Question

12．籼稻和粳稻为亚洲栽培水稻的两个亚种（品系），籼粳种间杂种具有较大优势．让纯种籼稻和粳稻杂交得到F₁，但F₁存在不育或半不育现象，为探究F₁杂种不育的原因，科研人员做了如下实验探究．
（1）科研人员对F₁杂种不育现象提出三种假说．
假说一：籼稻和粳稻染色体的结构存在差异，使F₁染色体配对不正常．
假设二：水稻细胞质中存在某种蛋白或酶，影响籼粳杂合核基因组的功能，从而引起配子发育异常．
假设三：水稻细胞中存在不育基因．
①在显微镜下观察F₁减数第一次时期染色体的形态结构或行为变化（能否正常配对）是正常的，否定假说一．
②比较正反交后代可育程度，发现其差异不显著，否定假说二．
（2）我国科研人员的发现为假说三提供了证据支持．他们发现水稻6号染色体S5位点存在紧密连锁的3个基因，分别为G3、G4和G5基因，G3、G4、G5基因分别编码3+、4+、5+三类蛋白．其不育机制如图所示：分泌到细胞外的5+催化某底物生成某产物，进而产物与细胞膜上的4+结合，当3-或者不存在3+情况下，不能解除内质网的折叠负担造成内质网胁迫．持续的内质网胁迫可能会促进（诱导、诱发、引导）一系列胁迫响应基因的表达，进而造成程序性细胞死亡提前，最终导致胚囊提前败育（配子致死）．
（3）在籼稻中G3和G5基因有功能，G4基因没有功能（可表示为3+4-5+）；粳稻则相反，为3-4+5-．在雌配子（卵子）形成过程中，有功能的G5+和G4+基因一起，构成杀手基因，而携带G3基因（3+）的配子则不会被杀死，则行使保护者的作用，此过程对雄配子形成无影响．现用纯合NJ11（籼稻品种）和Ba（粳稻品种）为亲本（不考虑交叉互换），预测其F₁小穗结实率为50%，解释原因F₁在其减数分裂过程中，G4+和G5+基因表达产生4+和5+，但只有一半卵细胞含有G3+基因产生3+，能保护雌配子，因此有一半的雌配子可育．
（4）在水稻中存在一类特殊的种质资源，可与籼粳品种杂交，得到的F₁能正常结实，此种质资源称为“广亲和品种”．研究发现其S5位点的G5基因为无功能的G5n，成为广亲和基因．研究该基因的存在，对于水稻作物的研究具有哪些实际应用价值为籼粳稻间的基因交流提供了桥梁；可利用籼粳稻之间强大的杂种优势提高水稻产量；在水稻品种改良中将有重大应用前景；能够克服水稻籼粳亚种间杂交稻的不育性（生殖隔离）（至少两点）

Answer 1

分析 根据题干和图示分析可知，分泌到细胞外的5+催化某底物生成某产物，进而产物与细胞膜上的4+结合，当3-或者不存在3+情况下，不能解除内质网的折叠负担造成内质网胁迫．持续的内质网胁迫可能会促进系列胁迫响应基因的表达，进而造成程序性细胞死亡提前，最终导致胚囊提前败育，即配子致死．

解答 解：（1）①在显微镜下观察F₁减数第一次时期染色体的形态结构或行为变化是正常的，而假说一中“籼稻和粳稻染色体的结构存在差异，使F₁染色体配对不正常”，因此能否定假说一．
②比较正反交后代可育程度，发现其差异不显著，而假说二中“水稻细胞质中存在某种蛋白或酶，影响籼粳杂合核基因组的功能，从而引起配子发育异常”，因此否定假说二．
（2）根据题干和图示可知，分泌到细胞外的5+催化某底物生成某产物，进而产物与细胞膜上的4+结合，当3-或者不存在3+情况下，不能解除内质网的折叠负担造成内质网胁迫．持续的内质网胁迫可能会促进系列胁迫响应基因的表达，进而造成程序性细胞死亡提前，最终导致胚囊提前败育，即配子致死．
（3）纯合NJ11（籼稻品种）和Ba（粳稻品种）为亲本，产生的F₁在减数分裂过程中，G4+和G5+基因表达产生4+和5+，但只有一半卵细胞含有G3+基因产生3+，能保护雌配子，则有一半的雌配子可育．因此预测其F₁小穗结实率为50%．
（4）研究发现其S5位点的G5基因为无功能的G5n，成为广亲和基因．研究该基因的存在，可以为籼粳稻间的基因交流提供了桥梁；可利用籼粳稻之间强大的杂种优势提高水稻产量；在水稻品种改良中将有重大应用前景；能够克服水稻籼粳亚种间杂交稻的不育性等．
故答案为：
（1）①减数第一次       形态结构或行为变化（能否正常配对）
②正反
（2）细胞膜上的4+3-或者不存在3+促进（诱导、诱发、引导）
（3）50%        F₁在其减数分裂过程中，G4+和G5+基因表达产生4+和5+，但只有一半卵细胞含有G3+基因产生3+，能保护雌配子，因此有一半的雌配子可育
（4）为籼粳稻间的基因交流提供了桥梁；可利用籼粳稻之间强大的杂种优势提高水稻产量；在水稻品种改良中将有重大应用前景；能够克服水稻籼粳亚种间杂交稻的不育性（生殖隔离）

点评 本题结合图示，考查育种的相关知识，意在考查考生识图能力和理解所学知识的要点，把握知识间的内在联系的能力；能运用所学知识与观点，通过比较、分析与综合等方法对某些生物学问题进行解释、推理，做出合理的判断或得出正确的结论．