Question

【題目】雜交水稻具有重要的經濟價值。我國科研人員對雜交稻的無融合生殖（不發生雌、雄配子的細胞核融合而產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、適應性和產量等方面優于雙親，但由于雜種后代會發生_______，無法保持其雜種優勢，因此需要每年制種用于生產。

（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，減數第一次分裂異常，導致雌配子染色體數目加倍；含基因P的植株產生的雌配子不經過受精作用，直接發育成個體。雄配子的發育不受基因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，所結種子的胚的基因型為_________。若Ⅲ自交，所結種子的胚的染色體組數為_______。

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還存在不足，我國科研人員嘗試利用CRISPR/Cas基因編輯技術敲除雜種水稻的4個相關基因，實現了雜種的無融合生殖（如圖2所示）。

①CRISPR/Cas基因編輯技術中使用的Cas核酸酶可以實現對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請在上邊的框內繪制未敲除基因的雜種水稻自交繁殖所產生子代的染色體組成。_____

③據圖分析，科研人員利用基因編輯技術敲除的4個基因在實現無融合生殖過程中的作用是_______。

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

（5）有人說“科學技術是一把雙刃劍，應當審慎地使用基因編輯技術。”請你談談基因編輯技術可能帶來的影響。_____

Answer 1

【答案】性狀分離 aP或ap 3 保持母本基因型 c 使減數分裂變成有絲分裂（或“不出現基因重組、配子染色體數目加倍”）；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、酶的結構改造提高工業生產效率 潛在風險：技術上存在隱患，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，導致基因間相互作用關系的改變。

【解析】

根據題意分析可知，CRISPR/Cas9系統基因編輯技術是利用該基因表達系統中的引導RNA能識別并結合特定的DNA序列，從而引導Cas9蛋白結合到相應位置并剪切DNA，最終實現對靶基因序列的編輯。

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

（2）由題意知，若Ⅱ自交，含基因P的植株產生的雌配子不經過受精作用，直接發育成個體，aaPp作母本產生的雌配子基因型為aP或ap，直接發育成個體所結種子的胚的基因型為aP或ap。若Ⅲ自交，Aapp作父本，產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，減數第一次分裂異常，導致雌配子染色體數目加倍，產生雌配子的基因型為Aapp。受精作用后所結種子的胚的染色體組數為3組。Ⅳ作為母本，A保證產生雌配子的基因型為AaPp，P保證雌配子AaPp不經過受精作用，直接發育成個體，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生子代的染色體組成圖示如下：

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

（4）無融合技術應用于作物育種，可以使雜種通過無性繁殖得以保持雜種優勢，但也會導致基因多樣性降低，藏有生態隱患。

（5）基因編輯技術的有利方面：疾病治療、作物改良、酶的結構改造提高工業生產效率。基因編輯技術的潛在風險：技術上存在隱患，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，導致基因間相互作用關系的改變等。