Question

【題目】水稻是我國最重要的糧食作物，通常只能在南方和最好的耕地種植。為拓展水稻的種植范圍，將水稻與高粱進行雜交獲得高粱稻。

（1）研究者為了讓水稻和高粱得以雜交，將水稻和高粱的花粉混合，授給花粉未成熟就進行________的水稻，收獲F1種子，種植后同時出現多種變異類型。選擇其中表型優良且與母本差異明顯的植株進行________操作，收獲自交種子，連續自交從中選育出某后代品系——高粱稻RS125。

（2）RS125呈現桿特高（2米）特粗（1厘米）、喜光耐旱的特征，此____________明顯與高粱相似。連續三年收獲的RS125均呈現同樣的特征，這就排除了____________因素對基因表達的影響。

（3）為判斷RS125發生變異的原因，取RS125的________，進行解離、漂洗、染色、制片，顯微攝影后____________與對比，發現RS125并不攜帶高粱的染色體片段。

（4）根據以上信息研究者提出假設：RS125的形成是來自高粱花粉的DNA斷裂后部分片段整合到水稻基因組中的結果。為驗證這一假設，研究者提取了水稻（R）、高粱（S）高粱稻（RS）的根、葉研磨成勻漿，收集其中的蛋白質進行電泳，觀察到結果如圖所示：

①圖中實驗結果支持上述假設，判斷的依據是________________。

②三組實驗結果都有條帶I和II，從進化的角度分析，原因是____________。

③若想進一步從分子水平直接驗證上述假設，請寫出實驗思路，并預期實驗結果____________。

（5）為擴大RS125的種植范圍，還需進行哪些研究？請提出一個進一步研究的課題。________________________________________________

Answer 1

【答案】人工去雄 套袋 表現型(性狀) 環境 根尖 水稻和高粱的染色體組型 因為RS和S都有條帶III，R沒有，表明RS產生了高粱特有的蛋白質，所以可以說明RS的基因組中存在來自高粱的基因 水稻和高粱有共同的祖先(存在一定的親緣關系) 答案1：提取R、S、RS的DNA酶切后電泳，用帶標記的高粱特有基因做探針，對R、S、RS進行DNA分子雜交檢測，比較雜交帶數量與位置。

答案2：提取R、S、RS的核酸，用高粱特有的基因序列設計引物，對R、S、RS進行PCR，電泳后比較電泳條帶的數量與位置。只有RS和S會出現雜交帶，R不出現雜交代 探究在原本不適宜栽種水稻的地區或北方種植RS125，是否能保證和南方相同的產量?探究的因變量還包括：稻米品質(淀粉、蛋白質種類與含量等)、抗蟲抗病性……

【解析】

變異分為可遺傳的變異和不可遺傳的變異，不可遺傳的變異是環境因素引起的變異，不能遺傳給后代，可遺傳的變異是遺產物質發生改變，包括基因突變、基因重組和染色體變異，其一般可遺傳給后代。基因突變和基因重組在光學顯微鏡下看不見，而染色體變異在顯微鏡下可以直接觀察。

（1）水稻屬于兩性花，要將高粱的花粉授予到水稻雌蕊的柱頭上，應在水稻花粉未成熟時進行人工去雄處理，授粉后獲得種子種下去長成植株，為了獲得自交的種子，需要將表型性優良且與母本差異明顯的植株進行套袋處理，從連續自交中選育出高粱稻RS125。

（2）RS125呈現桿特高（2米）特粗（1厘米）、喜光耐旱的特征，這屬于表現型的概念。連續三年RS125均呈現同樣的特征說明受遺傳物質的影響，由此排除了環境因素對基因表達的影響。

（3）變異的類型包括基因突變、基因重組和染色體變異，染色體數目變異在光學顯微鏡下可見，進行染色體的觀察，需要制作臨時裝片，一般選擇根尖分生區細胞進行實驗材料，具體操作是取RS125的根尖進行解離、漂洗、染色、制片，顯微攝影后與水稻和高粱的染色體組型進行比對，進而可發現RS125并不攜帶高粱的染色體片段。

（4）假設RS125的形成是基因重組的結果，可進行基因表達產物蛋白質電泳觀察，由圖中結果顯示，RS和S都有條帶III，R沒有，表明RS產生了高粱特有的蛋白質，所以可以說明RS的基因組中存在來自高粱的基因；三組實驗結果都有條帶I和II，說明水稻和高粱有共同的祖先；若想從分子水平直接驗證RS125的形成是來自高粱花粉的DNA斷裂后部分片段整合到水稻基因組中的結果，可采用DNA分子雜交技術，具體思路是提取R、S、RS的DNA酶切后電泳，用帶標記的高粱特有基因做探針，對R、S、RS進行DNA分子雜交檢測，比較雜交帶數量與位置或者提取R、S、RS的核酸，用高粱特有的基因序列設計引物，對R、S、RS進行PCR，電泳后比較電泳條帶的數量與位置。預期的實驗結果是只有RS和S會出現雜交帶，R不出現雜交代。

（5）探究在原本不適宜栽種水稻的地區或北方種植RS125，是否能保證和南方相同的產量？探究的課題還可包括：稻米品質(淀粉、蛋白質種類與含量等)、抗蟲抗病性等等。