微专题05 雄性不育和杂交水稻-备战高考生物二轮复习热点微专题

雄性不育和各系杂交水稻二轮微专题雄性不育和各系杂交水稻考法1雄性不育的应用和类型（3种）考法2杂交水稻(一系、二系、三系)——近几年高考和模拟考常考内容考法3雄性不育的具体分子机理（题目整理）1.雄性不育（malesterility）是指雄性器官发育不良，失去生殖功能，导致不育的特性。雄性不育在植物界普遍存在，如玉米、水稻、小麦、高粱、油菜、棉花等主要农作物。雄性不育可作为重要工具用于各种作物的杂交育种和杂种优势利用。2.什么是杂种优势？杂种优势指杂种第一代在体型、生长率繁殖力及行为特征方面均比亲本优越的现象。3.为什么在F2就会出现性状得衰败（常考）？高中阶段回答：F1自交后代会发生性状分离现象考法1雄性不育的应用和类型耐旱

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高产杂种优势→(收获种子吃不种)自交衰败→考法1雄性不育的应用和类型4.雄性不育的意义？（常考）在杂交实验中，雄性不育系可以免除人工去雄，节省人力——雄性不育一定是做母本

♀5.类型细胞质雄性不育细胞核雄性不育核质互作雄性不育考法1雄性不育的应用和类型5.类型①

细胞质雄性不育，表现为细胞质遗传（或母系遗传），用可育的花粉授粉能正常结实，但F1植株仍表现为雄性不育，因而不能自交结果（结籽）。细胞质型不育系的不育性容易被保持而不易被恢复。②

细胞核雄性不育，表现为细胞核遗传，完全遵循孟德尔遗传规律，大多为一对隐性基因控制。与正常植株杂交，F1为雄性可育，难以保持雄性不育系。考法1雄性不育的应用和类型[2023江苏盐城中学]

农作物的雄性不育(雄蕊异常，雌蕊正常)在育种方面发挥着重要作用。油菜的雄性不育与育性正常由3个复等位基因(A1、A2、a)决定，其显隐性关系是A1对A2、a为显性，A2对a为显性。利用油菜的雄性不育突变植株进行的杂交实验如图所示。下列分析正确的是(

)A．根据杂交实验一、二的结果可判断控制雄性不育性状的基因是aB．杂交实验一的F2中重新出现雄性不育植株的原因是发生了基因重组C．杂交实验一的F2中育性正常植株随机传粉，后代的性状分离比为8∶1D．虚线框内的杂交是利用基因突变的原理，将品系3的性状与雄性不育性状整合在同一植株上C[同个图大题：2019北京卷]油菜是我国重要的油料作物，培育高产优质新品种意义重大。油菜的杂种一代会出现杂种优势，可显著提高油菜籽的产量。1）杂种优势无法在自交后代中保持，需年年制种，原因是____________________________________________________________。3）科学家利用该突变株进行的杂交实验如下:杂交一与杂交二的F1表现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（A1、A2、A3）决定。亲本中品系1、雄性不育株、品系3的基因型分别为A1A1、A2A2、A3A3。根据杂交一、二的结果，判断A1、A2、A3之间的显隐性关系是：A2对A1为___________性；A2对A3为______性。显隐自交后代会发生性状分离4)利用上述基因间的关系，可大量制备兼具品系1、3优良性状的油菜杂交种子（YF1），供农业生产使用：①经过图中虚线框内的杂交后，可将品系3的优良性状与____________性状整合在同一植株上，该植株所结种子的基因型及比例为_____________________。②将上述种子种成母本行，将基因型为_____的品系种成父本行，用于制备YF1。③为制备YF1，油菜刚开花时应拔除母本行中具有某一育性性状的植株。否则得到的种子给农户种植后会导致油菜籽减产，其原因是所得种子中混有基因型为______________的种子，这些种子在生产上无杂种优势且部分雄性不育。A3A3、A2A3雄性不育A2A3∶A3A3=1∶1A1A15）上述辨别并拔除特定植株的操作只能在油菜刚开花时（散粉前）完成，供操作的时间短，还有因辨别失误而漏拔的可能。有人设想:“利用某一直观的相对性状在油菜开花前推断植株的育性”，请用控制该性状的等位基因（E、e）及其与A2、A3基因在染色体上的位置关系展示这一设想________。答案：5.类型③

核质互作不育水稻存在雄性不育基因：其中R(雄性可育)对r(雄性不育)为显性，是存在于细胞核中的一对等位基因；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。以为罗列了所谓组合情况：细胞质基因细胞核基因R为可育，可掩盖SRRRrrrN可育N(RR)可育N(Rr)可育N(rr)可育S不育S(RR)可育S(Rr)可育S(rr)不育考法1雄性不育的应用和类型特点：能实现不育系S（rr）、保持系N（rr）、恢复系N（RR）、S（RR）配套，并能通过三系法将杂种优势应用于生产（本节后面具体讲）。[2024湖南邵东三中月考]水稻存在雄性不育基因：其中R(雄性可育)对r(雄性不育)为显性，是存在于细胞核中的一对等位基因；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。下列有关叙述正确的是(

)A.R、r和N、S的遗传遵循基因的自由组合定律B.水稻种群中雄性可育植株共有6种基因型C.母本Srr与父本Nrr的杂交后代均为雄性不育D.母本Srr与父本NRr的杂交后代均为雄性可育C6.通过实验检测雄性不育类型（核质互作VS核不育）[2023泉州二模]

玉米是雌雄同株植物，高产杂交玉米培育的关键是找到雄性不育品系。研究发现，玉米有一种雄性不育表现为核质互作雄性不育(核质不育)，细胞核和细胞质都有决定雄性育性的基因，其中核不育基因为r，可育基因为R，R对r为显性，细胞质不育基因用S表示，可育基因用N表示，核可育基因R能够抑制细胞质不育基因S的表达，只有基因型为(S)rr的玉米表现为雄性不育。3)玉米还有一种雄性不育表现为核不育，只有细胞核中具有决定雄性育性的基因，可育基因M对不育基因m为显性。现有一种雄性不育植株突变品系，利用野生型玉米(不含不育基因)设计杂交实验可检测其雄性不育类型。请写出实验思路并预期结果。雄性不育突变株与野生型玉米杂交获得F1，以F1为父本、野生型玉米为母本杂交得F2，F2自交获得F3，观察F3的育性。若F3全部可育，则该突变品系为核质不育；若F3出现雄性不育个体，则为核不育。[2022·福建漳州·二模节选]

杂种优势是指两个遗传组成不同的亲本杂交，产生的杂种一代在诸多方面比双亲优越的现象。科研人员培育了某光温敏雄性不育系水稻、其育性受日照时间和温度调控，下图表示光温敏不育系留种及获得F1杂交种的过程。1)

该光温敏雄性不育系与9种常规可育系进行正反交，得到的F1均可育，说明不育基因位于_________(填“细胞核”或“细胞质”），为______________（填“显性”或“隐性”）基因。光温敏雄性不育系相比于不受环境因素影响的雄性不育系，其在杂交育种上的优点是______________。可自交留种，用于每年制备杂交种细胞核隐性7.以上雄性不育的情况可以受到外界因素的影响（此时对于不育系非常重要，对应后面的两系杂交）[2022浙江浙南名校联盟联考]第三代杂交水稻是指以普通隐性核雄性不育系（基因型为aa）为母本，常规品种（基因型为AA）为父本配制而成的新型杂交水稻。普通隐性核雄性不育系与光温敏核雄性不育水稻比较，普通隐性核雄性不育系在任何时期都是不育的，不因环境改变而改变。国家杂交水稻工程技术研究中心构建了普通核不育性可育基因A、红色荧光基因R和花粉不育基因S（含S基因的花粉不育）连锁表达的三元载体。使用该三元载体转化普通核不育突变体（不育系，基因型为aarrss）得到育性恢复正常的植株（繁殖系，基因型为AaRrSs）繁殖系自交可以获得不育系和繁殖系，不育系可用于育种，繁殖系则可用于生产不育系。回答下列相关问题：(1)光温敏核雄性不育水稻的雄性不育性状与环境相关，该现象说明

，使用雄性不育系进行杂交育种的优点是

。性状是基因和环境共同作用的结果

产生的花粉不育，作母本不用去雄2)将连锁表达的三元载体导入普通核不育突变体细胞时一般使用_____________（填方法），红色荧光基因（R）的作用是___________________________

。3)繁殖系自交后代同时出现雄性不育后代和可育后代的现象称为_____

，产生该现象的原因是

。4)请写出繁殖系自交的遗传图解。农杆菌转化法表达产生红色荧光蛋白，方便筛选性状分离基因分离考法2杂交水稻（一系、二系、三系）1.杂交水稻的三系对应的是核质互作不育基因型为N(rr)的品种，既能使母本结实，又使后代保持了不育特性，因此叫做雄性不育保持系(简称保持系)。不育系

S(rr)基因型为_(RR)的品种，能够使雄性不育系的后代恢复可育性，因此叫做雄性不育恢复系(简称恢复系)。保持系

N(rr)不育系

S(rr)考法2杂交水稻（一系、二系、三系）1.杂交水稻的三系对应的是核质互作不育①

不育系S（rr）x

保持系N（rr）

→

不育系S（rr）雄性不育②

不育系S（rr）x

恢复系_（RR）

→

S（Rr）优势杂交种①

②

1)三系杂交中不育系的基因型可表示为ms(rfrf)，保持系的基因型为________，恢复系的基因型为______________________。在农田种植中，不育系与保持系间行种植并单行收获的原因是_________________________________________________________________________________________________________________________________________。[2022湖南二模]三系杂交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。不育系(代号A)的花粉不育，这种雄性不育由细胞质基因S控制，自然界中水稻除极少数外，不存在修复这种不育性的核基因。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N正常可育，能够自交结实。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(R)，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F2的育性、不育性状等会发生分离，所以F1种植后不再使用，需每年利用不育系育种。N(rr)S(RR)或N(RR)间行种植易于不育系与保持系杂交，单行收获可以分别获得不育系和保持系，以达到繁殖的目的——这种题考的很多，无论是三系还是二系不育系被授粉是获得不育系保持系自交仍然是保持系2)选取基因型为___________________________________________的亲本组合杂交，能够使雄性不育系产生的子代全部恢复育性。S(rr)×N(RR)或S(rr)×S(RR)同理：也得间行种植不育系被授粉是获得杂交稻恢复系自交仍然是恢复系3)在三系杂交育种中，选育恢复系非常关键。研究人员发现了几株性状优良且纯度高的水稻植株(代号D)，但不能直接作为恢复系。若用基因导入的方法获得理想的恢复系，请简要写出实验思路及预期结果。答案：实验思路：将恢复基因R导入不同的D中，然后分别与多株不育系植株混合种植并收获不育系种子，再种植统计育性恢复情况。预期结果：若不育系后代的育性均未恢复，则说明D中未成功导入R；若不育系后代的育性部分恢复，则说明D中成功导入了一个R；若不育系后代的育性完全恢复，则说明D中成功导入了一对R。子代育性完全恢复的D植株即为理想的恢复系。[提醒]由于恢复系和不育系都是优势杂种的亲代，所以有时候把优良个体通过基因工程构建成恢复系或者不育系——前提是找到一个的雄性不育基因，且可根据外界环境调节其基因表达2.杂交水稻的两系考法2杂交水稻（一系、二系、三系）[2022陕西咸阳三模]自然条件下普通水稻是自花传粉植物。20世纪90年代，“杂交水稻之父”袁隆平院士带领科研团队发明了两系法杂交水稻。两系法杂交水稻是利用光温敏不育系水稻为基本材料培育的，光温敏不育系在夏季长日照、高温下表现为雄性不育（植株花粉败育，而雌配子可育），在秋季短日照、低温下又变成了正常的水稻。下列有关叙述错误的是（）A．杂交育种是将两个或多个品种的优良性状通过交配集中在一起，再经过选择和培育，获得新品种的方法B．光温敏不育系水稻是光照，温度等环境因素诱发细胞基因突变所形成的C．利用雄性不育系水稻为材料培育杂交水稻，可以简化其培育过程D．光温敏不育系水稻在秋季种植时可通过自交结种，以备来年使用B[2020天津一模]水稻是我国主要的粮食作物之一，它是自花传粉的植物。提高水稻产量的一个重要途径是利用杂交种(F1)的杂种优势，即F1的性状优于双亲的现象。请回答下列相关问题：1)杂交种虽然具有杂种优势，却只能种植一代，其原因是_______________________________________________________________________，进而影响产量。为了获得杂交种，需要对__________去雄，操作极为繁琐。2)雄性不育水稻突变体S表现为花粉败育。在制种过程中，利用不育水稻可以省略去雄操作，极大地简化了制种程序。①将突变体S与普通水稻杂交，获得的F1表现为可育，F2中可育与不育的植株数量比约为3∶1，说明水稻的育性由________等位基因控制，不育性状为__________性状。F1自交后代会发生性状分离现象母本1对隐性②研究人员发现了控制水稻光敏感核不育的基因pms3，该基因并不编码蛋白质。为研究突变体S的pms3基因表达量和花粉育性的关系，得到如下结果(用花粉可染率代表花粉的可育性)。该基因的表达量指的是__________的合成量。根据实验结果可知，pms3基因的表达量和花粉育性关系是_________________________________________________________。突变体S的育性是可以转换的，在__________条件下不育，在______________条件下育性最高，这说明_________________________。RNA花粉育性变化与pms3基因的表达量呈现正相关长日高温短日低温表型是基因与环境协同作用的结果3）结合以上材料，请设计培育水稻杂交种并保存突变体S的简要流程：_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________在长日高温条件下，以突变体S为母本，与普通水稻杂交，收获S植株上所结的种子即为生产中所用的杂交种。在短日低温条件下，使突变体S自交，收获种子，以备来年使用。

——参考我们刚刚的笔记即秒杀啦！[2021·山东高考节选]

番茄是雌雄同花植物，可自花受粉也可异花受粉。M、m基因位于2号染色体上，基因型为mm的植株只产生可育雌配子，表现为小花、雄性不育。基因型为MM、Mm的植株表现为大花、可育。细菌中的H基因控制某种酶的合成，导入H基因的转基因番茄植株中，H基因只在雄配子中表达，喷施萘乙酰胺(NAM)后含H基因的雄配子死亡。2)已知H基因在每条染色体上最多插入1个且不影响其他基因。将H基因导入基因型为Mm的细胞并获得转基因植株甲和乙，植株甲和乙分别与雄性不育植株杂交，在形成配子时喷施NAM，F1均表现为雄性不育。若植株甲和乙的体细胞中含1个或多个H基因，则以上所得F1的体细胞中含有________个H基因。若植株甲的体细胞中仅含1个H基因，则H基因插入了________所在的染色体上。若植株乙的体细胞中含n个H基因，则H基因在染色体上的分布必须满足的条件是____________________________________________________________________________________，植株乙与雄性不育植株杂交，若不喷施NAM，则子一代中不含H基因的雄性不育植株所占比例为________。0M基因

必须有1个H基因位于M所在染色体上，且2条同源染色体上不能同时存在H基因1/2n2.杂交水稻的一系[2022河北邢台统考二模]

杂交水稻具有重要的经济价值。我国科研人员对杂交稻的无融合生殖（不发生雌、雄配子的细胞核融合而产生种子的一种无性繁殖过程）进行了研究。1）水稻的杂交种在生活力、抗逆性、适应性和产量等方面优于双亲，但由于杂种后代会发生____________，无法保持其杂种优势，因此需要每年制种用于生产。2）有两个基因控制水稻无融合生殖过程：含基因A的植株形成雌配子时，减数第一次分裂异常，导致雌配子染色体数目加倍；含基因P的植株产生的雌配子不经过受精作用，直接发育成个体。雄配子的发育不受基因A、P的影响。人们曾用图1所示杂交方案，获得无融合生殖的个体。性状分离考法2杂交水稻（一系、二系、三系）2）有两个基因控制水稻无融合生殖过程：含基因A的植株形成雌配子时，减数第一次分裂异常，导致雌配子染色体数目加倍；含基因P的植株产生的雌配子不经过受精作用，直接发育成个体。雄配子的发育不受基因A、P的影响。人们曾用图1所示杂交方案，获得无融合生殖的个体。①某品系的基因型为__________，子代中Ⅱ号个体自交所结种子胚基因型是__________________。②子代_________号具有稳定遗传的杂种优势，其产生的雌配子基因型为_________________。c使减数分裂变成有丝分裂（或“不出现基因重组、配子染色体数目加倍”）；受精后，父本来源的染色体消失

基因（或“遗传”）

有利方面：疾病治疗、作物改良、酶的结构改造提高工业生产效率

潜在风险：技术上存在隐患，例如脱靶（误切割）带来的新的未知基因突变；使原有基因组改变，导致基因间相互作用关系的改变。aP或ap保持母本基因型3保持母本基因型3)我国科研人员还尝试利用基因编辑技术敲除杂交水稻的4个相关基因，实现了杂种的“无融合生殖”，如图2所示。图2中所敲除的4个基因在正常减数分裂过程中的作用是______________________________________________________________________________________。4）无融合技术应用于作物育种，可以使杂种通过无性繁殖得以保持杂种优势，但也会导致_______________多样性降低，应对杂草入侵或病毒侵害的能力降低，因而也藏有生态隐患。遗传(或基因）配子的染色体数目加倍，受精卵中精子来源的染色体消失考法3（仅题型整理）1.核基因毒蛋白和解读蛋白基因引起，注意表达时间！！！[2022广东湛江二模]我国科学家在研究水稻杂种不育现象时发现，品种甲7号染色体上紧密连锁的基因ORF2和ORF3分别编码毒蛋白和解毒蛋白，它们分别在花粉母细胞的减数分裂过程、花粉细胞中表达，解毒蛋白会自动消除毒蛋白的毒害作用，使花粉细胞顺利完成发育；水稻品种乙7号染色体相应位点上只有编码无毒蛋白的基因orf2而无基因ORF3及其等位基因。品种甲、乙的杂交种（如图）虽具有明显的杂种优势，但部分花粉不育（不考虑突变和交叉互换）。下列叙述正确的是（

）A．水稻品种甲与乙之间存在生殖隔离B．ORF2、orf2与ORF3是一组复等位基因C．F1产生的含基因orf2的花粉可育

D．F1产生的含基因ORF2的花粉可育

D2.核质互作型某案例机理[2024山东潍坊适应性考试节选]研究发现，线粒体基因WA352编码的WA352蛋白与核基因编码的线粒体蛋白COX11互作，共同调控水稻细胞质雄性不育。育性恢复基因Rf3、Rf4可以抑制WA352诱导的不育，作用机理如图1所示。1)现有甲、乙、两三个品系如表所示，请选择合适材料设计杂交实验判断Rf3与Rf4育性恢复能力的高低。品系不育基因WA352核基因型甲含有rf3rf3Rf4Rf4乙含有Rf3Rf3rf4rf4丙含有rf3rf3rf4rf4请简要写出实验思路：

。方案一：甲、乙分别自交后，收集相同数量的植株所结种子，统计并计算结实率；方案二：分别将甲和丙杂交、乙和丙杂交，收集相同数量的植株所结种子，统计并计算结实率2)研究发现，Rf4