Question

15．玉米是同株异花（顶部开雄花，腋部开雌花，如图所示）．可同株异花授粉（自交）及异株异花授粉（杂交）．控制玉米髙茎（D）和矮茎（d）的基因位于第2号染色体上，黄粒（R）和白粒（r）的基因位于第4号染色体上．高茎的产量更高，白粒的糖含量高，味道更甜．现有高茎黄粒和矮茎白粒两个纯合玉米品种，欲通过传统的杂交育种方法，利用四年时间培育出髙茎白粒玉米新品种．以下是某同学设计的简单的育种计划，请将该计划补充完整并进行相关的分析：

育种计划：
第一年：①将上述两品种的玉米种子分别种植获得亲本植株；
②若以高茎玉米为母本，则需在开花前对植株进行套袋（填人工去雄或套袋）操作；
③在适宜时期取矮茎白粒玉米的花粉对母本进行人工授粉；
④收获F₁种子．
第二年：①种植F₁种子，获得F₁植株．任其自交，获得F₂种子（F₁植株所结种子，属于F₂代）；据题中所给条件，F₂种子有2种表现型（只看种子）．
②选出F₂种子中的白粒，这样的种子约占F₂种子总数的$\frac{1}{4}$；
第三年：①种植第二年选出的F₂种子，获得F₂植株；
②获得F₂植株后，只保留F₂植株中的高茎，这样的植株约占当年植株总数的$\frac{3}{4}$；
③任其自交，产生F₃种子，将每株F₂产生的种子单独收获，获得多份F₃种子，F₃种子的基因型有3种．
第四年：①将每份F₃种子按第三年②中的方法进行种植，获得F₃植株，能够确定基因型的植株占当年植株总数的比例约为$\frac{1}{2}$．
②任其自交产生F₄种子，从无性状分离的植株获得所需纯种．

Answer 1

分析 根据该同学的实验方案可以看出，该同学利用了杂交育种的方法．实验中首先选出矮茎植株（dd），然后在后代（DD、Dd）中通过自交的方法选育出纯合的DD植株．关键是能够结合育种过程动笔写出当年获得种子的基因型，进而进行相关计算．

解答 解：第一年：为避免其自花传粉，则需在开花前对植株进行套袋操作．
第二年：①由于F₁（DdRr）自交获得的F₂中种子的基因型为$\frac{9}{16}$D_R_、$\frac{3}{16}$D_rr、$\frac{3}{16}$ddR_、$\frac{1}{16}$ddrr，F₂种子有黄色（R_）和白色（rr）2种表现型（只看种子）．
②关于种子颜色的性状，F₂中种子的基因型$\frac{3}{4}$R_、$\frac{1}{4}$rr，选出F₂种子中的白粒，这样的种子约占F₂种子总数的$\frac{1}{4}$．
第三年：②由于第二年中保留的是高茎种子，皱粒种子中DDrr：Ddrr：ddrr=1：2：1，因此对于F₂植株，可以观察出其植株的高矮，淘汰矮茎植株，保留高茎植株，这样的植株（1DDrr、2Ddrr）占当年总数的$\frac{3}{4}$．
③任其自交，产生F₃种子，将每株F₂产生的种子单独收获，获得多份F₃种子，F₃种子的基因型有3种，DDrr、Ddrr、ddrr．
第四年：①将每份F₃种子按第三年②中的方法进行种植，获得F₃植株，能够确定基因型的植株占当年植株总数的比例约为$\frac{1}{2}$．
②种植F₃圆粒种子后长出的植株中肯定有发生性状分离的，即DdRr、DdRR自交获得的后代，而DDRR自交的后代不发生性状分离，获得所需的纯种．
故答案为：
第一年：②套袋 
第二年：①2        ②$\frac{1}{4}$
第三年：②$\frac{3}{4}$
③3
第四年：①$\frac{1}{2}$    ②无性状分离的植株

点评 本题考查杂交育种、染色体组的概念、单倍体、二倍体、多倍体的相关知识，意在考查学生的识记能力和判断能力，运用所学知识综合分析问题和解决问题的能力．