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命题情境四雄性不育、三系法杂交水稻

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1．雄性不育是指花药或花粉不能正常发育的现象。一旦形成，是可遗传的。雄性不育的植株，雌蕊能正常发育。这一现象因在育种过程中经常应用而在高考中多有考查。学生有必要掌握一定的背景知识从而能够快速解决相应问题，这类问题的实质在于看清背后的育性差异和遗传规律，雄性不育的表现可分为雄蕊退化、花粉败育、功能不全3种类型。

雄性不育类型主要分为：

(1)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规律。

(2)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。根据败育时期不同可分为：配子体不育、孢子体不育。

2．三系法杂交水稻制备原理：就是指制备不育系、保持系和恢复系的过程，称之为“三系法”。

(1)不育系，即指具有雄性不育特性的品种或品系。其遗传基础：S(rr)，只供作杂交的母本使用。

(2)保持系，即指能够保持雄性不育特性的品种或品系。保持系本身是雄性可育的，当它与不育系杂交，其后代仍能保持不育系的不育性。其遗传基础：N(rr)，只供作杂交的父本使用。

(3)恢复系，即指能使雄性不育系的后代恢复其育性的品种或品系。当恢复系与雄性不育系杂交，就能获得雄性可育的杂交种子，以供给大田生产之用。其遗传基础：N(RR)或S(RR)(R可使S带来的不育恢复育性)，只供作杂交的父本使用。

【典例】(2024·江苏前黄高级中学校考)2021年，“杂交水稻之父”袁隆平在湖南长沙逝世，享年91岁。水稻是二倍体(2N＝24)雌雄同株植物，杂交水稻具有杂种优势现象，即杂种子代在产量和品质方面优于纯合双亲。水稻是雌雄同花植物，花小且密集，导致杂交育种工作繁琐复杂。“三系法”杂交水稻是我国研究应用最早的杂交水稻，由雄性不育系、保持系、恢复系三种水稻培育而成，如图所示。由于杂交种的子代会发生性状分离，种植后不再使用，需每年利用雄性不育系制备杂交种。已知水稻的花粉是否可育受细胞质基因(N、S)和细胞核基因(R、r)共同控制，其中N和R表示可育基因，S和r表示不育基因。只有当细胞质基因为S且细胞核基因型为rr记为S(rr)时，水稻才表现为雄性不育，其余基因型均表现为雄性可育。回答下列问题：

(1)①水稻基因组计划需测定12条染色体上的DNA序列。

②水稻雄性可育的基因型有5种。水稻利用雄性不育系进行育种的优点是免去育种过程中人工去雄的繁琐操作。

③为了持续获得雄性不育系水稻，应使用雄性不育系与保持系进行杂交，其杂交组合为D。

A．S(rr)×S(rr)B．S(rr)×N(RR)

C．S(rr)×N(Rr)D．S(rr)×N(rr)

④一株基因型为S(rr)的雄性不育系水稻，与基因型为N(RR)的水稻杂交，产生的F1的基因型为S(Rr)，F1自交，后代花粉可育与花粉不育的比例是3∶1。

(2)研究人员发现几株不含R基因的水稻植株(D)，现利用基因工程的技术将两个R基因导入不同的植株D中来培育恢复系，如下图为R基因导入位置的三种情况，其中图Ⅰ为我们所需的恢复系，即与不育系S(rr)杂交后，后代均为杂种水稻。

(3)研究人员将上图Ⅱ中①号染色体上的一个R基因换为H红色荧光蛋白基因，将Ⅱ与不育系S(rr)杂交后，收获不育系植株所结种子种植并统计，后代出现了无红色荧光杂种植株，推测Ⅱ的初级精母细胞在减数分裂过程中，同源染色体的非姐妹染色单体发生了交换，导致染色体上的基因重组。通过记录子代中无红色荧光杂种植株数量与植株总数，可计算得到该亲本产生的重组配子占其全部配子的比例，算式为2×无红色荧光杂种植株数量/植株总数。

(4)2017年，我国成立了青岛海水稻研究发展中心，着力培育“海水稻”，并取得了一定的成果。目前培育的“海水稻”为天然野生抗盐碱水稻与栽培稻经多年杂交选育得到的，但该过程育种年限长，为了明显缩短育种年限，可以采用单倍体育种的方法，该方法的原理是染色体(数目)变异。

【解析】(1)①水稻无性染色体，水稻基因组计划需测定一个染色体组的染色体，即12条染色体。②水稻雄性可育的基因型为N(RR)、N(Rr)、N(rr)、S(RR)、S(Rr)，共有5种基因型。利用雄性不育系进行育种的优点是免去育种过程中人工去雄的繁琐操作。③雄性不育系基因型为S(rr)，为了持续获得雄性不育系水稻，应使用雄性不育系S(rr)与N(rr)保持系进行杂交，D符合题意。④一株水稻雄性不育系植株S(rr)，与N(RR)植株杂交，由于细胞质基因来自母本，则产生的F1的基因型和表型分别是S(Rr)雄性可育，子一代自交，后代花粉可育与花粉不育为S(R_)∶S(rr)＝3∶1。(2)Ⅰ中两个R基因导入保持系D的一对同源染色体上，则植株D产生配子为R，与不育系S(rr