備課素材：自交不親和現(xiàn)象 高一下學(xué)期生物人教版必修2

自交不親和現(xiàn)象先看一道試題：二倍體馬鈴薯普遍存在自交不親和現(xiàn)象（即自花授粉后不產(chǎn)生種子）,主要通過(guò)薯塊進(jìn)行無(wú)性繁殖,育種十分困難。我國(guó)科研人員培育出二倍體自交親和植株RH,利用它進(jìn)行育種。（1）自交親和與自交不親和由一對(duì)等位基因控制。研究人員推測(cè)，自交親和是______（選填“顯性”或“隱性”）性狀，判斷依據(jù)是______。②F1中自交親和的植株自交，子代未出現(xiàn)3：1的性狀分離比，請(qǐng)嘗試作出合理解釋：自交時(shí)，______，無(wú)法產(chǎn)生種子。（2）除自交不親和外，馬鈴薯還存在自交衰退現(xiàn)象。研究者測(cè)定了4個(gè)候選的自交不親和馬鈴薯植株（E、G、H和C）和153個(gè)二倍體馬鈴薯植株的基因雜合度和有害基因數(shù)量，結(jié)果如圖2所示。①據(jù)圖分析，馬鈴薯的有害基因可能以

______狀態(tài)存在。因此，馬鈴薯長(zhǎng)期無(wú)性繁殖，易出現(xiàn)自交衰退的現(xiàn)象，其原因可能是

______，表現(xiàn)出不利性狀。②據(jù)圖2結(jié)果分析，研究者選擇E、G作為候選植株開(kāi)展后續(xù)研究，依據(jù)是

______。③請(qǐng)寫出利用RH將E改造為自交親和植株的育種方案，以遺傳圖解形式繪制在答題卡相應(yīng)方框內(nèi)。

答案：（1）顯性（2分）。F1自交親和植株的自交后代既有純合子也有雜合子含有隱性基因的雌配子或雄配子不能完成受精（2）①雜合（2分）隱性有害基因自交后會(huì)形成純合子②基因雜合度低和有害基因數(shù)量少（2分）③（3分）

此題情境“自交不親和”現(xiàn)象教材沒(méi)有提到。那么，什么是自交不親和？自交不親和（Self-Incompatibility,SI）是植物中的一種遺傳機(jī)制，旨在防止自交（即同一植株的花粉與柱頭之間的受精）的發(fā)生。這種機(jī)制在許多植物物種中普遍存在，有助于維持遺傳多樣性，避免近親繁殖帶來(lái)的不良影響。定義：自交不親和是指在植物中，同一植株的花粉無(wú)法成功受精其自身的柱頭，從而防止自交發(fā)生的現(xiàn)象。這種機(jī)制通過(guò)一系列復(fù)雜的分子和細(xì)胞機(jī)制實(shí)現(xiàn)，確保植物能夠進(jìn)行異交（即不同植株之間的花粉與柱頭之間的受精），從而增加遺傳多樣性。類型：1.

孢子體自交不親和（Spore-SpecificSelf-Incompatibility,SSI）：在這種類型中，自交不親和的決定因素存在于孢子體世代（即成熟植物）。花粉和柱頭的識(shí)別機(jī)制是由孢子體產(chǎn)生的蛋白質(zhì)介導(dǎo)的。例如，在一些十字花科植物（如擬南芥）中，花粉粒表面的S蛋白與柱頭表面的SRK蛋白相互作用，如果兩者匹配，則花粉不能萌發(fā)或受精。2.

配子體自交不親和（Gametophyte-Specificelf-Incompatibility,GSI）：在這種類型中，自交不親和的決定因素存在于配子體世代（即花粉和胚珠）?；ǚ酃艿纳L(zhǎng)和受精過(guò)程受到配子體產(chǎn)生的信號(hào)分子的調(diào)控。例如，在一些薔薇科植物（如蘋果和梨）中，花粉管在柱頭內(nèi)的生長(zhǎng)受到S-RNase蛋白的抑制，如果花粉和柱頭的S基因相同，則花粉管不能正常生長(zhǎng)。分子機(jī)制：1.識(shí)別機(jī)制：植物的自交不親和系統(tǒng)通常涉及一組特定的基因，稱為S基因（Self-IncompatibilityGenes）。這些基因編碼的蛋白質(zhì)在花粉和柱頭之間進(jìn)行識(shí)別。

例如，S蛋白和SRK蛋白在孢子體自交不親和中起關(guān)鍵作用，而S-RNase蛋白在配子體自交不親和中起關(guān)鍵作用。2.

信號(hào)傳導(dǎo)：一旦花粉和柱頭之間的識(shí)別發(fā)生，信號(hào)傳導(dǎo)途徑會(huì)被激活，導(dǎo)致花粉管的生長(zhǎng)受阻或柱頭的排斥反應(yīng)。例如，S-RNase蛋白可以進(jìn)入花粉管內(nèi)，降解花粉管內(nèi)的RNA，從而阻止花粉管的生長(zhǎng)。3.

細(xì)胞反應(yīng)：自交不親和反應(yīng)的最終結(jié)果是花粉管的生長(zhǎng)受阻或死亡，從而防止自交受精的發(fā)生。例如，花粉管可能在柱頭內(nèi)停止生長(zhǎng)，或者在進(jìn)入胚珠前死亡。生物學(xué)意義1.

維持遺傳多樣性：自交不親和機(jī)制通過(guò)促進(jìn)異交，增加了植物群體中的遺傳多樣性，有助于植物適應(yīng)多變的環(huán)境條件。2.避免近親繁殖：近親繁殖可能導(dǎo)致有害隱性基因的積累，降低植物的適應(yīng)能力和生存能力。自交不親和機(jī)制可以有效避免這種情況的發(fā)生。3.

生態(tài)適應(yīng)：自交不親和機(jī)制在許多植物物種中普遍存在，表明這種機(jī)制在植物的進(jìn)化和生態(tài)適應(yīng)中具有重要意義。實(shí)例：1.

擬南芥（Arabidopsisthaliana）：擬南芥是一種典型的孢子體自交不親和植物。其S基因編碼的S蛋白和SRK蛋白在花粉和柱頭之間進(jìn)行識(shí)別，如果兩者匹配，則花粉不能萌發(fā)或受精。2.

蘋果（Malusdomestica）：蘋果是一種典型的配子體自交不親和植物。其S基因編碼的S-RNase蛋白在柱頭內(nèi)起作用，如果花粉和柱頭的S基因相同，則花粉管不能正常生長(zhǎng)。

自交不親和是植物中一種重要的遺傳機(jī)制，通過(guò)防止自交的發(fā)生，維持了遺傳多樣性和生態(tài)適應(yīng)性。這種機(jī)制在許多植物物種中普遍存在，對(duì)植物的進(jìn)化和生態(tài)適應(yīng)具有重要意義。未來(lái)，隨著分子生物學(xué)技術(shù)的發(fā)展，我們有望更深入地理解自交不親和的分子機(jī)制，為植物育種和遺傳改良提供新的思路和方法。例1．某二倍體兩性花植物的自交不親和是由15個(gè)共顯性的等位基因：控制的。該植物能產(chǎn)生正常的雌、雄配子，但當(dāng)花粉與母本有相同的Sx基因時(shí)，就不能完成受精作用。下列敘述正確的是（

）A．該植物有15種基因型，分別為S?S?、S?S?……S??S??的純合個(gè)體B．Sx復(fù)等位基因之間不遵循分離定律C．S?S?（父本）和S?S?（母本）雜交,F?的基因型有2種D．可以通過(guò)雜交育種的方法獲得各種基因型的植株答案：C解析：由于自交不親和的機(jī)制，純合個(gè)體（如S?S?、S?S?等）不能自交產(chǎn)生后代。因此，純合個(gè)體在自然界中幾乎不存在，因?yàn)樗鼈儫o(wú)法通過(guò)自交繁殖。所以，選項(xiàng)A是錯(cuò)誤的。根據(jù)孟德?tīng)栠z傳定律，等位基因在減數(shù)分裂過(guò)程中會(huì)發(fā)生分離。即使這些等位基因是共顯性的，它們?nèi)匀粫?huì)在減數(shù)分裂過(guò)程中獨(dú)立分離，形成不同的配子。因此，Sx復(fù)等位基因之間仍然遵循分離定律。所以，選項(xiàng)B是錯(cuò)誤的。父本S?S?可以產(chǎn)生兩種類型的花粉：S?和S?。母本S?S?可以產(chǎn)生兩種類型的卵細(xì)胞：S?和S?。由于母本含有S?基因，所以S?的花粉不能完成受精作用，后代基因?yàn)椋篠?S?，S?S?

雖然通過(guò)雜交育種可以將不同的Sx等位基因組合在一起，但需要注意的是，由于自交不親和的機(jī)制，某些特定的基因型可能無(wú)法通過(guò)雜交育種獲得。例如，純合個(gè)體（如S?S?、S?S?等）在自然界中幾乎不存在，因?yàn)樗鼈儫o(wú)法通過(guò)自交繁殖。因此，通過(guò)雜交育種的方法并不能獲得所有可能的基因型。D項(xiàng)錯(cuò)誤。例2．煙草的自交不親和性是由位于一對(duì)同源染色體上的復(fù)等位基因（S1、S2……S15）控制的，煙草的雄性生殖細(xì)胞只有通過(guò)伸長(zhǎng)的花粉管輸送到卵細(xì)胞所在位置，才能完成受精作用。如圖為不親和基因的作用機(jī)制，下列敘述錯(cuò)誤的是（

）A．當(dāng)花粉所含S基因與卵細(xì)胞的S基因種類相同時(shí)，花粉管就不能伸長(zhǎng)完成受精B．S1S2與S1S3正交反交結(jié)果不同，說(shuō)明基因位于性染色體上C．兩種自交不親和的植株雜交可省略去雄操作D．將基因型為S1S2和S2S3的煙草間行種植，全部子代的基因型有3種答案：B解析：選項(xiàng)A：說(shuō)法是正確的。根據(jù)圖示，當(dāng)花粉所含S基因與卵細(xì)胞的S基因種類相同時(shí)，花粉管不能伸長(zhǎng)完成受精。

選項(xiàng)B：這個(gè)說(shuō)法是錯(cuò)誤的。正交反交結(jié)果不同并