水稻是我国最重要的粮食作物。稻瘟病是由稻瘟病菌( Mp)侵染水稻引起的病害,严重危害我国粮食生产安全。与使用农药相比,抗稻瘟病基因的利用是控制稻瘟病更加有效、安全和经济的措施。
( 1)水稻对Mp表现出的抗病与感病为一对相对 __________ 。为判断某抗病水稻是否为纯合子,可通过观察自交子代 ____________ 来确定。
( 2)现有甲(R1R1r2r2r3r3)、乙(r1r1R2R2r3r3)、丙(r1r1r2r2R3R3)三个水稻抗病品种,抗病(R)对感病(r)为显性,三对抗病基因位于不同染色体上。根据基因的DNA序列设计特异性引物,用PCR方法可将样本中的R1、r1、R2、r2、R3、r3区分开。这种方法可用于抗病品种选育中基因型的鉴定。
①甲品种与感病品种杂交后,对F2不同植株的R1、r1进行PCR扩增。已知R1比r1片段短。从扩增结果(下图)推测可抗病的植株有 ____________ 。
②为了在较短时间内将甲、乙、丙三个品种中的抗病基因整合,选育新的纯合抗病植株,下列育种步骤的正确排序是 ________ 。
a.甲×乙,得到F1
b.用PCR方法选出R1R1R2R2R3R3植株
c.R1r1R2r2r3r3植株×丙,得到不同基因型的子代
d.用PCR方法选出R1r1R2r2R3r3植株,然后自交得到不同基因型的子代
( 3)研究发现,水稻的抗病表现不仅需要自身抗病基因(R1、R2、R3等)编码的蛋白,也需要Mp基因(A1、A2、A3等)编码的蛋白。只有R蛋白与相应的A蛋白结合,抗病反应才能被激活。若基因型为R1R1r2r2R3R3和r1r1R2R2R3R3的水稻,被基因型为a1a1A2A2a3a3的Mp侵染,推测这两种水稻的抗病性表现依次为 ___________ 。
( 4)研究人员每年用Mp(A1A1a2a2a3a3)人工接种水稻品种甲(R1R1r2r2r3r3),几年后甲品种丧失了抗病性,检测水稻的基因未发现变异。推测甲品种抗病性丧失的原因是 ______________ 。
( 5)水稻种植区的Mp是由不同基因型组成的群体。大面积连续种植某个含单一抗病基因的水稻品种,将会引起Mp种群 __________ ,使该品种抗病性逐渐减弱直至丧失,无法在生产中继续使用。
( 6)根据本题所述水稻与Mp的关系,为避免水稻品种抗病性丧失过快,请从种植和育种两个方面给出建议 __________________________ 。
性状 性状是否分离 1和3 a、c、d、b 感病、抗病 Mp的A1基因发生了突变 ( A类)基因(型)频率改变 将含有不同抗病基因的品种轮换 /间隔种植;将多个不同抗病基因通过杂交整合到一个品种中
【解析】 【分析】该题主要考查遗传定律的应用、基因、蛋白质与性状的关系及育种方法的有关知识。要获得纯合的新品种,结合题意,首先通过不同品种杂交,将不同的抗性结合到一起,再通过自交使之出现纯合子,最后用 PCR 技术筛选出纯合子植株作为稳定遗传的新品种。
【详解】 ( 1 )水稻的抗病与感病符合同一种生物的同一性状的不同表现型,是一对相对性状;通过观察自交子代是否发生性状分离来确定纯合子、杂合子的情况;
( 2) ①甲品种与感病品种杂交后,对不同植株的 R 1 、 r 1 进行 PCR 扩增。已知 R 1 比 r 1 片段短。从扩增结果分析,植株 1 只有和 M 的 200bp 的基因相同的基因,基因型为 R 1 R 1 ,植株 3 有和 M 相同的基因,基因型为 R 1 r 1 ,植株 2 只有和 M 的 400bp 的基因相同的基因,基因型为 r 1 r 1 ,所以 1 和 3 为抗病植株, 2 为感病植株;
②为了在较短时间内选育新的纯合抗病植株,先让甲、乙杂交得到子一代,再用子一代( R 1 r 1 R 2 r 2 r 3 r 3 )植株与丙( r 1 r 1 r 2 r 2 R 3 R 3 )杂交,得到四种不同基因型的子代,然后用 PCR 方法选出 R 1 r 1 R 2 r 2 R 3 r 3 植株,然后自交得到 9 种不同基因型的子代, 最后用 PCR 方法选出 R 1 R 1 R 2 R 2 R 3 R 3 植株;
( 3) 基因型为 R 1 R 1 r 2 r 2 R 3 R 3 和 r 1 r 1 R 2 R 2 R 3 R 3 的水稻被基因型 a 1 a 1 A 2 A 2 a 3 a 3 为的 Mp 侵染,因只有 R 蛋白与相应的 A 蛋白结合,抗病反应才能被激活,基因型为 R 1 R 1 r 2 r 2 R 3 R 3 的水稻没有 R 2 蛋白与 Mp 的 A 2 蛋白结合,抗病反应不能被激活;基因型为 r 1 r 1 R 2 R 2 R 3 R 3 的水稻中有与 A 2 蛋白结合的相应的 R 2 蛋白,抗病反应能被激活,因此这两种水稻的抗病性表现依次为感病、抗病;
( 4 )每年用 Mp(A 1 A 1 a 2 a 2 a 3 a 3 )人工接种水稻品种甲( R 1 R 1 r 2 r 2 r 3 r 3 . ),几年后甲品种丧失了抗病性,由于水稻的基因没有变异,只能是 Mp(A 1 A 1 a 2 a 2 a 3 a 3 )的 A 1 基因发生突变,使甲品种 R 1 蛋白没有 A 1 蛋白与之结合,抗病反应不能被激活,丧失抗性 ;
( 5 )由于 Mp 有多种不同基因型的个体,而单一抗病类型的水稻只对其中一种 Mp 有抗性,长期种植这一种类型将会引起 Mp 种群中其他类型的个体大量繁殖,其 A 基因频率升高,该品种不能对其他类型的 Mp 有抗性,导致其抗病性逐渐减弱直至丧失,无法再生产中继续使用;
( 6 )为避免单一抗病类型的水稻品种抗病性丧失过快,可以将不同水稻抗病品种(甲、乙、丙)混种;育种时培养同时含有多对抗性基因的纯合子品种(如 R 1 R 1 R 2 R 2 R 3 R 3 )。
【点睛】其一要抓住 “ 只有 R 蛋白与相应的 A 蛋白结合,抗病反应才能被激活 ” 这一条件,才能判断感病和抗病类型;其二单一抗病类型的水稻客观上对 Mp 起到选择作用,导致其他类型的 Mp 留下来,其中的 A 基因频率升高,这种水稻对这些 Mp 没有抗性,在生产上就没有价值了。
序号 | 类型 | 计算公式 |
1 | 患甲病的概率m | 则非甲病概率为1-m |
2 | 患乙病的概率n | 则非乙病概率为1-n |
3 | 只患甲病的概率 | m(1-n) |
4 | 只患乙病的概率 | n(1-m) |
5 | 同时患两种病的概率 | mn |
6 | 只患一种病的概率 | m(1-n)+n(1-m) |
7 | 患病概率 | 1-(1-m)(1-n) |
8 | 不患病概率 | (1-m)(1-n) |
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