Question

【題目】雜交水稻具有重要的經(jīng)濟價值。我國科研人員對雜交稻的無融合生殖（不發(fā)生雌、雄配子的細胞核融合而產(chǎn)生種子的一種無性繁殖過程）進行了研究。

（1）水稻的雜交種在生活力、抗逆性、適應(yīng)性和產(chǎn)量等方面優(yōu)于雙親，但由于雜種后代會發(fā)生_______，無法保持其雜種優(yōu)勢，因此需要每年制種用于生產(chǎn)。

（2）有兩個基因控制水稻無融合生殖過程：含基因A的植株形成雌配子時，減數(shù)第一次分裂異常，導(dǎo)致雌配子染色體數(shù)目加倍；含基因P的植株產(chǎn)生的雌配子不經(jīng)過受精作用，直接發(fā)育成個體。雄配子的發(fā)育不受基因A、P的影響。人們曾用圖1所示雜交方案，獲得無融合生殖的個體。

①若Ⅱ自交，所結(jié)種子的胚的基因型為_________。若Ⅲ自交，所結(jié)種子的胚的染色體組數(shù)為_______。

②理論上，Ⅳ作為母本能使子代__________。

（3）由于上述無融合生殖技術(shù)還存在不足，我國科研人員嘗試利用CRISPR/Cas基因編輯技術(shù)敲除雜種水稻的4個相關(guān)基因，實現(xiàn)了雜種的無融合生殖（如圖2所示）。

①CRISPR/Cas基因編輯技術(shù)中使用的Cas核酸酶可以實現(xiàn)對DNA分子的定點切割，該酶切斷的化學鍵是________。

a.氫鍵 b.肽鍵 c.磷酸二酯鍵 d.高能磷酸鍵

②請在上邊的框內(nèi)繪制未敲除基因的雜種水稻自交繁殖所產(chǎn)生子代的染色體組成。_____

③據(jù)圖分析，科研人員利用基因編輯技術(shù)敲除的4個基因在實現(xiàn)無融合生殖過程中的作用是_______。

（4）無融合技術(shù)應(yīng)用于作物育種，可以使雜種通過無性繁殖得以保持雜種優(yōu)勢，但也會導(dǎo)致________多樣性降低，應(yīng)對雜草入侵或病毒侵害的能力降低，因而也藏有生態(tài)隱患。

（5）有人說“科學技術(shù)是一把雙刃劍，應(yīng)當審慎地使用基因編輯技術(shù)。”請你談?wù)劵�因編輯技術(shù)可能帶來的影響。_____

Answer 1

【答案】性狀分離 aP或ap 3 保持母本基因型 c 使減數(shù)分裂變成有絲分裂（或“不出現(xiàn)基因重組、配子染色體數(shù)目加倍”）；受精后，父本來源的染色體消失 基因（或“遺傳”） 有利方面：疾病治療、作物改良、酶的結(jié)構(gòu)改造提高工業(yè)生產(chǎn)效率 潛在風險：技術(shù)上存在隱患，例如脫靶（誤切割）帶來的新的未知基因突變；使原有基因組改變，導(dǎo)致基因間相互作用關(guān)系的改變。

【解析】

根據(jù)題意分析可知，CRISPR/Cas9系統(tǒng)基因編輯技術(shù)是利用該基因表達系統(tǒng)中的引導(dǎo)RNA能識別并結(jié)合特定的DNA序列，從而引導(dǎo)Cas9蛋白結(jié)合到相應(yīng)位置并剪切DNA，最終實現(xiàn)對靶基因序列的編輯。

（1）表現(xiàn)出優(yōu)良性狀的雜交后代不一定就有雜種優(yōu)勢，如顯性雜合子，其自交后代會發(fā)生性狀分離，無法保持其雜種優(yōu)勢，因此需要每年制種用于生產(chǎn)。

（2）由題意知，若Ⅱ自交，含基因P的植株產(chǎn)生的雌配子不經(jīng)過受精作用，直接發(fā)育成個體，aaPp作母本產(chǎn)生的雌配子基因型為aP或ap，直接發(fā)育成個體所結(jié)種子的胚的基因型為aP或ap。若Ⅲ自交，Aapp作父本，產(chǎn)生雄配子的基因型為Ap、ap，Aapp作母本，由題意知，含基因A的植株形成雌配子時，減數(shù)第一次分裂異常，導(dǎo)致雌配子染色體數(shù)目加倍，產(chǎn)生雌配子的基因型為Aapp。受精作用后所結(jié)種子的胚的染色體組數(shù)為3組。Ⅳ作為母本，A保證產(chǎn)生雌配子的基因型為AaPp，P保證雌配子AaPp不經(jīng)過受精作用，直接發(fā)育成個體，使子代保持母本基因型AaPp。

（3）Cas核酸酶切斷的化學鍵磷酸二酯鍵。未敲除基因的雜種水稻自交繁殖所產(chǎn)生子代的染色體組成圖示如下：

據(jù)圖分析，科研人員利用基因編輯技術(shù)敲除的4個基因在實現(xiàn)無融合生殖過程中的作用是使減數(shù)分裂變成有絲分裂（或“不出現(xiàn)基因重組、配子染色體數(shù)目加倍”）；受精后，父本來源的染色體消失。

（4）無融合技術(shù)應(yīng)用于作物育種，可以使雜種通過無性繁殖得以保持雜種優(yōu)勢，但也會導(dǎo)致基因多樣性降低，藏有生態(tài)隱患。

（5）基因編輯技術(shù)的有利方面：疾病治療、作物改良、酶的結(jié)構(gòu)改造提高工業(yè)生產(chǎn)效率。基因編輯技術(shù)的潛在風險：技術(shù)上存在隱患，例如脫靶（誤切割）帶來的新的未知基因突變；使原有基因組改變，導(dǎo)致基因間相互作用關(guān)系的改變等。