素材:杂交水稻和雄性不育--高一下学期生物人教版必修2.docx
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1、杂交水稻和雄性不育高中生物学必修二详细介绍了细胞核染色体基因遗传的规律,对于核质互作型的杂交水稻仅略有提及,然各类考试中却常有涉及。杂交水稻是利用天然野性型雄性不育培育而成的优良水稻品种上,其子一代具有明显的杂种优势,从而达到高产的目的。一、杂种优势杂种优势是指杂种一代在性状表现上优于双亲的现象。作物上主要表现为子代在生活力、繁殖力、产量、品质、抗逆性、抗病性和抗虫性等方面均优于双亲均值的现象关于杂种优势产生的分子机制目前主要有三种假说:1、显性假说:假说认为多数显性基因有利于个体的生长和发育,隐性基因不利于生长和发育,杂种子一代中来自双亲的优势显性基因遮盖了劣势隐性等位基因,从而在多个方面优
2、于双亲。例如:亲本如果是AAbbCC和aaBBcc,那么后代就是AaBbCc,隐性基因被显性基因遮盖,那么显性基因就能够聚集起来,呈现更明显的优势。2、超显性假说:杂种优势是由等位基因间的互作引起,它们之间无显隐性之分,等位基因间的互作导致杂种出现优于亲本的表型。例如:A1和A2是2个等位基因,其杂合体A1A2比纯合体的双亲A1A1和A2A2显示出更大的生长优势。还认为杂合态的基因座越多,杂种优势就越大。超显性假说的生化基础:两个等位基因各自编码一种蛋白质,这两种蛋白质的相互作用的结果,比各自独立存在更有利于个体的生存。例如人类的镰刀形血红蛋白杂合体(HbA/HbS)的红细胞中同时存在着两种血
3、红蛋白:成人血红蛋白(HbA)和镰刀形细胞血红蛋白(HbS)。杂合体既不是贫血症患者,又较不易为疟原虫感染,因而在疟疾流行的地区更有利于生存。两个杂合等位基因所编码的多肽结合成为活力高于相同亚基所形成的蛋白质。3、上位性假说:假说认为非等位基因间的相互关系是导致杂种优势产生的原因,某一个基因对性状的影响会受到其他一个或多个基因的影响。例如:两对非等位基因,A和B,它们在一起会发生相互作用,使得AB的效果比单独的A或B的效果要好。这三种假说都不能完全解释杂种优势,但在不同的情况也都有一定适用性。二、三系杂交水稻1、杂交水稻杂交水稻指选用两个在遗传上有一定差异,同时它们的优良性状又能互补的水稻品种
4、进行杂交,生产具有杂种优势的第一代杂交种。2、水稻杂交面临的问题1)如何解决水稻人工去雄的难题?由于水稻是两性花植物,花器小,每朵花只结一粒种子,用人工去雄的方式进行水稻杂交无法满足大规模生产应用需求。雄性不育株的发现和利用是杂交水稻的重要基础,利用雄性不育的材料来完成杂交制种,可以免去了人工去雄的过程。雄性不育的原理:研究表明,小麦、水稻和玉米等作物,它们的雄蕊是否可育,是由细胞核和细胞质中的基因共同决定的。在细胞核和细胞质中,都含有决定雄蕊是否可育的基因,其中,细胞核的不育基因用r表示,可育基因用R表示,并且R对r为显性;细胞质的不育基因用S表示,可育基因用N表示。在上述四种基因的关系中,
5、细胞核可育基因(R)能够抑制细胞质不育基因(S)的表达,因此,当细胞核可育基因(R)存在时,植株都表现为雄性可育;当细胞质基因为可育基因(N)时,无论细胞核具有可育基因还是不育基因,植株都表现为雄性可育;只有当细胞核不育基因(rr)与细胞质不育基因(S)同时存在时,植株才能表现为雄性不育。雄蕊是否可育,是由核基因和质基因共同决定的。核基因:可育基因R对不育基因r是显性。 质基因:可育基因为N,不育基因为S核基因和质基因的关系:细胞质的可育基因N可使花粉正常发育,细胞核的可育基因R能够抑制细胞质不育基因S的表达。2)如何解决不育系自身留种问题?由于不育系本身的花粉是不育的,自交不结实,不能通过自
6、花传粉繁衍具有不育特性的后代。必须要有一个正常可育的特定品种给不育系授粉并能结实,使不育系的后代仍保持其雄性的不育特性,这种能使不育系性能一代一代保持下去的特定父本品种称为雄性不育保持系(简称保持系) 。3)如何得到可育的雄性杂交种?大田里种植的杂交水稻必须是雄性可育的,这样才能生产出粮食。一些正常可育的品种花粉授给不育系后,结实正常,而且新产生的杂种一代育性恢复正常,能自交结实,并具有较强的优势。这种能够恢复不育系雄性繁育能力的品种叫雄性不育恢复系(简称恢复系)。3、三系杂交水稻三系就是生产这种三系杂交稻所需要的3种品系的水稻,分别是雄性不育系、雄性不育保持系和雄性不育恢复系。(1)雄性不育
7、系:雌蕊发育正常,而雄蕊的发育退化或败育,不能自花授粉结实。(2)保持系:是一种正常的水稻品种,它的特殊功能是用它的花粉授给不育系后,所产生后代,仍然是雄性不育的。借助保持系,不育系就能一代一代地繁殖下去。(3)恢复系:是一种正常的水稻品种,它的特殊功能是用它的花粉授给不育系所产生的杂交种雄性恢复正常,能自交结实,如果该杂交种有优势的话,就可用于生产。4、二系杂交水稻两系法杂交稻是利用光温敏不育系水稻为基本材料培育的。光温敏不育系水稻非常神奇,其生育能力是随着光和温度的变化而达到一系两用的目标。(1)在夏季,长日照、高温下,表现为雄性不育,这时所有正常品种都能与其生育,生产杂交种子,这个种子就
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