2024届人教版高考生物一轮复习特色热点练3雄性不育作业（多项版）含答案

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特色热点练3　雄性不育
1．(2022·山东青岛模拟)植物雄性不育是指在高等植物中，雄性生殖器官不能产生有功能的雄配子，而雌性营养器官及雌性生殖器官发育正常，可受精结实并将不育性遗传给后代的现象。玉米作为三大粮食作物之一，其雄性不育的研究在基础理论与应用实践中均具有重要意义，回答下列问题：
(1)目前普遍使用的玉米种子“沈单16号”，其植株在抗病性、抗倒性、产量以及适应性等方面超过了双亲所具有的特点，这种现象被称为__________________________。
(2)玉米的雄性不育是田间常见的体细胞核基因突变类型(雄蕊异常，肉眼可辨)。育种专家用某突变株进行了如下杂交实验：

由杂交一结果推测，雄性不育为____________性性状；由杂交二结果推测，雄性不育为____________性性状。杂交一与杂交二的F1表型不同的原因是育性性状由位于同源染色体相同位置上的3个基因(A、a、a1)决定。品系1、雄性不育株、品系2的基因型分别为AA、aa、a1a1。根据杂交一、二的结果，判断A、a、a1之间的显隐性关系是____________________________。
(3)科学家利用玉米不育系植株(aa)进行了转基因的设计。设计如下：将玉米花粉育性恢复基因A(可恢复不育株的育性)、花粉自我降解基因J(阻碍含转基因元件的花粉发育)、红色荧光蛋白基因R(使有关种子由原来的正常色变为红色)和抗除草剂基因B(用于遗传转化的筛选标记或保持系种植田的除杂)组合在一起，构建出一个转化载体，并将其导入基因型为aa的植株中，使不育系恢复育性并得到了有效繁殖，由此得到的植株被称为保持系。假设上述转化载体插入位点恰好在一个a基因的内部。
①使该转基因植株自交，所结种子颜色是________________________，相应基因型及比例是________________________。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。
②要实现不育系的保持和繁殖，即要得到100%的不育系，则应设计杂交的方案是________________。
解析：(1)子代在各种性状的表现上均优于双亲的现象为杂种优势。(2)依据孟德尔杂交实验，杂交一中F1只表现为一种亲本性状，那么该性状为显性性状，由此可推知，雄性不育为隐性性状；杂交二显示雄性不育为显性性状；综合杂交一、二可知：品系1的育性正常对雄性不育为显性，品系2的雄性不育对育性正常为显性，故显隐性关系为：A对a为显性，a对a1为显性。(3)①该保持系和不育系植株基因和染色体的关系分别为：

不育系植株(aa)为雄性不育，在杂交中只能作母本。保持系植株可产生两种雌配子a∶ABJR＝1∶1，但只产生一种雄配子a，故保持系植株自交，会产生两种子代aa∶AaBJR＝1∶1，即对应两种基因型的种子，颜色分别为正常颜色和红色，发育成的植株分别为不育系植株和保持系植株。作为杂交育种的材料，可选择正常色(aa)的种子留种；若欲继续获得新一代的雄性不育植株，可选择红色种子种植后进行自交。②因为保持系含有花粉败育基因J而只产生一种只含基因a的雄配子，母本不育系aa则只产生一种雌配子，因此要得到100%的不育系，应让不育系和保持系杂交。
答案：(1)杂种优势　(2)隐　显　A对a为显性，a对a1为显性　(3)①正常颜色和红色　aa∶AaBJR＝1∶1　正常　红　②不育系和保持系杂交
2．(2022·北京房山模拟)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。请回答下列问题：
(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__________(填“父本”或“母本”)，其应用优势是不必进行____________操作，极大地减轻了人们的工作量。
(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：

图1

图2
由图1实验结果分析：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_____________________________________________。
解析：(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，F2中突变体占1/4(＝1/2×1/2)，说明F1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(湿度等于45%)条件下表现为雄性不育，而湿度大于等于55%后可育；结合图2分析，突变体雄性不育的花粉的脱水率明显高于野生型，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：在湿度小于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(hms1)自交，收获种子，获得突变体(hms1)以备来年使用。
答案：(1)母本　去雄　(2)一　基因分离
(3)低湿度　易脱水(保水能力差)　(4)蛋白质合成提前终止　(5)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)培育水稻杂交种：在湿度小于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(hms1)自交，收获种子，获得突变体(hms1)以备来年使用
3．(2022·江苏六合模拟)转座子是指一段可移动DNA片段，可在同一染色体的不同位点或不同染色体之间发生转移。雄性不育植株不能产生正常功能的花粉，但雌蕊发育正常。研究人员利用已知序列的Mu转座子对雄性不育玉米植株进行了系列研究。
(1)转座子插入可导致基因断裂，发生突变，利用雄性不育玉米植株Mo17和具有Mu转座子活性(有相应的转移酶，使转座子能移动)的玉米植株进行了系列杂交实验，最终获得育性恢复突变体(无转移酶，转座子不能移动)，用H表示Mu插入的染色体。突变体植株通过________产生2种类型的花粉；含h染色体的花粉败育，含H染色体的花粉育性恢复。将该育性恢复突变体植株自交，子代的育性表现为：________。进一步观察发现，受粉16天后，果穗上出现了种子致死现象且比例为50%，则致死种子细胞中的染色体组成是____________。
(2)提取育性恢复突变体与________的DNA进行比对，仅突变体植株含有的特异片段即为________，再将其两端的碱基序列与玉米全基因组比对，最终确定了导致雄性不育的基因rp16。
(3)进一步研究发现，rp16基因决定育性的机理如图所示，图中①表示________，②发生的场所是________。由此可见，花粉的育性是由________________控制的。据图推测Mu插入导致育性恢复的原因：_______________________。

(4)显微观察发现，正常发育的种子可清晰地观察到2～3层BETL细胞(向籽粒输送营养物质的通道)，致死种子BETL细胞数量明显减少。据此推测(1)中的种子致死的原因：__________________。
(5)将上述育性恢复突变体与另一育性恢复突变体杂交，发现无种子致死现象，说明两种突变体导致育性恢复的基因是____________基因。
解析：(1)花粉属于配子，故突变体植株通过减数分裂产生2种类型的花粉；含h染色体的花粉败育，含H染色体的花粉育性恢复。推测该育性恢复突变体植株基因型为Hh，由于h花粉败育，故自交子代基因型有HH和Hh两种，其均表现为可育性。进一步观察发现，受粉16天后，果穗上出现了种子致死现象且比例为50%，因为亲代基因型为Hh，则致死种子细胞中的染色体组成是H/H。(2)育性恢复突变体接受转座子Mu，Mu插入导致基因断裂，发生突变，故提取育性恢复突变体与不育株Mo17的DNA进行比对，仅突变体植株含有的特异片段即为Mu转座子，再将其两端的碱基序列与玉米全基因组比对，最终确定了导致雄性不育的基因rp16。(3)图中①表示转录，其场所是细胞核，②表示翻译，发生的场所是核糖体。图示可知影响ORF蛋白的表达有两处，一是核基因的转录和翻译，二是线粒体基因的转录和翻译，故花粉的育性是由细胞核基因和线粒体基因共同控制的。据图推测Mu插入引起rp16基因突变，不能合成rp16蛋白，从而抑制不育蛋白的合成，使花粉的育性得以恢复。(4)显微观察发现，正常发育的种子可清晰地观察到2～3层BETL细胞(向籽粒输送营养物质的通道)，致死种子BETL细胞数量明显减少。据此推测(1)中的种子致死的原因：可育基因纯合导致BETL细胞层不能正常形成，从而中断营养物质向籽粒的运输，种子得不到足够的养分而死亡。(5)育性恢复突变体与另一育性恢复突变体杂交，发现无种子致死现象，说明两种突变体导致育性恢复的基因是非等位基因。
答案：(1)减数分裂　均可育　H/H　(2)不育株Mo17　Mu转座子　(3)转录　核糖体　细胞核基因和线粒体基因共同　Mu插入引起rp16基因突变，不能合成rp16蛋白，从而抑制不育蛋白的合成，使花粉的育性得以恢复　(4)可育基因纯合导致BETL细胞层不能正常形成，从而中断营养物质向籽粒的运输，种子得不到足够的养分而死亡　(5)非等位
4．水稻育种工作者一方面利用转基因技术改良水稻雄性不育个体；另一方面通过对野生型水稻(甲品系)诱变处理，筛选得到籽粒中抗性淀粉(RS)含量较高的纯合品系(乙品系)。

(1)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，如图所示。基因D的表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不含转基因成分的雄性不育个体。基因型为mm的个体在育种过程中无法自交，与育性正常的非转基因个体杂交，所得种子可能出现的基因型为__________________，这几种基因型的种子无法区分，所以无法及时选出雄性不育的种子。然而上图的转基因个体(ADMmm)更易得到不含转基因成分的雄性不育种子，请解释原因____________________________。
(2)水稻非糯性基因(W)影响淀粉的含量，W基因包括W1和W2基因，W1对W2完全显性。已知E基因提高RS含量依赖于W1基因，W2基因没有此作用，且E基因提高RS含量的作用具有累加效应(作用效果与E基因的个数成正相关)。为确定W基因与E基因是否位于一对同源染色体上，科研人员找到了基因型为eeW1W1的乙品系水稻和基因型为EEW2W2的另一野生型水稻。请设计实验，探究W基因与E基因是否位于一对同源染色体上。请写出实验思路、预期实验结果与结论。
①实验思路：________________________。
②预期实验结果与结论：______________________。
解析：(1)育性正常的非转基因个体基因型为MM或Mm，与基因型为mm的雄性不育个体交配，所得种子基因型为mm或Mm。转基因个体(ADMmm)因为转基因导入了M基因，育性恢复，则转基因个体产生的雄配子为m，雌配子为m、ADMm，二者比例为1∶1，转基因体自交后代的基因型及比例为mm∶ADMmm＝1∶1，所得种子中，含转基因成分的雄性可育种子(ADMmm)为蓝色，不含转基因成分的雄性不育种子(mm)为白色，所以，可以根据颜色快速辨别雄性不育种子和转基因雄性可育种子。(2)探究两对基因是否位于一对同源染色体上，常用杂交法，通过后代表型及比例来进行判断。特别注意已知条件：E基因提高RS含量依赖于W1基因，W2基因没有此作用，W1对W2完全显性。若W基因与E基因位于一对同源染色体上，基因型为eeW1W1的乙品系水稻和基因型为EEW2W2的另一野生型水稻进行杂交，得F1，F1基因型为EeW1W2，F1自交得F2，F2基因型为eeW1W1(低)∶EeW1W2(中)∶EEW2W2(低)＝1∶2∶1，即中RS∶低RS＝1∶1。若W基因与E基因位于非同源染色体上，F2中9种基因型为1/16eeW1W1(低RS)，2/16eeW1W2(低RS)，2/16EeW1W1(中RS)，4/16EeW1W2(中RS)，1/16EEW1W1(高RS)，1/16EEW2W2(低RS)，1/16eeW2W2(低RS)，2/16EEW1W2(高RS)，2/16EeW2W2(低RS)，即高RS∶中RS∶低RS＝3∶6∶7。
答案：(1)Mm、mm　转基因个体(ADMmm)可直接自交，所得种子中，含转基因成分的雄性可育种子(ADMmm)为蓝色，不含转基因成分的雄性不育种子(mm)为白色，所以，可以根据颜色快速辨别雄性不育种子和转基因雄性可育种子　(2)①基因型为eeW1W1的乙品系水稻和基因型为EEW2W2的另一野生型水稻进行杂交，得F1，F1自交得F2，测定F2个体的RS含量　②若F2中高RS∶中RS∶低RS＝3∶6∶7，则说明W基因与E基因位于非同源染色体上；若F2中高RS∶中RS∶低RS＝0∶1∶1，则说明W基因与E基因位于一对同源染色体上(或若F2中出现高RS的表型，则说明W基因与E基因位于非同源染色体上；若F2中不出现高RS的表型，则说明W基因与E基因位于一对同源染色体上)