Question

水稻是我国最重要的粮食作物，通常只能在南方和最好的耕地种植。为拓展水稻的种植范围，将水稻与高粱进行杂交获得高粱稻。

（1）研究者为了让水稻和高粱得以杂交，将水稻和高粱的花粉混合，授给花粉未成熟就进行________的水稻，收获F₁种子，种植后同时出现多种变异类型。选择其中表型优良且与母本差异明显的植株进行________操作，收获自交种子，连续自交从中选育出某后代品系——高粱稻RS125。

（2）RS125呈现杆特高（2米）特粗（1厘米）、喜光耐旱的特征，此____________明显与高粱相似。连续三年收获的RS125均呈现同样的特征，这就排除了____________因素对基因表达的影响。

（3）为判断RS125发生变异的原因，取RS125的________，进行解离、漂洗、染色、制片，显微摄影后____________与对比，发现RS125并不携带高粱的染色体片段。

（4）根据以上信息研究者提出假设：RS125的形成是来自高粱花粉的DNA断裂后部分片段整合到水稻基因组中的结果。为验证这一假设，研究者提取了水稻（R）、高粱（S）高粱稻（RS）的根、叶研磨成匀浆，收集其中的蛋白质进行电泳，观察到结果如图所示：

①图中实验结果支持上述假设，判断的依据是________________。

②三组实验结果都有条带I和II，从进化的角度分析，原因是____________。

③若想进一步从分子水平直接验证上述假设，请写出实验思路，并预期实验结果____________。

（5）为扩大RS125的种植范围，还需进行哪些研究？请提出一个进一步研究的课题。________________________________________________

Answer

人工去雄 套袋 表现型(性状) 环境 根尖 水稻和高粱的染色体组型 因为RS和S都有条带III，R没有，表明RS产生了高粱特有的蛋白质，所以可以说明RS的基因组中存在来自高粱的基因 水稻和高粱有共同的祖先(存在一定的亲缘关系) 答案1：提取R、S、RS的DNA酶切后电泳，用带标记的高粱特有基因做探针，对R、S、RS进行DNA分子杂交检测，比较杂交带数量与位置。

答案2：提取R、S、RS的核酸，用高粱特有的基因序列设计引物，对R、S、RS进行PCR，电泳后比较电泳条带的数量与位置。只有RS和S会出现杂交带，R不出现杂交代 探究在原本不适宜栽种水稻的地区或北方种植RS125，是否能保证和南方相同的产量?探究的因变量还包括：稻米品质(淀粉、蛋白质种类与含量等)、抗虫抗病性……

【解析】

变异分为可遗传的变异和不可遗传的变异，不可遗传的变异是环境因素引起的变异，不能遗传给后代，可遗传的变异是遗产物质发生改变，包括基因突变、基因重组和染色体变异，其一般可遗传给后代。基因突变和基因重组在光学显微镜下看不见，而染色体变异在显微镜下可以直接观察。

（1）水稻属于两性花，要将高粱的花粉授予到水稻雌蕊的柱头上，应在水稻花粉未成熟时进行人工去雄处理，授粉后获得种子种下去长成植株，为了获得自交的种子，需要将表型性优良且与母本差异明显的植株进行套袋处理，从连续自交中选育出高粱稻RS125。

（2）RS125呈现杆特高（2米）特粗（1厘米）、喜光耐旱的特征，这属于表现型的概念。连续三年RS125均呈现同样的特征说明受遗传物质的影响，由此排除了环境因素对基因表达的影响。

（3）变异的类型包括基因突变、基因重组和染色体变异，染色体数目变异在光学显微镜下可见，进行染色体的观察，需要制作临时装片，一般选择根尖分生区细胞进行实验材料，具体操作是取RS125的根尖进行解离、漂洗、染色、制片，显微摄影后与水稻和高粱的染色体组型进行比对，进而可发现RS125并不携带高粱的染色体片段。

（4）假设RS125的形成是基因重组的结果，可进行基因表达产物蛋白质电泳观察，由图中结果显示，RS和S都有条带III，R没有，表明RS产生了高粱特有的蛋白质，所以可以说明RS的基因组中存在来自高粱的基因；三组实验结果都有条带I和II，说明水稻和高粱有共同的祖先；若想从分子水平直接验证RS125的形成是来自高粱花粉的DNA断裂后部分片段整合到水稻基因组中的结果，可采用DNA分子杂交技术，具体思路是提取R、S、RS的DNA酶切后电泳，用带标记的高粱特有基因做探针，对R、S、RS进行DNA分子杂交检测，比较杂交带数量与位置或者提取R、S、RS的核酸，用高粱特有的基因序列设计引物，对R、S、RS进行PCR，电泳后比较电泳条带的数量与位置。预期的实验结果是只有RS和S会出现杂交带，R不出现杂交代。

（5）探究在原本不适宜栽种水稻的地区或北方种植RS125，是否能保证和南方相同的产量？探究的课题还可包括：稻米品质(淀粉、蛋白质种类与含量等)、抗虫抗病性等等。