【Издание для народного образования】Старшая школа, Биология, Обязательный курс, Часть 2: Мечта о прохладе под рисом

Прохлада под рисом: от мечты к реальности

Конечная цель генетических исследований — не только раскрыть тайны передачи жизни, но и преобразовать природу через понимание законов наследственности. На примере гибридного риса академика Юань Лунпина открытие генетических факторов заложило теоретическую основу для современной селекции, превратив«мечту о прохладе под рисом»из научной фантастики в реальную движущую силу, обеспечивающую глобальную продовольственную безопасность.

Ключевые научные основы

Гетерозис и продовольственная безопасность：используя принципы генетики для перекрёстного опыления, гибридное потомство значительно превосходит обоих родителей по жизненной силе и урожайности.
Ключевое технологическое узкое место: мужская стерильность：рис — обоеполое растение. Благодаря поиску растений с мужской стерильностью (тычинки развиты不正常, но пестики正常) стала возможна эффективная массовая межвидовая гибридизация.
Логический прорыв: дикая стерильная форма：обнаруженный в 1970 году дикий рис с мужской стерильностью стал поворотным моментом в деле гибридного риса, подтвердив разнообразие генетических факторов в природе.

Сущность селекции

Это глубокая интерпретация законов наследственности Менделя: контролируя комбинации генетических факторов, человек может целенаправленно «конструировать» признаки организмов.

ВОПРОС 1

Почему при производстве гибридного риса необходимо искать растения с «мужской стерильностью»?

Чтобы повысить питательную ценность риса

Рис самоопыляется, и мужская стерильность позволяет избежать огромного объёма работы по ручной кастрации

Урожайность стерильных по мужскому типу растений сама по себе выше, чем у обычного риса

Растения с мужской стерильностью легче адаптируются к засушливой среде

ВОПРОС 2

К какому типу биологических ресурсов относится «дикая стерильная форма», открытая академиком Юань Лунпином?

Ресурсы искусственного мутагенеза

Инвазивный чужеродный вид

Ценный природный генетический ресурс

ВОПРОС 3

Какое из следующих утверждений о гетерозисе является верным?

Все признаки гибридного потомства обязательно превосходят родительские

Только скрещивание гомозигот одного вида даёт гетерозис

Гибридное потомство может превосходить обоих родителей по жизнеспособности, урожайности и другим показателям

ВОПРОС 4

Каков признак растения с мужской стерильностью?

И тычинки, и пестики развиты неправильно

Тычинки развиты нормально, а пестики неправильно

Тычинки развиты неправильно, но пестики нормальные

ВОПРОС 5

В каком достижении отражается переход генетических исследований от «фундаментальной теории» к «технологическому применению»?

Усовершенствование микроскопа

Успешное выведение трёхлинейного гибридного риса

Открытие фотосинтеза

Комплексное исследование: метод идентификации пыльцы для проверки законов наследственности

Непосредственная проверка поведения генетических факторов с помощью микроскопического наблюдения

Неклейкий и клейкий рис — пара альтернативных признаков. Пыльца неклейкого риса содержит амилозу, которая при реакции с йодом становится сине-чёрной, а пыльца клейкого риса содержит амилопектин, который при реакции с йодом становится оранжево-красным. Скрестили чистую линию неклейкого риса с чистой линией клейкого риса, взяли пыльцу F1 и окрасили её йодным раствором.

1. Основываясь на законе расщепления и законе независимого наследования, определите, верны ли следующие утверждения: (1) Появление в F2 расщепления по признакам в соотношении 3:1 зависит от случайного сочетания мужских и женских гамет. (2) Закон независимого наследования означает случайное комбинирование 4 типов спермиев и 4 типов яйцеклеток, произведённых F1.

Ответ:
Разбор: (1) Верно. Соотношение 3:1 основано на равной вероятности образования гамет и случайном сочетании при оплодотворении. (2) Неверно. Суть закона независимого наследования заключается в том, что при образовании гамет неаллельные гены, расположенные в негомологичных хромосомах, свободно комбинируются в результате расхождения гомологичных хромосом, а не в случайном сочетании при оплодотворении.

2. При наблюдении под микроскопом пыльцы F1 половина оказалась сине-чёрной, а половина — оранжево-красной. Что непосредственно доказывает это явление?

Ответ:
Эталонный ответ: данное явление непосредственно доказывает закон расщепления Менделя. Конкретно это проявляется так: у F1 (гетерозиготы) при мейозе, в процессе образования гамет, парные генетические факторы (гены, контролирующие неклейкость и клейкость) отделяются друг от друга и попадают в разные гаметы, в результате чего образуется два типа гамет в равном соотношении (сине-чёрные: оранжево-красные = 1:1).

3. Каковы преимущества этого «метода идентификации пыльцы» по сравнению с наблюдением расщепления признаков в F2?

Ответ:
Эталонный ответ: этот метод более нагляден и быстр. Он непосредственно на уровне гамет (гаплоидной стадии) демонстрирует поведение генетических факторов, не требуя проведения трудоёмких гибридных экспериментов и ожидания фенотипа следующего поколения, тем самым сокращая время проверки законов и селекционной идентификации.