Question

7．西瓜是雌雄同株异花植物，二倍体西瓜（2N=22）红瓤对黄瓤为显性，分别由R与r基因控制．现用红瓤（Rr）的二倍体西瓜培育三倍体西瓜植株，过程如图1所示．请回答下列问题．

（1）由二倍体西瓜幼苗形成四倍体植株，通常用秋水仙素处理，四倍体西瓜植株群体属于不同于二倍体西瓜的新物种，理由是与二倍体植株产生了生殖隔离，群体本身能自由交配产生可育后代．四倍体西瓜的基因组测序，应该测定11条染色体．
（2）图中四倍体植株产生配子中，同时含有R、r基因的配子占$\frac{2}{3}$，获得的所有三倍体西瓜植株中 RRR个体所占的比例为$\frac{1}{12}$．
（3）研究发现四倍体植株中不是所有的细胞都受到了诱导而染色体数目加倍，有的枝条体细胞的染色体数目为2N，有的则枝条则为4N．则图中杂交子代中除了三倍体植株外，还有二倍体植株．
（4）取图中二倍体西瓜的体细胞与它的单核花粉进行融合也可培育出三倍体西瓜，该技术的名称是植物体细胞杂交技术．其中原生质体的获得及融合等过程，所用到的试剂有纤维素酶和果胶酶、聚乙二醇等．
（5）现有一株培育成功的抗虫西瓜，抗虫基因（D）被整合在R基因所在的染色体上，未整合D基因的染色体的对应位点表示为d（如图2）．将该植株进行测交，若子代表现为红瓤抗虫、红瓤不抗虫、黄瓤不抗虫、黄瓤抗虫，则说明该植株减数分裂过程中这对同源染色体的交叉互换，若上述四种表现型的比例为9：1：9：1，则该植株产生重组配子占全部配子的比例为$\frac{1}{10}$．

Answer 1

分析 1、三倍体无子西瓜的培育过程是多倍体育种，其原理的染色体数目变异；生殖隔离是指不同物种在自然状态下不能相互交配，即使交配成功也不能产生可育后代的现象，生殖隔离是新物种形成的标志．
2、二倍体西瓜幼苗用秋水仙素处理形成四倍体植株，与二倍体植株杂交形成三倍体西瓜籽，栽培形成三倍体西瓜植物．据图分析，二倍体植株形成的花粉含有1个染色体组，体细胞中含有2个染色体组，融合形成的杂种细胞含有3个染色体组，经过植物组织培养形成的三倍体西瓜植物．

解答 解：（1）由二倍体西瓜幼苗形成四倍体植株，通常用秋水仙素处理．四倍体西瓜和二倍体西瓜群体本身能自由交配产生可育后代，但是二倍体西瓜与四倍体西瓜杂交产生的三倍体西瓜高度不育，说明二倍体西瓜和四倍体西瓜之间存在生殖隔离，因此四倍体西瓜是不同于二倍体西瓜的新物种．
（2）若二倍体西瓜幼苗的基因型为Rr，四倍体植株乙的基因型为RRrr，产生配子的基因型种类及比例为RR：Rr：rr=1：4：1，同时含有R、r基因的配子占$\frac{2}{3}$，二倍体产生的配子的类型及比例是R：r=1：1，因此获得的所有三倍体西瓜植株中RRR个体所占的比例为$\frac{1}{6}$×$\frac{1}{2}$=$\frac{1}{12}$．
（3）研究发现四倍体植株中不是所有的细胞都受到了诱导而染色体数目加倍，有的枝条体细胞的染色体数目为2N，有的则枝条则为4N．则图中杂交子代中除了三倍体植株外，还有二倍体植株．
（4）取图中二倍体西瓜的体细胞与它的单核花粉进行融合也可培育出三倍体西瓜，该技术的名称是植物体细胞杂交技术．其中原生质体的获得所用到的试剂有纤维素酶和果胶酶，原生质体的融合所用到的试剂有乙二醇等．
（5）该西瓜的基因型为RrDd，进行测交的话，另一亲本为rrdd，但R与D在一条染色体上，r与d在一条染色体上．所以不能进行自由组合．因此RrDd只能产生两种配子RD和rd，而rrdd只产生一种配子为rd，这样后代表现型只有红瓤抗虫和黄瓤不抗虫两种．但现在子代表现型实为四种，红瓤抗虫、红瓤不抗虫、黄瓤不抗虫、黄瓤抗虫．所以在形成后代时可能出现了异常现象，导致产生更多的组合，则应在减数分裂形成配子时发生交叉互换．交叉互换发生于减数第一次分裂前期，为同源染色体的姐妹染色单体之间发生片段的互换．这样RrDd就产生RD，rd，Rd，rD四种配子，从而测交产生四种类型的后代．
测交另一亲本为rrdd，只产生一种配子rd，则RrDd产生的配子为RD：Rd：rd：rD，而比值为9：1：9：1，倒着推RrDd产生的配子RD：Rd：rd：rD为9：1：9：1，重组配子为Rd和rD共2份，全部配子共20份，所以为$\frac{1}{10}$．
故答案为：
（1）秋水仙素        与二倍体植株产生了生殖隔离，群体本身能自由交配产生可育后代
（2）$\frac{2}{3}$           $\frac{1}{12}$
（3）二倍体
（4）植物体细胞杂交技术         纤维素酶和果胶酶、聚乙二醇等
（5）交叉互换        $\frac{1}{10}$

点评 本题涉及的知识点是植物细胞杂交技术，多倍体育种过程，减数分裂过程中染色体的行为变化，物种的概念和生殖隔离，旨在考查学生理解所学知识的要点，把握知识的内在联系形成知识网络的能力并应用相关知识对某些生物学问题进行解释、推理、判断的能力．