真题分析 | 2026年广东卷21题

 

来源公众号：梧桐之生

原题呈现

21.（12分）玉米籽粒胚乳的粉质与硬质是具有重要农艺价值的一对相对性状。我国科学家在对玉米粉质品系A和硬质品系W两个纯合品系的研究中，发现等位基因  和  可能参与该性状的调控。进一步研究发现，这对基因的序列长度存在差异（图a），且在胚乳发育过程中  的表达量显著低于  的表达量。为明确这对基因参与性状调控的机制，开展如下研究。

回答下列问题：
（1）将两个品系进行正交, 获得的  籽粒胚乳均表现为硬质, 可知硬质为________性状。
（2）根据这对基因的序列设计了3种引物（图a），便于通过 PCR 技术进行区分。PCR 反应体系中包括这3种引物、Taq DNA 聚合酶（延伸速度约为 1000 bp/min）、缓冲液（含Mg  ）、水、4种脱氧核苷酸和_______，反应参数见图 b。预测品系 W 植株 PCR 产物电泳结果符合①～⑤（图 c）中泳道______的带型。
（3）基于品系 W 构建了针对  基因的 RNAi（可通过切割靶基因 mRNA 显著降低其表达）转基因植株。鉴定转基因植株中  基因表达是否受到影响，应提取植株______进行 PCR 检测。若  基因参与调控玉米胚乳性状，预测可得到下列结果（胚乳由极核和精子结合后发育而成，极核和卵细胞携带的基因相同）：
①纯合转基因植株的籽粒胚乳性状为________；
②杂合转基因植株自交产生的籽粒胚乳性状及比例为________。
（4）已知  基因编码一种酶，在胚乳发育过程中催化非极性胡萝卜素转化为下游产物。研究人员据此对胚乳性状的产生提出了一个假设，并设计研究思路：对品系 A 植株进行诱变，筛选胚乳变为硬质的突变体，

答案

结合网传答案做了修正：

（ 1 ）显性　（ 2 ）模板 DNA     ①　（ 3 ）mRNA     粉质       粉质:硬质=3:1　（ 4 ）非极性胡萝卜素大量积累

命题分析

根据原题给出的文字描述和图片来看，本题改编自 2 篇文献。（ 1 ）（ 3 ）（ 4 ）问改编自 2020 年发表在 Nature Communications 上关于 Ven1 基因（即题干中的 V 基因）调控玉米籽粒质地机制的论文。

（ 2 ）问应该是出题人自己加的一个小问，改编自 2010 年发表在 Nature Genetics 的论文附图里针对鉴定 V 基因不同等位基因所开发的 PCR 分子标记方法。

原文献的研究内容大致为：

①定位并克隆了控制玉米籽粒质地的关键基因 Ven1 （即本题中的 Vᵂ 基因）；

②通过反向遗传学 RNA 干扰（ RNAi ）实验确证了Vᵂ 基因的功能；

③揭示了胚乳粉质的成因：Vᵂ基因的功能缺失突变 Vᴬ基因，会导致非极性类胡萝卜素在胚乳中大量积累，进而异常增加了造粉体包膜的稳定性，阻碍了蛋白体与淀粉粒的紧密结合，最终导致粉质胚乳的形成。

21 题省略了文献中基因定位、细胞学机制实验的内容，截取了其中遗传表型鉴定、 RNAi 实验和筛选遗传突变体论证粉质成因的部分进行命题。

第二问的引物设计思路

（2）的设计应该是参考了第二篇论文的 Sup Fig 1c (crtRB1 就是本题中的Ven1)。

在常规的 PCR 检测中，通常使用一对引物即可完成等位基因的鉴定。然而，面对某些特殊的变异（比如本题中缺失 1250bp 的大片段），传统的双引物设计可能无法有效区分不同基因型。具体而言，如果只用题干中的引物 1 和引物 3 ， Vᵂ纯合子的电泳结果将出现假阴性，无法区分是没发生突变还是 PCR 失败了；而杂合子和 Vᴬ纯合子则跑出来的条带一致，无法区分。这是因为，两个引物中间间隔的片段太大了，无法顺利完成PCR扩增所致。

因此，引入第三个引物解决上述问题。三引物设计常见于转座子插入、 T-DNA 插入突变体等大片段插入，以及类似本研究中大片段缺失的分子鉴定。在模拟题中并不少见，比如下面这道题：

三引物的设计策略一般如下：•引物 1 （ LP ， Left Primer ）：锚定于变异位点左侧的正常基因组序列•引物 3 （ RP ， Right Primer ）：锚定于变异位点右侧的正常基因组序列•引物 2 （ BP ， Border/Internal Primer ）：锚定于插入大片段（如转座子或 T-DNA ）内部的特异序列

这样的设计可以保证三种基因型的电泳结果得以区分。以鉴定插入大片段的突变等位基因为例：•野生型（无插入）：目标区域无外源序列， LP 与 RP 距离合适，能够正常扩增产生一条特异性的短片段；由于缺乏结合位点， BP 引物不参与扩增•纯合突变体（有插入）：由于外源大片段的存在， LP 与 RP 间距过大而无法有效扩增；但 LP （或 RP ）与片段内部的 BP 可以形成新的引物对，跨越插入边界扩增出一条中等大小片段。•杂合子：细胞内同时存在野生型和突变型染色体，因此能够同时扩增出上述两种代表不同等位基因（野生型短片段，突变体中等大小片段）的条带。

不过，像 26 年广东卷这样，深入要求学生去分析 LP 与 RP 间距过大而无法完成扩增原因的考法，还是第一次见。这一问估计不少学生会栽进去。

第三问的论证逻辑

前期的图位克隆（基因定位）实验确定了候选基因是 Ven1 （题干中交代 Vᴬ和 Vᵂ可能参与胚乳粉质与硬质性状的调控），但这只是一个相关性证据。因此，还需要一个能够证明 Ven1 基因突变与粉质性状之间因果关系的证据。

常用思路就是高中教材介绍的加减法实验，比如通过减法原理把正常玉米里的这个基因关掉，看看它会不会变成粉质。遗传学研究中，常用技术是利用 CRISPR-Cas9 系统敲掉这个基因，但并非所有基因都能敲除——比如 Ven1 编码类胡萝卜素代谢途径的关键酶，敲除后可能会严重影响植株整体的生长发育。因此，原论文里使用的是 RNAi 技术来敲低基因。实现思路是构建 RNAi 表达载体，并将其转化到品系 W 中。

转化后 RNAi 是否能够起作用，首先要通过定量 RT-PCR 进行鉴定（ fig1i ）：

RNAi 起作用了，品系W的硬质表型是否因此改变呢？于是通过繁育获得纯合的 Ven1-RNAi 植株，并观察到其果穗上的籽粒表型。根据 Sup fig5c ，结果为完全粉质：

当然，在论文中支持某个结论的论据通常不会是孤证，而是多方位的。所以，原文中还预测并证实了 RNAi 的杂合子自交后子代的分离比是 3 粉:1 硬（ fig1k ）：

上图中，V 为硬质，呈现半透明状、质地坚硬发亮； O 为粉质，透光性极差，内部有空气间隙，质地黯淡偏白。肉眼看，O：V大致是3：1

推理过程如下：首先，题干中提到了「胚乳由极核和精子结合后发育而成，极核和卵细胞携带的基因相同」，这显然是出题人在有意引导解题时不必深究胚乳受精的过程。顺着这个思路，不妨简单地将这段外源导入的、携带 RNAi 序列的染色体部分记为 R ，未携带该序列的野生型染色体记为 r 。那么，导入了单拷贝 RNAi 的杂合转基因植株，其基因型可表示为 Rr 。自交之后携带 R 的就是 3/4 。

携带 R 意味着什么呢？只要胚乳细胞中含有「 R 」（即含有 RNAi 表达元件），它就会源源不断地产生干扰小 RNA ，切割 Vᵂ基因的 mRNA 显著降低其表达，使得携带 R 的玉米最终全部表现为粉质。

第四问的论证逻辑

其实根据题目提供的信息到这里为止，结合 Vᵂ基因编码酶的功能，已经足够证明出 Vᴬ表现为粉质的原因： Vᵂ基因发生突变，导致编码转化「非极性胡萝卜素」的酶失活，底物无法正常代谢，从而造成非极性胡萝卜素大量积累，最终导致了粉质胚乳的产生。

所以，第四小问要猜出正确答案，是并不困难的。但是如何理解第四问的实验论证逻辑呢？为什么只是提出一个「 假设 」，而不是得出 「 结论 」。只从题干提供的信息来看是不够的，我第一次做这道题在这个地方也没想明白。部分学生考完反映 21 题偏难，第四问的论证逻辑没读懂我猜占了一部分原因。结合原论文的讨论部分，才大概搞清楚：

VEN1 蛋白除了作为酶完成催化功能，本身定位于造粉体的包膜上，它也可能是作为一种「结构蛋白」直接负责调控淀粉体膜的稳定性，从而影响胚乳的质地。因此，导致胚乳变粉质的「罪魁祸首」，究竟是「底物（非极性胡萝卜素）的异常堆积」，还是仅仅因为「缺少了这个蛋白本身」？如果是后者，那堆积的胡萝卜素就只是个无关紧要的副产物罢了。

如何设计一个实验，来排除第二种可能性呢？思路很精妙，如果这个实验设计思路拿来考试，估计很多学生想不出来——通过正向遗传学的手段，在已经「缺少了这个蛋白本身」的品系 A 上，再一次通过减法原理人为破坏了类胡萝卜素合成途径的上游基因（诱变，筛选出上游合成途径缺陷突变体）。这些上游突变体，VEN1 蛋白依然是缺失的，但非极性胡萝卜素则不再堆积。

预期结果：

• 如果胚乳依然是粉质，说明「非极性胡萝卜素堆积」不是引起粉质的原因，真正导致粉质的是「酶蛋白结构的缺失」。
• 而观测到的事实却是，这些上游合成途径缺陷的突变体，胚乳竟然恢复成了硬质，这就说明了「非极性胡萝卜素的大量积累」才是引发粉质胚乳的真正原因。

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