高考生物二轮复习专题专练
(16) 雄性不育与生物育种
从“高度”上研究高考
[典例] (2021·天津高考)黄瓜的花有雌花、雄花与两性花之分(雌花：仅雌蕊发育；雄花：仅雄蕊发育；两性花：雌雄蕊均发育)。位于非同源染体上的F和M基因均是花芽分化过程中乙烯合成途径的关键基因，对黄瓜花的性别决定有重要作用。F和M基因的作用机制如图所示。 (1)M基因的表达与乙烯的产生之间存在______(填“正”或“负”)反馈，造成乙烯持续积累，进而抑制雄蕊发育。
(2)依据F和M基因的作用机制推断，FFMM基因型的黄瓜植株开雌花，FFmm基因型的黄瓜 植株开________花。当对FFmm基因型的黄瓜植株外源施加________(填“乙烯抑制剂”或“乙烯利”)时，出现雌花。
(3)现有FFMM、ffMM和FFmm三种基因型的亲本，若要获得基因型为ffmm的植株，请完成如下实验流程设计。
[解析] (1)据图分析，M基因的表达会促进乙烯的产生，乙烯的产生又会促进M基因的表达，即二者之间存在正反馈，造成乙烯持续积累，进而抑制雄蕊发育。(2)分析题图并结合题意可知，FFmm基因型的黄瓜植株开两性花。当对FFmm基因型的黄瓜植株外源施加乙烯利时，较高浓度的乙烯会抑制雄蕊的发育，出现雌花。(3)现有FFMM、ffMM和FFmm三种基因型的亲本，若要获得基因型为ffmm的植株，可以将FFmm(开两性花)作母本，ffMM(开雄花)作父本，后代F1基因型为FfMm(开雌花)，再用未经处理的F1作母本，对部分F1植株施加适量的乙烯抑制剂，使其雄蕊发育作父本，杂交后代即会出现基因型为ffm m的植株。
[答案] (1)正 (2)两性 乙烯利 (3)FFmm ffMM 乙烯抑制剂
从“深度”上提升知能
形式发票(一)杂交育种的不同过程
种类 | 育种过程 |
培育杂合子品种 | 选取符合要求的纯种双亲杂交(♀×♂)→F1(即为所需品种) |
培育隐性纯合子品种 | 选取符合要求的双亲杂交(♀×♂)→F1F2→选出表型符合要求的个体 |
培育显性 纯合子品种 | 植物 | 选择具有不同优良性状的亲本杂交，获得F1→F1自交→获得F2→鉴别、选择需要的类型，连续自交至不发生性状分离为止 |
动物 | 选择具有不同优良性状的亲本杂交，获得F1→F1雌雄个体交配→获得F2→鉴别、选择需要的类型与隐性类型测交，选择后代不发生性状分离的F2个体 |
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(二)雄性不育与三系法杂交水稻
1．三系杂交稻的原理
三系杂交稻是我国研究应用最早的杂交水稻之一，由不育系、保持系、恢复系三种水稻培育而成。
(1)不育系(代号A)石元伍的花粉不育，这种雄性不育由细胞质基因(ms)控制，不育系为生产大量杂交种子提供了可能性。
(2)保持系(代号B)能保持不育系的细胞质雄性不育性，其细胞质基因(Ms)正常可育，能够自交结实，借助保持系来繁殖不育系。 (3)恢复系(代号R)含有能恢复细胞质雄性不育性的核基因——恢复基因(Rf)，与不育系杂交产生的三系杂交稻正常可育且具有优势，即用恢复系给不育系传粉来生产雄性恢复且有优势的杂交稻。
2．三系法杂交水稻系统(如图)
从“宽度”上拓展训练
1．(2022·海口模拟)白菜(2n＝20，染体组为AA)和野甘蓝(2n＝18，染体组为BB)均为十字花科。研究人员发现，野甘蓝具有抗虫性状，且抗虫基因可以转移到其他物种染体上，所以利用如图所示流程来培育具有抗虫性状的白菜。已知培育过程中，子代植株减数分裂时，无法联会配对的染体会随机移向细胞两极，产生的配子为可育；每代筛选出的抗性植株和白菜(AA)杂交，直到培育出具有抗虫性状的白菜(Fn)；子代植株染体数目可通过显微镜观察进行筛选。下列叙述正确的是( )
A．F1的体细胞有29条染体，从F1到Fn的染体数目逐渐减少
B．野甘蓝的抗虫基因通过片段互换的方式转移到白菜的染体上
C．F2和F3中具有抗虫性状的植株都是已完成抗虫基因转移的植株
D．Fn是具有抗虫性状的纯种白菜，不需要自交就可直接用于推广
解析：选A F1的体细胞含有的染体组为AAB，其中A染体组中含有10条染体，B染体组中含有9条染体，因此F1的体细胞有29条染体，从F1到Fn，由于B染体组中的染体无法联会配对，其染体会随机移向细胞两极，且抗虫基因可以转移到其他物种染体上，每代筛选，获得的抗性植株中B染体组中的染体都会减少，最终到Fn的染体组为AA，故从F1到Fn的染体数目逐渐减少，A正确；野甘蓝具有抗虫性状，且抗虫基因可以转移到其他物种染体上，即转移到非同源染体上，属于染体结构变异中的易位，B错误；由上述分析可知，每代筛选出的抗性植株内B染体组中染体会逐代减少，筛选出F2和F3中具有抗虫性状的植株，其野甘蓝的抗虫基因也有可能没有转移到白菜染体上，而是含有野甘蓝的部分染体，也表现出具有抗虫性状的特点，C错误；Fn是
具有抗虫性状的纯种白菜，若一对抗虫基因位于一对非同源染体上，其自交后代也会发生性状分离，所以需要自交检验才能用于推广，D错误。
2. (2022·临沂模拟)水稻(2n＝24)是一种热带起源的禾本科作物，开两性花，为雌雄同株。三系杂交水稻是我国研究应用最早的杂交水稻之一，具有高产的优良性状。三系杂交水稻由不育系、保持系、恢复系三种水稻培育而成：雄性不育系(花粉败育，但雌蕊正常)的基因型为S(rr)，其中S为细胞质基因，r为细胞核基因；保持系基因型为N(rr)，与雄性不育系杂交后代仍为S(rr)；恢复系基因型为S(RR)或N(RR)，与雄性不育系杂交可以使其后代恢复为雄性可育。回答下列问题：
(1)水稻基因组计划需测定________条染体上的DNA序列。水稻根尖细胞有丝分裂后期，细胞中的染体组数为________组，同源染体对数为________对。
(2)不育系的产生是基因突变的结果，细胞核和细胞质都含有决定雄蕊是否可育的基因，其中细胞核的可育基因用R表示，不育基因用r表示，细胞质中的可育基因用N表示，不育基因用S表示，则水稻细胞中与育性相关的基因型有________种，R能够抑制S的表达，则S(Rr)的表型为__________。
(3)基因型为N(RR)的水稻与S(rr)杂交，F1的基因型是________，F1自交，F2的表型及比例为____________________________。科研人员发现这种雄性不育性状的个体在特定的环境条件下又是雄性可育的，由此说明________________________________。
(4)由于雄性不育系不能通过自交来延续，无法用于之后的杂交育种。现有与育性有关的四个品系水稻N(RR)、S(RR)、N(rr)和S(rr)，若想通过杂交制备雄性不育系应该选择的父本和母本分别是__________________。
(5)科研人员发现非温敏雄性不育系(不育性不会随日照的长短而发生变化)ee品系(如图)，科研人员将连锁的三个基因M、P和H(P是与花粉代谢有关的基因，H为红荧光蛋白基因)与Ti质粒连接，构建________________，转入雄性不育水稻植株细胞中，获得转基因植株，自交后代中红荧光植株占一半，据此推测M、P、H基因在育种过程中的功能分别为___________________________________。
解析：(1)水稻体细胞中有24条染体，没有性染体之分，因此水稻基因组计划应测其12
条染体上的DNA序列。水稻根尖细胞有丝分裂后期，染体的着丝粒分裂，染体数目加倍，由24条变成48条。同源染体数目也加倍，每种同源染体变成2对，所以细胞中的染体组数也由2组变成4组，同源染体对数也由12对变成24对。(2)细胞核中的可育基因用R表示，不育基因用r表示，细胞质中的可育基因用N表示，不育基因用S表示。则水稻细胞中与育性相关的基因型有3×2＝6(种)，即N(RR)、N(Rr)、N(rr)、S(RR)、S(Rr)、S(rr)。其中R和N为可育基因，r和S为不育基因；只有当核、质中均为不育基因时才表现为不育，故只有S(rr)表现雄性不育，其他均为可育，即只要存在可育基因，就表现为雄性可育。(3)基因型为N(RR)的水稻与S(rr)杂交，由于S(rr)作母本，所以细胞质基因来自S(rr)，则F1的基因型是S(Rr)；F1再自交，F2出现显性和隐性的比值为3∶1，所以F2的表型及比例为雄性可育∶雄性不育＝3∶1。科研人员发现这种雄性不育性状个体在特定的环境条件下又是雄性可育的，说明环境条件影响性状的表达，性状是基因和环境共同作用的结果。(4)现有与育性有关的四个品系水稻N(RR)、S(RR)、N(rr)和S(rr)，若想通过杂交制备雄性不育系，应该选择的父本可提供r基因且自身雄性可育，母本提供S和r基因，所以父本可选N(rr)，母本可选S(rr)。(5)由题意可知，转基因植株是雄性可育，且后代含连锁的三个基因的个体占一半，据此推测，转来的基因使ee品系回复育性，P基因与花粉代谢有关，
则含P基因的花粉应不育。所以结合题意可推测M、P、H基因在育种过程中的功能分别是：M基因可使非温敏雄性不育植株可育，P基因使花粉不育，含有H基因的植株可发红荧光。
答案：(1)12 4 24 (2)6 雄性可育 (3)S(Rr) 雄性可育∶雄性不育＝3∶1 性状是基因和环境共同作用的结果 (4)N(rr)和S(rr) (5)基因表达载体 M基因可使非温敏雄性不育植株可育，P基因使花粉不育，含有H基因的植株可发红荧光
[微课微练·一点一评]
一、选择题
1．(2022·喀什市模拟)某二倍体雌雄同花植物，自然状态下开花后传粉。该植株雄蕊的发育受一对等位基因(M、m)控制，mm使植株表现为雄性不育。为在开花前获取雄性不育株，科研工作者以基因型为Mm的植株为材料，将一花瓣素合成基因R导入M或m基因所在的染体上(没有R基因则表现为白)。下列叙述错误的是( )
A．选用雄性不育株进行杂交实验的优点是无需进行去雄
B．基因型为Mm的个体连续隔离自交两代，则F2所得植株中，雄性可育株与雄性不可育株的比例为5∶1
C．让该转基因植株自交，若子代中雄性不育株全为白花，则说明M与R在同一染体上
D．若m与R在同一染体上，将该转基因植株与雄性不育植株等比例间行种植，则子代中雄性可育白花植株占1/2
解析：选D 雄性不育株不能产生雄配子，因此进行杂交实验时无需进行去雄，A正确；Mm的个体自交，则F1中雄性可育株与雄性不可育株的比例为3∶1；F1个体隔离自交，F2中雄性可育株占1/4＋1/2×3/4＝5/8，雄性不可育株占1/2×1/4＝1/8，二者比例为5∶1，B正确；让该转基因植株自交，若子代中雄性不育株全为白花，说明R插入了M所在的染体上，C正确；由题意可知，该转基因植株基因型为MmR，若m与R在同一染体上，则产生的配子为M∶mR＝1∶1，雄性不育植株基因型为mm，只能产生雌配子m，两种植株所产生的雌配子比为M∶mR∶m＝1∶1∶2，雄配子比为M第一看点∶mR＝1∶上海往事巩俐1，故子代中雄性可育白花植株(MM、Mm)占1/4×1/2＋1/2×1/2＝3/凯恩斯革命8，D错误。
2．(2022·珠海二模)玉米是雌雄同株异花植物，线粒体中的T基因编码合成的T蛋白会导致雄性不育，位于细胞核中的显性核恢复基因R编码的恢复蛋白与T蛋白结合可使育性恢复。[注：括号外表示质基因，括号内表示核基因，如T(RR)]。下列叙述正确的是( )
lwipA．玉米体细胞中，R基因成对存在而T基因非成对存在
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