Question

中国水稻研究所的科研人员对杂交稻的无融合生殖（不发生雌、雄配子的细胞核融合而产生种子的一种无性繁殖过程）进行了研究，解决了杂交水稻一般需要每年制种的问题。

（1）上述水稻杂交种收获的种子种植后失去原杂交种的优良性状，导致水稻杂交种需要每年制种的原因是______。

（2）有两个基因控制水稻无融合生殖过程：含基因 A的植株形成雌配子时，减数第一次分裂异常，导致雌配子染色体数目加倍；含基因 P 的植株产生的雌配子都不经过受精作用，直接发育成个体。雄配子的发育不受基因 A、P 的影响。用下图1所示杂交方案，获得了无融合生殖的个体。

①子代中Ⅱ、Ⅲ分别自交后获得种子，则Ⅱ上所结种子胚的基因型是  _______ 、Ⅲ上所结种子胚的染色体组数是________ 个。

②理论上，子代Ⅳ作为母本能使子代保持母本基因型的原因是 _________。

（3）我国科研人员尝试利用基因编辑技术敲除杂种水稻的4个相关基因，实现了杂种的无融合生殖（如图2所示）。用基因编辑技术敲除的4个基因在实现无融合生殖过程中的作用是________ 。

（4）无融合技术应用于作物育种，可能会导致  ________多样性降低，存在生态隐患。

Answer

具备优良性状的杂交种自交，其后代会发生性状分离 aP或ap 3 IV作为母本，A保证产生雌配子的基因型为AaPp，P保证雌配子AaPp不经过受精作用，直接发育成个体，使子代保持母本基因型AaPp 配子的染色体数目加倍，受精卵中精子来源的染色体消失 遗传

【解析】

杂交育种是指利用具有不同基因组成的同种（或不同种）生物个体进行杂交，获得所需要的表现型类型的育种方法，其缺点是后代个体可能发生性状分离，不能保持杂种优势。根据题意分析可知，基因A、P影响雌配子的形成，从而可以使子代保持母本基因型。CRISPR/Cas9系统基因编辑技术是利用该基因表达系统中的引导RNA能识别并结合特定的DNA序列，从而引导Cas9蛋白结合到相应位置并剪切DNA，最终实现对靶基因序列的编辑。

（1）表现出优良性状的杂交种如显性杂合子，自交后代会发生性状分离，无法保持其杂种优势，因此需要每年制种用于生产；

（2）①子代中Ⅱ自交，其基因型为aaPp，由于含基因P的植株产生的雌配子不经过受精作用，直接发育成个体， aaPp作母本产生的雌配子基因型为aP或ap ，直接发育成个体所结种子的胚的基因型为aP或ap。若子代Ⅲ自交， 其基因型为Aapp，若作父本，产生雄配子的基因型为Ap、ap， Aapp作母本，由题意知，含基因A的植株形成雌配子时，减数第一次分裂异常，导致雌配子染色体数目加倍，产生雌配子的基因型为Aapp。受精作用后所结种子的胚的染色体组数为3组。②基因型为AaPp的IV作为母本， 含基因A可以保证产生雌配子的基因型为AaPp，含基因P保证雌配子AaPp不经过受精作用，直接发育成个体，所以可以使子代保持母本基因型AaPp；

（3）据图分析，科研人员利用基因编辑技术敲除的4个基因在实现无融合生殖过程中的作用是使减数分裂变成有丝分裂（或“不出现基因重组、配子染色体数目加倍”）；受精后，父本来源的染色体消失；

（4）无融合技术应用于作物育种，可以使杂种通过无性繁殖得以保持杂种优势，但也会导致遗传多样性降低，藏有生态隐患。