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第3讲　素养提升课——破译新情境·系统实验知能
一、破译新情境——抽象、理性的学科情境要读懂
新情境问题　雄性不育与杂交水稻的培育
[科普科研材料]
　　材料一　雄性不育与“两系法”杂交水稻
　　植物的雄性不育(花粉败育,但雌性器官仍然发育正常)一般分为核不育和质核互作不育两大类。
类型一:核不育
核不育是由细胞核内基因决定的雄性不育类型。根据核不育的原因又可分为基因控制的核不育和环境诱导的核不育两种。
环境诱导的核不育是指花粉是否可育由细胞核基因在特定环境下的表达产物控制。同一植株,在一定条件下花粉可育,在另一特定条件下花粉不育。
“两系法”杂交水稻是最为典型的实例,其育种过程如图1所示。
类型二:质核互作的雄性不育
这种类型的雄性不育受到细胞质不育基因和对应的细胞核基因的共同控制,当细胞质不育基因SA存在时,核内必须有相对应的隐性不育基因aa,即个体基因型为SA(aa)时才表现为雄性不育。根据控制雄性不育质核基因的对数可以分为主基因不育和多基因不育两种。
主基因不育是指一对或两对核基因与对应的不育细胞质基因决定的不育性,在这种情况下,显性的核基因能使对应细胞质的不育基因恢复正常。假定某水稻品种为主基因不育型,其花粉是否可育受细胞质基因S、N和细胞核基因A、B共同控制,植株中出现SA(aa)或SB(bb)均表现为雄性不育,其余的都可育。如图2杂交实验。
　　材料二　雄性不育与“三系法”杂交水稻
　　“三系法”杂交水稻是我国研究应用最早的杂交水稻,由不育系、保持系、恢复系三种水稻培育而成,如图3所示。
不育系A的花粉不育,这种雄性不育性状由细胞质基因cms控制,细胞核含有雄性不育基因rf(只有当细胞质和细胞核都只有不育基因时,才表现为雄性不育)。保持系B能保持不育系的细胞核雄性不育性,其细胞质基因Cms正常可育,能够自交结实。恢复系R含有恢复雄性可育的核基因Rf,与不育系杂交产生的三系杂交稻正常可育且具有杂种优势,即A×R→F1,因为F1的子代的育性、农艺性状等会发生分离,所以F1种植后不再使用,需每年利用不育系育种。
[内蕴知识融通]
1.根据材料一回答下列问题
(1)类型一中的基因控制的核不育,即花粉是否可育由细胞核基因的显隐性控制,与细胞质基因没有关系。假定某植物开单性花,其雄性不育由基因R控制,取一杂合雄性不育植株与另一可育植株杂交得到F1,将F1进行自由交配,预测F2雄性不育植株与雄性可育植株的比例为　　　　　。
(2)根据图1回答下列有关问题:
①假定有温敏雄性不育植株M、N,且M的雄性不育起始温度低于N的,在制备杂交种子时,考虑到温度的日间波动,最好选用植株　　　　(填字母编号)来制种。
②图1中,杂合子F1表现出优于双亲的生长状况,也叫杂种优势,但我们一般不继续将F1自交留种,原因是_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________。
(3)根据图2回答下列有关问题:
①预测F2中雄性可育与雄性不育的比例为　　　　　。若将亲本恢复系的基因型换成SASB(AABB),F2的表型　　　　(填“会”或“不会”)发生改变,原因是_________________________________________。
②预测正交SANB(AAbb)♀×NASB(AAbb)♂和反交NASB(AAbb)♀×SANB(AAbb)♂子代的育性:正交　　　　,反交　　　　。
2.根据材料二回答下列问题
(1)在培育杂交水稻时,选育雄性不育植株的目的是　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　。
(2)繁殖不育系时,不育系A只能作　　　　　(填“父本”或“母本”)。
(3)由材料图可知,若三系杂交稻中不育系的基因型表示为cms(rfrf),则保持系的基因型为　　　　　,恢复系的基因型为　　　　　　　　。
(4)在三系法杂交育种中,选育恢复系非常关键。研究人员发现几株性状优良、纯度高但不含Rf基因的水稻植株(D),现利用基因工程技术将两个Rf基因导入不同的植株D中来培育恢复系,为确定Rf基因导入的结果,研究人员的思路是将植株D作为亲本与不育系混合种植,单株收获不育系植株所结种子后,再种植并统计后代的育性情况及其数量比例,请依据上述思路完善结果分析:
①若后代雄性不育植株∶雄性可育植株=　　　　　　,则说明两个Rf导入到保持系D的一条染色体上。
②若后代雄性不育植株∶雄性可育植株=　　　　　　,则说明两个Rf导入到保持系D的一对同源染色体上。
③若后代雄性不育植株∶雄性可育植株=　　　　　　,则说明两个Rf导入到保持系D的非同源染色体上。
[迁移创新训练]
1.(2025·平凉模拟)水稻的育性由一对存在于细胞核中的等位基因R、r控制,其中RR、Rr可产生正常的雌雄配子,rr只产生雌配子;N(雄性可育)与S(雄性不育)是存在于细胞质中的基因,只有细胞质和细胞核中均为雄性不育基因时,个体才表现为雄性不育。下列有关叙述错误的是 (　　)
A.雄性不育植株不能通过自交将雄性不育的特性传递给它的子代
B.♀N(rr)与♂S(rr)杂交产生的后代均为雄性不育
C.不育系的发现免去了水稻杂交实验中去雄的实验步骤
D.水稻种群中雄性可育植株共有5种基因型
2.水稻是我国主要的粮食作物,获得具有杂种优势的杂交种子是提高水稻产量的重要途径。
(1)水稻花是两性花,杂交实验中,为了防止母本　　　　　　　,须进行人工去雄。水稻花非常小,人工去雄操作难度大。科学家发现的安农S 1温敏不育系突变体水稻在温度高于26 ℃时表现为花粉败育,在杂交时只能作为　　　　　　　,免去了人工去雄的工作,因此作为重要材料用于水稻杂交育种。
(2)将野生型与安农S 1杂交,F1均为野生型,F1自交后代中野生型∶雄性不育=3∶1,说明___________
_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(答出2条)
(3)安农S 1在不同的温度条件下可分别作为不育系用于杂交制种,和作为雄性可育植株进行自身繁殖,简化了制种程序,使杂交水稻的大规模种植成为可能。请写出利用安农S 1和野生型水稻繁殖不育系、制备杂交种子的流程。(用文字或图示作答均可)
(4)研究者用γ射线处理安农S 1种子,筛选获得了两个在32 ℃及以上表现为花粉败育的隐性突变体t1和t2,请设计实验验证t1和t2是同一基因突变引起的雄性不育,写出设计思路和预期结果。
(5)在制种时偶遇低温天气会影响杂交种子的纯度进而影响杂交稻产量,与安农S 1相比,突变体t1和t2是否更有利于制种 判断并说明理由　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
二、系统实验知能——实验思路、步骤、结果及结论的规范表达
1.准确表述实验思路和实验步骤
(1)实验思路与实验步骤书写技巧的比较
类型 实验思路 实验步骤
主要 特点 思路是“想法”,是较为粗线条的思考过程,其要求“言简意赅” 步骤是“做法”,是更为“细节化”的操作流程,其要求“精确细致”
书写 技巧 必须体现“对照思想”,显示“自变量”和“因变量”,对“无关变量”表述时应注意体现“相同且适宜” 必须体现“自变量”如何设置,“因变量”如何获得,“无关变量”如何保证“相同且适宜”
(2)书写实验思路和实验步骤的注意点
①要求写出实验思路和实验步骤的试题,要注意“无关变量”的描述。因为无关变量是决定实验成败的关键因素,写实验步骤时,必须要对无关变量的操作进行说明。
②在实验中,除了自变量,实验过程中存在的一些对实验结果造成影响的可变因素都是无关变量,若知道无关变量的具体内容(如某种酶发挥作用的最适温度为37 ℃),则需明确写出;若不知道无关变量的具体数值(如保温时间),则可用“适宜且相等”“理想条件下”等文字表述。
2.准确表述实验结果与实验结论
(1)实验结果是通过观察或测量得到的实验现象,是实验实际出现的情况。实验结论是根据实验现象,对实验因变量与自变量关系进行分析,得出的具有普遍意义的理论性结论。实验结论的得出必须依据实验结果。
(2)探究性实验中预期实验结果及结论的分析模式
①以“结论→结果”为序,分析可能的实验结果(逆向思维)。采用“假设法”逐条列举,不要重复、遗漏。
②以“结果→结论”为序,书写预期实验结果及结论(顺向答题)。一般的书写模式为若……(实验结果),则……(实验结论)。
采用上述分析模式时,一定要注意区分“分析顺序”和“书写顺序”,不能混淆。
[专题提能训练]
1.(2025·朔州模拟)某兴趣小组进行了下列实验:取甲(雌蕊正常,雄蕊异常,表现为雄性不育)、乙(雌蕊、雄蕊均可育)两株水稻进行相关实验,实验过程和结果如下表所示。已知水稻雄性育性由等位基因A/a控制,A对a为完全显性,另外B基因会抑制不育基因的表达,使之表现为可育。
P F1 F1自交得F2
甲与乙杂交 全部可育 可育株∶雄性不育株 =13∶3
(1)F1基因型是　　　　　　　,由以上实验可推知这两对基因遵循自由组合定律,理由是_____________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________。
(2)F2中可育株的基因型共有　　　种,该部分可育株中能稳定遗传的个体所占的比例为　　　　。
(3)现有已确定的基因型为AABB、aaBB和aabb的可育水稻,请利用这些实验材料,设计一次杂交实验,确定某雄性不育水稻丙的基因型。请写出实验思路并预期实验结果,得出实验结论。
实验思路:_____________________________________________________________________________。
预期结果与结论: _______________________________________________________________________。
2.(2025·安徽名校模拟)果蝇的直刚毛和焦刚毛受一对等位基因B/b控制,灰身和黑身受另一对等位基因D/d控制。实验小组让某直刚毛黑身雌果蝇和焦刚毛灰身雄果蝇杂交,F1均为直刚毛灰身,让焦刚毛黑身雄果蝇与F1的直刚毛灰身雌果蝇杂交,F2雌雄果蝇的表型及比例均为直刚毛黑身∶直刚毛灰身∶焦刚毛黑身∶焦刚毛灰身=1∶1∶1∶1。不考虑基因位于性染色体同源区段的情况,回答下列问题:
(1)题述两对性状中,显性性状是　　　　　　　　,基因B/b和D/d的遗传遵循　　　　　　　　　　;根据题中信息,　　　　(填“能”或“不能”)确定基因B/b是位于常染色体上还是位于X染色体上。若能确定,请说明理由;若不能确定,请利用F2中的果蝇为实验材料,设计一个杂交实验探究B/b基因是位于常染色体上还是位于X染色体上,写出杂交实验方案并预期实验结果和结论。
(2)该实验小组让F2的黑身雌雄果蝇随机交配,若子代的直刚毛黑身果蝇中有3种不同的基因型,则子代直刚毛黑身果蝇所占的比例为　　　　　　　　　　,其可能的基因型为　　　　　　　　　　。
第3讲　素养提升课
一、破译新情境——抽象、理性的学科情境要读懂
[内蕴知识融通]
1．(1)1∶3　(2)①M　②F1自交留种的后代会出现性状分离，且杂种优势效应会减弱　(3)①9∶7　不会　F1的细胞质基因几乎均来自亲代雄性不育株，与恢复系的父本无关　②可育　雄性不育
2．(1)省去人工去雄(降低人工成本)　(2)母本　(3)Cms(rfrf)　Cms(RfRf)或cms(RfRf)　(4)①1∶1　②0∶1　③1∶3
[迁移创新训练]
1．选B　雄性不育植株由于不能产生雄配子，因此不能通过自交将雄性不育的特性传递给它的子代，A正确；S(rr)为雄性不育植株，无法作父本，B错误；不育系水稻本身无法产生雄配子，因此不育系的发现免去了水稻杂交实验中去雄的实验步骤，C正确；雄性的育性由细胞核基因和细胞质基因共同控制，基因型包括：N(RR)、N(Rr)、N(rr)、S(RR)、S(Rr)、S(rr)，其中S(rr)表现雄性不育，其他均为雄性可育，故水稻种群中雄性可育植株共有5种基因型，D正确。
2．解析：(1)水稻花是两性花，杂交实验中，为了防止母本自花传粉，须对母本进行人工去雄。科学家发现的安农S 1温敏不育系突变体水稻在温度高于26 ℃时表现为花粉败育，因此该个体不能产生可育的雄配子，故在杂交时只能作为母本。
(2)将野生型与安农S 1杂交，F1均为野生型，F1自交后代中野生型∶雄性不育＝3∶1，说明育性正常和雄性不育是一对相对性状，受一对等位基因控制，该相对性状的遗传符合分离定律，且雄性不育为隐性。
(3)安农S 1温敏不育系突变体水稻在温度高于26 ℃时表现为花粉败育，说明其在温度低于26 ℃时表现为雄性可育，若要利用安农S 1和野生型水稻繁殖不育系、制备杂交种子，可让不育系在低于26 ℃时自交，形成的后代作母本，与野生型在高于26 ℃的条件下杂交繁殖后代，可获得杂交种子，制备过程图参见答案。
(4)若t1和t2是同一基因突变引起的雄性不育，可在低于32 ℃时将突变体t1和t2杂交，在温度高于32 ℃时检测F1育性，若F1均表现为雄性不育，则说明t1和t2是同一基因突变引起的雄性不育。
(5)由于突变体t1和t2的不育起点温度比安农S 1更高，偶遇低温天气时，更容易由雄性不育转变为雄性可育，从而能够自交，降低了杂交种子的纯度，因此与安农S 1相比，突变体t1和t2不利于制种。
答案：(1)自花传粉　母本　(2)育性正常和雄性不育是一对相对性状，受一对等位基因控制，该相对性状的遗传符合分离定律，雄性不育为隐性　(3)
也可用文字叙述，合理即可。　(4)设计思路：在低于32 ℃时将突变体t1和t2杂交，在温度高于32 ℃时检测F1育性　预期结果：F1均表现为雄性不育。　(5)不是，突变体t1和t2的不育起点温度比安农S 1更高，偶遇低温天气时，更容易由雄性不育转变为雄性可育，从而能够自交，降低了杂交种子的纯度
二、系统实验知能——实验思路、步骤、结果及结论的规范表达
1．解析：(1)F1个体自交得到的F2中可育株∶雄性不育株＝13∶3，是9∶3∶3∶1的变式，说明该性状受两对等位基因控制，遵循自由组合定律，故F1基因型是AaBb。
(2)根据(1)题分析，甲的基因型是AAbb、乙的基因型是aaBB，F1的基因型为AaBb。AaBb自交后代的基因型共9种，其中AAbb、Aabb表现为雄性不育，因此可育株的基因型共有9－2＝7种，该部分可育株中能稳定遗传的个体的基因型为1/13AABB、2/13AaBB、1/13aaBB、2/13aaBb、1/13aabb，故该部分可育株中能稳定遗传的个体所占的比例为1/13＋2/13＋1/13＋2/13＋1/13＝7/13。
(3)水稻不育植株的基因型为A_bb，要确定水稻丙的基因型，可采用测交的方法，取基因型为aabb的可育株与水稻丙杂交，观察后代植株的育性。若后代全是雄性不育植株，则丙基因型是AAbb；若后代出现可育植株和雄性不育植株，且比例为1∶1，则丙的基因型为Aabb。
答案：(1)AaBb　F1个体自交得到的F2中可育株∶雄性不育株＝13∶3，是9∶3∶3∶1的变式，说明该性状受两对等位基因控制，遵循自由组合定律　(2)7　7/13　(3)取基因型为aabb的可育株与水稻丙杂交，观察后代植株的育性　若后代全是雄性不育植株，则丙基因型是AAbb；若后代出现可育植株和雄性不育植株，且比例为1∶1，则丙的基因型为Aabb
2．解析：(1)根据直刚毛黑身雌果蝇和焦刚毛灰身雄果蝇杂交，F1均为直刚毛灰身，说明直刚毛对焦刚毛为显性，灰身对黑身为显性。
为了探究B/b基因是位于常染色体上还是位于X染色体上，在知道显隐性关系的情况下，常采用的杂交实验方案为隐性雌×显性雄。使用假说—演绎法剖析如下：
(或让F2的直刚毛雄果蝇和直刚毛雌果蝇杂交，统计后代的表型，若B/b基因位于X染色体上，则双亲的基因型分别为XBXb、XBY，子代基因型为XBXB、XBXb、XBY、XbY，则子代焦刚毛均为雄果蝇；若B/b基因位于常染色体上，则双亲的基因型分别为Bb和Bb，子代基因型为BB、Bb、bb，则子代雌雄果蝇都有直刚毛和焦刚毛)。
(2)
F2中黑身果蝇的基因型为1ddXBXb、1ddXbXb、1ddXBY、1ddXbY，该群体中卵细胞的基因型和比例为XB∶Xb＝1∶3，群体中精子的基因型和比例为XB∶Xb∶Y＝1∶1∶2，该群体自由交配获得的子代中直刚毛黑身果蝇所占的比例为1－1/4×3/4－3/4×2/4＝7/16，其可能的基因型为ddXBXB、ddXBXb和ddXBY。
答案：(1)直刚毛、灰身　基因的自由组合定律　不能　让F2的直刚毛雄果蝇与焦刚毛雌果蝇杂交，统计后代的表型，若子代雄果蝇均为焦刚毛，雌果蝇均为直刚毛，则B/b基因位于X染色体上；若子代雌雄果蝇都有直刚毛和焦刚毛，则B/b基因位于常染色体上(或让F2的直刚毛雄果蝇和直刚毛雌果蝇杂交，统计后代的表型，若子代焦刚毛均为雄果蝇，则B/b基因位于X染色体上；若子代雌雄果蝇都有直刚毛和焦刚毛，则B/b基因位于常染色体上。合理即可)。　(2)7/16　ddXBXB、ddXBXb和ddXBY(共45张PPT)
素养提升课——破译新情境
系统实验知能
第3讲
一、破译新情境——抽象、理性的
学科情境要读懂
[科普科研材料]
材料一　雄性不育与“两系法”杂交水稻
植物的雄性不育(花粉败育,但雌性器官仍然发育正常)一般分为核不育和质核互作不育两大类。
类型一:核不育
核不育是由细胞核内基因决定的雄性不育类型。根据核不育的原因又可分为基因控制的核不育和环境诱导的核不育两种。
环境诱导的核不育是指花粉是否可育由细胞核基因在特定环境下的表达产物控制。同一植株,在一定条件下花粉可育,在另一特定条件下花粉不育。
新情境问题　雄性不育与杂交水稻的培育
“两系法”杂交水稻是最为典型的实例,其育种过程如图1所示。
类型二:质核互作的雄性不育
这种类型的雄性不育受到细胞质不育基因和对应的细胞核基因的共同控制,当细胞质不育基因SA存在时,核内必须有相对应的隐性不育基因aa,即个体基因型为SA(aa)时才表现为雄性不育。根据控制雄性不育质核基因的对数可以分为主基因不育和多基因不育两种。
主基因不育是指一对或两对核基因与对应的不育细胞质基因决定的不育性,在这种情况下,显性的核基因能使对应细胞质的不育基因恢
复正常。假定某水稻品种为主基因不育型,其花粉是否可育受细胞质基因S、N和细胞核基因A、B共同控制,植株中出现SA(aa)或SB(bb)均表现为雄性不育,其余的都可育。如图2杂交实验。
材料二　雄性不育与“三系法”杂交水稻
“三系法”杂交水稻是我国研究应用最早的杂交水稻,由不育系、保持系、恢复系三种水稻培育而成,如图3所示。
不育系A的花粉不育,这种雄性不育性状由细胞质基因cms控制,细胞核含有雄性不育基因rf(只有当细胞质和细胞核都只有不育基因时,才表现为雄性不育)。保持系B能保持不育系的细胞核雄性不育性,其细胞质基因Cms正常可育,能够自交结实。恢复系R含有恢复雄性可育的核基因Rf,与不育系杂交产生的三系杂交稻正常可育且具有杂种优势,即A×R→F1,因为F1的子代的育性、农艺性状等会发生分离,所以F1种植后不再使用,需每年利用不育系育种。
[内蕴知识融通]
1.根据材料一回答下列问题
(1)类型一中的基因控制的核不育,即花粉是否可育由细胞核基因的显隐性控制,与细胞质基因没有关系。假定某植物开单性花,其雄性不育由基因R控制,取一杂合雄性不育植株与另一可育植株杂交得到F1,将F1进行自由交配,预测F2雄性不育植株与雄性可育植株的比例为　　　　　。
1∶3
(2)根据图1回答下列有关问题:
①假定有温敏雄性不育植株M、N,且M的雄性不育起始温度低于N的,在制备杂交种子时,考虑到温度的日间波动,最好选用植株　　　　____(填字母编号)来制种。
②图1中,杂合子F1表现出优于双亲的生长状况,也叫杂种优势,但我们一般不继续将F1自交留种,原因是___________________________
_____________________________。
M
F1自交留种的后代会出现性状分离,且杂种优势效应会减弱
(3)根据图2回答下列有关问题:
①预测F2中雄性可育与雄性不育的比例为　　　。若将亲本恢复系的基因型换成SASB(AABB),F2的表型　　　　(填“会”或“不会”)发生改变,原因是_____________________________________________
_______________。
②预测正交SANB(AAbb)♀×NASB(AAbb)♂和反交NASB(AAbb)♀×SANB(AAbb)♂子代的育性:正交　　　　,反交　 　　　。
9∶7
不会
F1的细胞质基因几乎均来自亲代雄性不育株,与恢复系的父本无关
可育
雄性不育
2.根据材料二回答下列问题
(1)在培育杂交水稻时,选育雄性不育植株的目的是　　　　　　　　　　　　 　　。
(2)繁殖不育系时,不育系A只能作　　　　(填“父本”或“母本”)。
(3)由材料图可知,若三系杂交稻中不育系的基因型表示为cms(rfrf),则保持系的基因型为　 　　,恢复系的基因型为　　　　　　　　　 　　。
省去人工去雄(降低人工成本)
母本
Cms(rfrf)
Cms(RfRf)或cms(RfRf)
(4)在三系法杂交育种中,选育恢复系非常关键。研究人员发现几株性状优良、纯度高但不含Rf基因的水稻植株(D),现利用基因工程技术将两个Rf基因导入不同的植株D中来培育恢复系,为确定Rf基因导入的结果,研究人员的思路是将植株D作为亲本与不育系混合种植,单株收获不育系植株所结种子后,再种植并统计后代的育性情况及其数量比例,请依据上述思路完善结果分析:
①若后代雄性不育植株∶雄性可育植株=　　 ,则说明两个Rf导入到保持系D的一条染色体上。
②若后代雄性不育植株∶雄性可育植株=　 　,则说明两个Rf导入到保持系D的一对同源染色体上。
③若后代雄性不育植株∶雄性可育植株=　 　,则说明两个Rf导入到保持系D的非同源染色体上。
1∶1
0∶1
1∶3
[迁移创新训练]
1.(2025·平凉模拟)水稻的育性由一对存在于细胞核中的等位基因R、r控制,其中RR、Rr可产生正常的雌雄配子,rr只产生雌配子;N(雄性可育)与S(雄性不育)是存在于细胞质中的基因,只有细胞质和细胞核中均为雄性不育基因时,个体才表现为雄性不育。下列有关叙述错误的是(　　)
A.雄性不育植株不能通过自交将雄性不育的特性传递给它的子代
B.♀N(rr)与♂S(rr)杂交产生的后代均为雄性不育
C.不育系的发现免去了水稻杂交实验中去雄的实验步骤
D.水稻种群中雄性可育植株共有5种基因型
√
解析:雄性不育植株由于不能产生雄配子,因此不能通过自交将雄性不育的特性传递给它的子代,A正确;S(rr)为雄性不育植株,无法作父本,B错误;不育系水稻本身无法产生雄配子,因此不育系的发现免去了水稻杂交实验中去雄的实验步骤,C正确;雄性的育性由细胞核基因和细胞质基因共同控制,基因型包括:N(RR)、N(Rr)、N(rr)、S(RR)、S(Rr)、S(rr),其中S(rr)表现雄性不育,其他均为雄性可育,故水稻种群中雄性可育植株共有5种基因型,D正确。
2.水稻是我国主要的粮食作物,获得具有杂种优势的杂交种子是提高水稻产量的重要途径。
(1)水稻花是两性花,杂交实验中,为了防止母本　　　　　　　,须进行人工去雄。水稻花非常小,人工去雄操作难度大。科学家发现的安农S-1温敏不育系突变体水稻在温度高于26 ℃时表现为花粉败育,在杂交时只能作为　　　　　　　,免去了人工去雄的工作,因此作为重要材料用于水稻杂交育种。
自花传粉
母本
解析:水稻花是两性花,杂交实验中,为了防止母本自花传粉,须对母本进行人工去雄。科学家发现的安农S-1温敏不育系突变体水稻在温度高于26 ℃时表现为花粉败育,因此该个体不能产生可育的雄配子,故在杂交时只能作为母本。
(2)将野生型与安农S-1杂交,F1均为野生型,F1自交后代中野生型∶雄性不育=3∶1,说明___________________________________
_________________________________________________________
_______。(答出2条)
解析: 将野生型与安农S-1杂交,F1均为野生型,F1自交后代中野生型∶雄性不育=3∶1,说明育性正常和雄性不育是一对相对性状,受一对等位基因控制,该相对性状的遗传符合分离定律,且雄性不育为隐性。
育性正常和雄性不育是一对相对性状,受一对等位基因控制,该相对性状的遗传符合分离定律,雄性不育为隐性
(3)安农S-1在不同的温度条件下可分别作为不育系用于杂交制种,和作为雄性可育植株进行自身繁殖,简化了制种程序,使杂交水稻的大规模种植成为可能。请写出利用安农S-1和野生型水稻繁殖不育系、制备杂交种子的流程。(用文字或图示作答均可)
答案：
也可用文字叙述,合理即可。
解析: 安农S-1温敏不育系突变体水稻在温度高于26 ℃时表现为花粉败育,说明其在温度低于26 ℃时表现为雄性可育,若要利用安农S-1和野生型水稻繁殖不育系、制备杂交种子,可让不育系在低于26 ℃时自交,形成的后代作母本,与野生型在高于26 ℃的条件下杂交繁殖后代,可获得杂交种子,制备过程图参见答案。
(4)研究者用γ射线处理安农S-1种子,筛选获得了两个在32 ℃及以上表现为花粉败育的隐性突变体t1和t2,请设计实验验证t1和t2是同一基因突变引起的雄性不育,写出设计思路和预期结果。
设计思路:________________________________________________
______________　
预期结果:____________________。
解析: 若t1和t2是同一基因突变引起的雄性不育,可在低于32 ℃时将突变体t1和t2杂交,在温度高于32 ℃时检测F1育性,若F1均表现为雄性不育,则说明t1和t2是同一基因突变引起的雄性不育。
在低于32 ℃时将突变体t1和t2杂交,在温度高于32 ℃时检测F1育性
F1均表现为雄性不育
(5)在制种时偶遇低温天气会影响杂交种子的纯度进而影响杂交稻产量,与安农S-1相比,突变体t1和t2是否更有利于制种 判断并说明理由__________________________________________________________
____________________________________________________________
__________。
解析: 由于突变体t1和t2的不育起点温度比安农S-1更高,偶遇低温天气时,更容易由雄性不育转变为雄性可育,从而能够自交,降低了杂交种子的纯度,因此与安农S-1相比,突变体t1和t2不利于制种。
不是,突变体t1和t2的不育起点温度比安农S-1更高,偶遇低温天气时,更容易由雄性不育转变为雄性可育,从而能够自交,降低了杂交种子的纯度
二、系统实验知能——检测类实验
1.准确表述实验思路和实验步骤
(1)实验思路与实验步骤书写技巧的比较
类型 实验思路 实验步骤
主要 特点 思路是“想法”,是较为粗线条的思考过程,其要求“言简意赅” 步骤是“做法”,是更为“细节化”的操作流程,其要求“精确细致”
书写 技巧 必须体现“对照思想”,显示“自变量”和“因变量”,对“无关变量”表述时应注意体现“相同且适宜” 必须体现“自变量”如何设置,“因变量”如何获得,“无关变量”如何保证“相同且适宜”
(2)书写实验思路和实验步骤的注意点
①要求写出实验思路和实验步骤的试题,要注意“无关变量”的描述。因为无关变量是决定实验成败的关键因素,写实验步骤时,必须要对无关变量的操作进行说明。
②在实验中,除了自变量,实验过程中存在的一些对实验结果造成影响的可变因素都是无关变量,若知道无关变量的具体内容(如某种酶发挥作用的最适温度为37 ℃),则需明确写出;若不知道无关变量的具体数值(如保温时间),则可用“适宜且相等”“理想条件下”等文字表述。
2.准确表述实验结果与实验结论
(1)实验结果是通过观察或测量得到的实验现象,是实验实际出现的情况。实验结论是根据实验现象,对实验因变量与自变量关系进行分析,得出的具有普遍意义的理论性结论。实验结论的得出必须依据实验结果。
(2)探究性实验中预期实验结果及结论的分析模式
①以“结论→结果”为序,分析可能的实验结果(逆向思维)。采用“假设法”逐条列举,不要重复、遗漏。
②以“结果→结论”为序,书写预期实验结果及结论(顺向答题)。一般的书写模式为若……(实验结果),则……(实验结论)。
采用上述分析模式时,一定要注意区分“分析顺序”和“书写顺序”,不能混淆。
[专题提能训练]
1.(2025·朔州模拟)某兴趣小组进行了下列实验:取甲(雌蕊正常,雄蕊异常,表现为雄性不育)、乙(雌蕊、雄蕊均可育)两株水稻进行相关实验,实验过程和结果如下表所示。已知水稻雄性育性由等位基因A/a控制,A对a为完全显性,另外B基因会抑制不育基因的表达,使之表现为可育。
P F1 F1自交得F2
甲与乙杂交 全部可育 可育株∶雄性不育株=13∶3
(1)F1基因型是　　 　,由以上实验可推知这两对基因遵循自由组 合定律,理由是_______________________________________________
____________________________________________________________
_______。
解析:F1个体自交得到的F2中可育株∶雄性不育株=13∶3,是9∶3∶3∶1的变式,说明该性状受两对等位基因控制,遵循自由组合定律,故F1基因型是AaBb。
AaBb
F1个体自交得到的F2中可育株∶雄性不育株=13∶3,是9∶3∶3∶1的变式,说明该性状受两对等位基因控制,遵循自由组合定律
(2)F2中可育株的基因型共有　　　　种,该部分可育株中能稳定遗传的个体所占的比例为　　　　　　。
解析: 根据(1)题分析,甲的基因型是AAbb、乙的基因型是aaBB,F1的基因型为AaBb。AaBb自交后代的基因型共9种,其中AAbb、Aabb表现为雄性不育,因此可育株的基因型共有9-2=7种,该部分可育株中能稳定遗传的个体的基因型为1/13AABB、2/13AaBB、1/13aaBB、2/13aaBb、1/13aabb,故该部分可育株中能稳定遗传的个体所占的比例为1/13+2/13+1/13+2/13+1/13=7/13。
7
7/13
(3)现有已确定的基因型为AABB、aaBB和aabb的可育水稻,请利用这些实验材料,设计一次杂交实验,确定某雄性不育水稻丙的基因型。请写出实验思路并预期实验结果,得出实验结论。
实验思路:______________________________________________
_________。
预期结果与结论:_________________________________________
____________________________________________________________
______。
取基因型为aabb的可育株与水稻丙杂交,观察后代植株的育性
若后代全是雄性不育植株,则丙基因型是AAbb;若后代出现可育植株和雄性不育植株,且比例为1∶1,则丙的基因型为Aabb
解析: 水稻不育植株的基因型为A_bb,要确定水稻丙的基因型,可采用测交的方法,取基因型为aabb的可育株与水稻丙杂交,观察后代植株的育性。若后代全是雄性不育植株,则丙基因型是AAbb;若后代出现可育植株和雄性不育植株,且比例为1∶1,则丙的基因型为Aabb。
2.(2025·安徽名校模拟)果蝇的直刚毛和焦刚毛受一对等位基因B/b控制,灰身和黑身受另一对等位基因D/d控制。实验小组让某直刚毛黑身雌果蝇和焦刚毛灰身雄果蝇杂交,F1均为直刚毛灰身,让焦刚毛黑身雄果蝇与F1的直刚毛灰身雌果蝇杂交,F2雌雄果蝇的表型及比例均为直刚毛黑身∶直刚毛灰身∶焦刚毛黑身∶焦刚毛灰身=1∶1∶1∶1。不考虑基因位于性染色体同源区段的情况,回答下列问题:
(1)题述两对性状中,显性性状是　　　　　　　,基因B/b和D/d的遗传遵循_____________________;根据题中信息,　　　　(填“能”或“不能”)确定基因B/b是位于常染色体上还是位于X染色体上。若能确定,请说明理由;若不能确定,请利用F2中的果蝇为实验材料,设计一个杂交实验探究B/b基因是位于常染色体上还是位于X染色体上,写出杂交实验方案并预期实验结果和结论。
直刚毛、灰身
基因的自由组合定律
不能
答案：让F2的直刚毛雄果蝇与焦刚毛雌果蝇杂交,统计后代的表型,若子代雄果蝇均为焦刚毛,雌果蝇均为直刚毛,则B/b基因位于X染色体上;若子代雌雄果蝇都有直刚毛和焦刚毛,则B/b基因位于常染色体上(或让F2的直刚毛雄果蝇和直刚毛雌果蝇杂交,统计后代的表型,若子代焦刚毛均为雄果蝇,则B/b基因位于X染色体上;若子代雌雄果蝇都有直刚毛和焦刚毛,则B/b基因位于常染色体上。合理即可)。
解析:(1)根据直刚毛黑身雌果蝇和焦刚毛灰身雄果蝇杂交,F1均为直刚毛灰身,说明直刚毛对焦刚毛为显性,灰身对黑身为显性。
为了探究B/b基因是位于常染色体上还是位于X染色体上,在知道显隐性关系的情况下,常采用的杂交实验方案为隐性雌×显性雄。使用假说—演绎法剖析如下:
(或让F2的直刚毛雄果蝇和直刚毛雌果蝇杂交,统计后代的表型,若B/b基因位于X染色体上,则双亲的基因型分别为XBXb、XBY,子代基因型为XBXB、XBXb、XBY、XbY,则子代焦刚毛均为雄果蝇;若B/b基因位于常染色体上,则双亲的基因型分别为Bb和Bb,子代基因型为BB、Bb、bb,则子代雌雄果蝇都有直刚毛和焦刚毛)。
(2)该实验小组让F2的黑身雌雄果蝇随机交配,若子代的直刚毛黑身果蝇中有3种不同的基因型,则子代直刚毛黑身果蝇所占的比例为______,其可能的基因型为__________________________。
7/16
ddXBXB、ddXBXb和ddXBY
解析:
F2中黑身果蝇的基因型为1ddXBXb、1ddXbXb、1ddXBY、1ddXbY,该群体中卵细胞的基因型和比例为XB∶Xb=1∶3,群体中精子的基因型和比例为XB∶Xb∶Y=1∶1∶2,该群体自由交配获得的子代中直刚毛黑身果蝇所占的比例为1-1/4×3/4-3/4×2/4=7/16,其可能的基因型为ddXBXB、ddXBXb和ddXBY。

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