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。為培育出高產番茄紅素的西瓜，進行了下列實驗。

（1）西瓜的果肉有非紅（白色、淺黃、亮黃、橙色等）和紅色，現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）為親本進行如下雜交實驗：

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__________（細胞核/細胞質），判斷的依據是_________。

（2）研究發現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果，其色素合成途徑如下圖，圖中箭頭上字母代表相關酶。

從西瓜果肉中提取番茄紅素的原理是___________。用一定技術分離色素，發現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關鍵基因是___________，影響番茄紅素積累的主要基因是__________。

（3）基于細胞全能性、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）培育出高產番茄紅素無籽西瓜的育種方案___________________。

Answer 1

【答案】隱 細胞核 實驗一雜交結果為3:1（或實驗三為測交，結果為1:1），證明符合分離定律，因此基因在細胞核染色體上 色素溶于有機溶劑 PSY和 LYCb LYCb ①選取果肉為紅色的二倍體西瓜，用植物組織培養技術獲得其愈傷組織。

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

③用植物組織培養技術將轉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，將甲作父本，乙作母本雜交，雜交后代即高產番茄紅素無籽西瓜。

【解析】

識圖分析可知，雜交實驗一得到的F1自交后代發生性狀分離，出現非紅∶紅色=3∶1，因此紅色為隱性性狀，且F1白色為雜合子。根據雜交實驗三可知，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，那么該實驗為測交實驗，實驗結果為非紅∶紅色=1∶1，滿足測交的實驗結果，因此可知西瓜果肉顏色的基因位于細胞核中，且遵循基因分離定律。

（1）①根據以上分析可知，通過實驗一F1自交后代發生性狀分離，出現非紅∶紅色=3∶1，因此紅色為隱性性狀。

②根據以上分析可知，實驗一雜交結果為3∶1（或實驗三為測交，結果為1∶1），證明符合分離定律，因此基因在細胞核染色體上。

（2）根據色素易溶于有機溶劑的原理，可以從西瓜果肉中提取番茄紅素。根據題意可知，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，再結合圖示分析可知，控制西瓜果肉顏色的兩個關鍵基因是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）根據題意，利用細胞全能性、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）培育出高產番茄紅素無籽西瓜的育種方案，可以考慮利用植物組織培養技術、多倍體育種和基因工程的原理進行，具體方案如下：

①選取果肉為紅色的二倍體西瓜，用植物組織培養技術獲得其愈傷組織。

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

③用植物組織培養技術將轉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，將甲作父本，乙作母本雜交，雜交后代即高產番茄紅素無籽西瓜。