Question

【题目】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，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。

（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__________。

（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）。

①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。

②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。

获得杂交种的遗传图解：

保持不育系的遗传图解：

___________________

（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和保持雄性不育的合理方案__________。

（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______。

Answer 1

【答案】自交（自花传粉） 母本 六 雄性可育 S(rr) 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。 性状分离 无融合生殖（略）

【解析】

杂种优势指杂交产生的后代在生活力、形态大小、产量、发育速度、抗逆性等方面优于杂交亲本的现象。据题设条件，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 ）可育等六种。

（1）水稻是雌雄同株两性花的植物，杂交实验中，为了防止母本自交（自花传粉）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，雄性不育植株不能产生可育花扮，但能产生正常雌配子，因此其在杂交时只能做母本，因此在杂交育种时，雄性不育植株的优点是无需进行去雄，大大减轻了杂交操作的工作量，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。

（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，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2╳3=6种基因型的细胞。四种基因的关系中，由于R能够抑制S的表达，故基因型为S(RR)的水稻表现为雄性可育；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，所以雄性不育系的核基因与细胞质基因都表现为不育，基因型为S(rr)。

（3）由受精卵发育成的个体，细胞质基因几乎全部来自卵细胞，据题意获得杂交种子用于大田生产的最佳方案以及保持不育系以用于育种的解决方案的遗传系谱图如下：

（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，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为：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，不育系本身就是保持系，可自交产生不育系。光温敏型雄性不育系（ee）受细胞核内一对隐性基因控制，一般品种都可作为它的恢复系，（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，但杂种后代会发生性状分离，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，提出新的设想是将无融合生殖（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。