与正常水稻H杂交得F1均为绿叶，F1自交得F2群体中绿叶、黄叶之比为3：1。由以上可以推测，自然黄叶突变体X的黄叶性状由_基因控制，这一对叶色基因的遗传符合基因的_定律。为确定控制黄叶基因的位置，选用某条染色体上的两种分子标记（RM411和WY146），分别对F2的绿色叶群体的10个单株（10G）和黄色叶群体10个单株（10Y）进行PCR，之后对所获得的DNA进行电泳，电泳结果可反映个体的基因型。M为标准样品，结果如下图所示。隐性分离 从上图可以看出，每图中10G个体中的基因型为_种，其中 _（填写“图1”或“图2”）的比例与理论比值略有不同，出现不同的最可能原因是_。每图中10Y的表 现均一
12、致，说明两个遗传标记与黄叶基因在染色体上的位置关系 是_。（4）与普通两用核不育系相比，利用此自然黄叶突变体培育出 的黄叶两用核不育系在实际生产中应用的优势是_。自花传粉（自交）图 1待测样本数量少位于同一条染色体上在苗期可筛选出杂交种中混有的自交种 4.水稻的育性由一对等位基因M、m控制，基因型为MM和Mm的 个体可产生正常的雌、雄配子，基因型为mm的个体只能产生正 常的雌配子，表现为雄性不育，基因M可使雄性不育个体恢复育 性。通过转基因技术将基因M与雄配子致死基因雄配子致死基因A、蓝色素生成 基因D一起导入基因型为mm的个体中，并使其插入到一条不含m 基因的染色体上，如下图所示。基因D的表
13、达可使种子呈现蓝色，无基因D的种子呈现白色。该方法可以利用转基因技术大量培育该方法可以利用转基因技术大量培育 不含转基因成分的雄性不育个体不含转基因成分的雄性不育个体。请回答问题:看清楚MADmm中，MAD与m是位于同一条染色体上，还是不同（1）基因型为mm的个体在育种过程中作为_(父 本、母本)，该个体与育性正常的非转基因个体杂交，子代可能出 现的因型为_。（2）上图所示的转基因个体自交得到_，请写出遗传图解。母本Mm、mm MADm mMADm 死亡 MADmm 雄性可育 m 死亡 mm（雄性不育）这是该个体MADmm自交的情况 后代雄性可育：雄性不育=1:1MADmm个体雄性不育，A雄配
14、子致死，该个体只能产生m卵细胞，与M_杂交母本MADmm产生MADm和m的两种卵细胞，父本MADmm只能产生m一种精子故意后代形成的受精卵有MADmm（雄性可育）：mm（雄性不育）=1:1 蓝色 无色（3）F1中雄性可育(能产生可育雌、雄配子)的种子颜色为_。（4）F1个体之间随机授粉得到种子，得到的种子中，雄性不育个 体的比例为：_快速辨别雄性不育种子和转 基因雄性可育种子的方法是_。蓝色 根据种子颜色辨别母本MADmm产生MADm和m的两种卵细胞，父本MADmm只能产生m一种精子后代形成的受精卵即F1为MADmm（雄性可育）：mm（雄性不育）=1:1 蓝色 无色3/4 F1（MADmm、m
15、m）产生的可育精子只有m，但是F1产生的卵细胞有1/4MADm1/4m0、1/2m，故随机交配后代中雄性不育个体的比例为3/4；MADm m0 m mm（精子）雄性可育 雄性不育 雄性不育雄性不育 从图中可以看出，F1自由交配，雄性不育占据3/4（5）若转入的基因D由于突变而不能表达，将该转基因植株和雄 性不育植株间行种植，使其随意授粉也能挑出雄性不育种子，挑 选的方法是：_;但该方法只能将部分雄性不育种子选出，原因是_;_;_.因此生产中需要利用基因D正常的转基因植株大量获得雄性不育 种子；挑选雄性不育植株所结的种子 转基因植株上所结的种子既有雄性不育的，也有雄性可育的，且均为白色，无法区分
16、。看兰老师上面图解 MADm mMAdm 死亡 MAdmm 雄性可育 白色 m 死亡 mm（雄性不育）白色 这是MADmm中D突变后自交的情况 后代雄性可育：雄性不育=1:1 均白色 MADm mMADm 死亡 MADmm 雄性可育 蓝色 m 死亡 mm（雄性不育）白色 这是MADmm没突变时自交的情况 后代雄性可育：雄性不育=1:1 5.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
17、。（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。F1自交后会发生性状分离 母本 将突变体S与普通水稻杂交，获得的F1表现为可育，F2中可育与 不育的植株数量比约为3 1，说明水稻的育性由_等位 基因控制，不育性状为_性状。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，得到如下结果（用花粉可染率代表花粉的可育性）。短日低温短日低温短日高温短日高温长日低温长日低温长日高温长日高温 41.9 30.2 5.1 0 1对 隐性 图1 不同光温条件下突变体S的
18、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_下不育，在 _条件下育性最高，这说明_。（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:_。短日低温短日低温短日高温短日高温长日低温长日低温长日高温长日高温 41.9 30.2 5.1 0RNA 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）表现型是基因与环境共同作用的结果短日低温长日高温 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
19、日低温条件下，使突变体S自交，收获种子，以备来年使用。（4分）6.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：等位基因传统杂交传统杂交A（花粉败育）（花粉败育）a A 死亡 Aa a 死亡 aa本题似乎没说NMR基因是导入到n所在的染色体上还是其他染色体上；不过不影响做题；水稻的雄性可育
20、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。可育农杆菌转化1:1 红色荧光 该植株nn（雄性不育 做母本，产生n卵细胞）与NN（做父本 产生N精子）F1为Nn 雄性可育。NMRn nM
21、MRn 死亡MMRnn 雄性可育 红色荧光 n 死亡nn（雄性不育）无色荧光从图中看MMRn花粉还是不育，为啥？有R基因 雄性可育：雄性不育=1:1 体细胞染色体组数等于本物种配子染色体组数的个体。一倍体一定是单倍体，但单倍体不一定是一倍体！（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。不能表达单倍体 兰老师：曾在深圳名噪一时的基因编辑试管婴
22、儿，就是使用基因敲除技术，如敲除编码HIV受体基因，不患艾滋病，但我们对基因之间相互影响了解还不深，可能会有潜在风险；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：_ _。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 8.（11分）杂交水稻生产技术是我国现代农业研究的一项重要成 果,使我国的水稻产量得到大幅度提高，为我国和世界粮食安全作 出了重要贡献
23、。（1）具有相对性状的水稻纯合子杂交，研究者根据 F1、F2 的表 现型及比例可作出的判断包括_，以及通过比较 正、反交结果可推断控制该性状的基因是否位于细胞核中。自花传粉（自交）R品系为N（R1R1R2R2）B品系为N（r1r1r2r2）（2）1970 年袁隆平团队在水稻（野生型）中发现了一株雄性不 育植株（雄蕊异常，不能产生有功能的花粉；雌蕊正常，接受外 来的正常花粉能受精结实）。通过分析下图所示的杂交实验，研 究者发现该雄性不育性状是由细胞质基因和细胞核基因共同控制 的。上述杂交中子代的细胞质基因均由母本提供。用 S 表示细胞质不育基因，N 表示细胞质可育基因。用 R（R1、R2）表示细
24、胞核中可恢复育性的基因，其等位基因 r（r1、r2）无此功能。只有当细胞质中含有 S 基因，细胞核中 r 基因纯合时，植株才表现出雄性不育性状。其他类型的基因组合均为雄性可育。兰老师：很多同学纠结本题F2的9:6:1，追问老师到底是什么？其实，本题巧妙避开这点只是让你知道F1是双杂合自交（能产生精子和卵细胞）不要忽视 只有当细胞质中含有 S 基因，细胞核中 r 基因纯合时，植株才表现出雄性不育性状。其他类型的基因组合均为雄性可育。这个条件！通过杂交一可生产杂交种子（利用雄性不育株生产可育的 F1 种子，供生产使用)；通过杂交二可用来繁殖不育系（每年繁殖出 基因型相同且雄性不育的植株）。请以遗传
25、图解的形式写出杂交 一和杂交二的亲本及 F1 的基因型（不要求写配子基因型）。亲本：P 父本 N（R1R1R2R2）母本 S（r1r1r2r2）注：母本为雄性不育系F1代：S S（R1r1R2r2）雄性可育亲本：P 父本 N（r1r1r2r2）母本 S（r1r1r2r2）注：母本为雄性不育系F1代：S（r1r1r2r2）雄性不育 R1不影响线粒体不育基因的转录，但抑制不育蛋白的产生或积累（翻译）；R2抑制不育基因的转录，或在转录后降解不育基因的mRNA；R1和R2基因的共同作用，抑制了不育基因的表达，使得育性恢复正常。（3）研究发现细胞质 S 基因（在线粒体 DNA 上）编码的蛋白质阻碍水稻花
26、粉发育而导致雄性不育，而 R 基因能够消除 S 基因对花粉发育的不利影响。为研究其中的机制，分析了不同基因型水稻的线粒体不育基因表达情况，结果见下表：根据表中结果，从 R 基因影响线粒体不育基因 S 表达的角度，解释 R 基因恢复育性可能的机制。基因型基因型/检测内容检测内容N(r1r1r2r2)S(r1r1r2r2)S(r1r1R2R2)S(r1r1R2R2)S(R1R1R2R2)不育基因转录的mRNA +不育基因编码的蛋白质 +水稻育性性状 育性正常雄性不育部分花粉不育部分花粉可育 育性正常 7.（2016年江西第一次联合考试生物模拟）某禾本科植物（2n=14）开两性花，可自花传粉。研究者
27、发现有雄性不育植株（即雄蕊发 育异常不能产生有功能的花粉，但雌蕊发育正常能接受正常花粉 而受精结实），欲选育并用于杂交育种。请回答下列问题：（1）雄性不育与可育是一对相对性状。若用该相对性状验证孟 德尔分离定律，该相对性状应满足2个条件：条件1是所选相对性 状_ 、条件2是所选相对性状_。（2）在杂交育种中，雄性不育植株应用优势是 _。易于区分受一对等位基因控制不须人工去雄（3）为在开花前即可区分雄性不育植株和可育植株，育种工作 者培育出一个三体新品种相应基因与染色体的关系如右下图（基因M控制可育，m控制雄性不育；基因R控制种子为茶褐色，r控制黄色）。带有易位片段的染色体不能参与联会，因而该三
28、体新品种的细胞在减数分裂时可形成_个正常的四分体；减数第一次分裂后期联会的两条同源染色体彼此分离，分别移向细胞两极，而带有易位片段的染色体随机移向一极。故理论上，含有8条染色体的雄配子占全部雄配子的比例为_，经研究发现这样的雄配子不能与雌配子结合。750%此品种植株自交，所结的黄色种子占70%且发育成的植株均为 雄性不育，其余为茶褐色种子，发育成的植株可育。结果说明三 体植株产生的含有8条染色体和含有7条染色体的可育雌配子的比 例是_，这可能与带有易位片段的染色体在减数分裂 时的丢失有关。若欲利用此品种植株自交后代作为杂交育种的材料，可选择 _色的种子留种；若欲继续获得新一代的雄性不育 植株，可选择 _色的种子种植后进行自交。3:7 黄茶褐色
