Question

【题目】水稻是自花传粉的植物，其杂种一代会出现杂种优势（产量等性状优于双亲），但这种优势无法在自交后代中保持。科研人员为解决这一问题做了相关实验。请回答问题：

（1）自然条件下，筛选出水稻品种ZH11的雄性不育突变体（hms1）。在杂交育种中，雄性不育植株只能作为亲本中的____________（父本/母本），其应用优势是不必进行__________操作，极大地减轻了人的工作量。

（2）若将野生型ZH11和突变体（hms1）杂交，F2中突变型占1/4，说明这对相对性状是由__________对基因控制的，遵循__________定律。

（3）为研究湿度与雄性不育突变体产生的关系，研究人员将野生型ZH11和突变体（hms1）分别在不同湿度条件下自交，结实率如图1，将野生型和突变体的花粉放置于高浓度溶液中做脱水实验，结果如图2：

由图1实验结果突变体在__________条件下表现为雄性不育。

由图2实验结果推测：突变体的花粉可能在结构或化学组成方面存在缺陷，导致花粉___________________，产生雄性不育突变体。

（4）进一步研究发现，突变体的产生是由于HMS1基因插入了8个碱基对而发生基因突变，转变为hms1基因后，其转录出的mRNA，在翻译时_____________________，使花粉细胞中催化脂肪酸链延伸的酶A分子量变小。特长链脂肪酸的缺少会影响花粉壁中含油层的形成。

（5）综上研究，阐述产生雄性不育突变体的可能机理_________________。

（6）结合以上材料，请设计对利用hms1培育生产用水稻杂交种或如何保存突变体（hms1）其一的简要流程____________________。

Answer 1

【答案】母本 去雄 一对 基因分离 低湿度（湿度小于55%） 易脱水（保水能力差） 蛋白质合成提前终止 HMS1基因突变，蛋白质合成提前终止，使花粉细胞中催化脂肪酸链延伸的酶A分子量变小，花粉保水能力差，导致突变体在低湿度条件下表现为雄性不育。 培育水稻杂交种：在湿度小55%条件下，以突变体（hms1）为母本，与普通水稻杂交，收获突变体（hms1）植株上所结的种子即为生产中所用的杂交种；保存突变体（hms1）：在湿度大于75%条件下，使突变体S自交，收获种子，获得突变体（hms1）以备来年使用

【解析】

1.杂交实验过程中，需要对母本进行去雄处理，而雄性不育的个体不需要去雄；一对等位基因的测交实验中，后代的性状分离比为1∶1。

2.根据题干信息和图形分析，实验的自变量是湿度、时间、水稻的品种，因变量是结实率、花粉脱水率。图1显示，野生型ZH11杂不同的湿度条件下都可育，而突变体（hms1）在湿度大于55%后也可育了；图2显示，将野生型和突变体的花粉放置于高浓度溶液中做脱水实验，随着时间的延长，野生型的花粉脱水率先增加后维持相对平衡，而突变体的花粉脱水率开始一直为0，一段时间后出现了逐渐增加的现象。

（1）雄性不育个体不能作为父本，只能作为母本，可以省去杂交育种过程中的去雄的操作步骤。

（2）让野生型ZH11（隐性纯合子）和突变体（hms1、杂合子）杂交，子二代中突变体占1/4(=1/2×1/2)，说明子一代突变体占1/2，进而说明这对相对性状是由一对基因控制的，遵循基因的分离定律。

（3）据图1分析可知，突变体在低湿度（湿度小于55%）条件下表现为雄性不育，而湿度大于55%后也可育了；结合图2分析，突变体雄性不育的花粉的脱水率几乎为0，说明突变体的花粉可能在结构或化学组成方面存在缺陷，导致花粉易脱水（保水能力差），产生雄性不育突变体。

（4）根据题意分析，基因通过翻译指导蛋白质的合成，而突变体产生的酶A分子（本质是蛋白质）量变小，说明翻译时蛋白质合成提前终止了。

（5）结合以上分析，产生雄性不育突变体的可能机理是：HMS1基因突变，蛋白质合成提前终止，使花粉细胞中催化脂肪酸链延伸的酶A分子量变小，花粉保水能力差，导致突变体在低湿度条件下表现为雄性不育。

（6）根据以上雄性不育突变体的产生机理，设计实验培育水稻杂交种：在湿度小55%条件下，以突变体（hms1）为母本，与普通水稻杂交，收获突变体（hms1）植株上所结的种子即为生产中所用的杂交种；保存突变体（hms1）：在湿度大于75%条件下，使突变体S自交，收获种子，获得突变体（hms1）以备来年使用。