Question

【題目】紅色的番茄紅素是植物中一種天然類胡蘿卜素，在西瓜（2n）等水果中含量較高，對人體具有多種生理保健功能。為培育出高產(chǎn)番茄紅素的西瓜，進(jìn)行了下列實(shí)驗(yàn)。

（1）西瓜的果肉有非紅（白色、淺黃、亮黃、橙色等）和紅色，現(xiàn)以白色果肉西瓜品系（低番茄紅素）和紅色果肉西瓜品系（高番茄紅素）為親本進(jìn)行如下雜交實(shí)驗(yàn)：

①西瓜果肉顏色中紅色為_______性性狀。

②控制果肉顏色的基因位于__________（細(xì)胞核/細(xì)胞質(zhì)），判斷的依據(jù)是_________。

（2）研究發(fā)現(xiàn)西瓜果肉顏色是由類胡蘿卜素中的不同種色素綜合作用的結(jié)果，其色素合成途徑如下圖，圖中箭頭上字母代表相關(guān)酶。

從西瓜果肉中提取番茄紅素的原理是___________。用一定技術(shù)分離色素，發(fā)現(xiàn)成熟紅色西瓜果肉中各種色素含量為番茄紅素>β-胡蘿卜素>ε-胡蘿卜素、α-胡蘿卜素和葉黃素；白色西瓜成熟果實(shí)中幾乎檢測不到各類色素。請分析控制西瓜果肉顏色的兩個(gè)關(guān)鍵基因是___________，影響番茄紅素積累的主要基因是__________。

（3）基于細(xì)胞全能性、基因突變、染色體變異的原理和以上研究成果，寫出由普通西瓜（2n）培育出高產(chǎn)番茄紅素?zé)o籽西瓜的育種方案___________________。

Answer 1

【答案】隱 細(xì)胞核 實(shí)驗(yàn)一雜交結(jié)果為3:1（或?qū)嶒?yàn)三為測交，結(jié)果為1:1），證明符合分離定律，因此基因在細(xì)胞核染色體上 色素溶于有機(jī)溶劑 PSY和 LYCb LYCb ①選取果肉為紅色的二倍體西瓜，用植物組織培養(yǎng)技術(shù)獲得其愈傷組織。

②用基因工程技術(shù)敲除愈傷組織細(xì)胞中的LYCb基因（或抑制LYCb基因表達(dá)）。

③用植物組織培養(yǎng)技術(shù)將轉(zhuǎn)基因愈傷組織培育成幼苗；一部分幼苗培育成二倍體植株甲，另一部分用秋水仙素處理獲得四倍體植株乙。

④用多倍體育種技術(shù)，將甲作父本，乙作母本雜交，雜交后代即高產(chǎn)番茄紅素?zé)o籽西瓜。

【解析】

識(shí)圖分析可知，雜交實(shí)驗(yàn)一得到的F1自交后代發(fā)生性狀分離，出現(xiàn)非紅∶紅色=3∶1，因此紅色為隱性性狀，且F1白色為雜合子。根據(jù)雜交實(shí)驗(yàn)三可知，讓F1白色與紅色P2雜交，由于F1白色為雜合子，紅色P2為隱性性狀，那么該實(shí)驗(yàn)為測交實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果為非紅∶紅色=1∶1，滿足測交的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，因此可知西瓜果肉顏色的基因位于細(xì)胞核中，且遵循基因分離定律。

（1）①根據(jù)以上分析可知，通過實(shí)驗(yàn)一F1自交后代發(fā)生性狀分離，出現(xiàn)非紅∶紅色=3∶1，因此紅色為隱性性狀。

②根據(jù)以上分析可知，實(shí)驗(yàn)一雜交結(jié)果為3∶1（或?qū)嶒?yàn)三為測交，結(jié)果為1∶1），證明符合分離定律，因此基因在細(xì)胞核染色體上。

（2）根據(jù)色素易溶于有機(jī)溶劑的原理，可以從西瓜果肉中提取番茄紅素。根據(jù)題意可知，成熟紅色西瓜果肉中各種色素含量為番茄紅素>β-胡蘿卜素>ε-胡蘿卜素、α-胡蘿卜素和葉黃素，再結(jié)合圖示分析可知，控制西瓜果肉顏色的兩個(gè)關(guān)鍵基因是PSY和 LYCb，由圖可知，在圖中由于基因LYCb的存在，使得較多的番茄紅素轉(zhuǎn)化成β-胡蘿卜素，因此LYCb基因是主要影響番茄紅素積累的基因。

（3）根據(jù)題意，利用細(xì)胞全能性、基因突變、染色體變異的原理和以上研究成果，由普通西瓜（2n）培育出高產(chǎn)番茄紅素?zé)o籽西瓜的育種方案，可以考慮利用植物組織培養(yǎng)技術(shù)、多倍體育種和基因工程的原理進(jìn)行，具體方案如下：

①選取果肉為紅色的二倍體西瓜，用植物組織培養(yǎng)技術(shù)獲得其愈傷組織。

②用基因工程技術(shù)敲除愈傷組織細(xì)胞中的LYCb基因（或抑制LYCb基因表達(dá)）。

③用植物組織培養(yǎng)技術(shù)將轉(zhuǎn)基因愈傷組織培育成幼苗；一部分幼苗培育成二倍體植株甲，另一部分用秋水仙素處理獲得四倍體植株乙。

④用多倍體育種技術(shù)，將甲作父本，乙作母本雜交，雜交后代即高產(chǎn)番茄紅素?zé)o籽西瓜。