备课素材：自交不亲和现象 高一下学期生物人教版必修2

自交不亲和现象先看一道试题：二倍体马铃薯普遍存在自交不亲和现象（即自花授粉后不产生种子）,主要通过薯块进行无性繁殖,育种十分困难。我国科研人员培育出二倍体自交亲和植株RH,利用它进行育种。（1）自交亲和与自交不亲和由一对等位基因控制。研究人员推测，自交亲和是______（选填“显性”或“隐性”）性状，判断依据是______。②F1中自交亲和的植株自交，子代未出现3：1的性状分离比，请尝试作出合理解释：自交时，______，无法产生种子。（2）除自交不亲和外，马铃薯还存在自交衰退现象。研究者测定了4个候选的自交不亲和马铃薯植株（E、G、H和C）和153个二倍体马铃薯植株的基因杂合度和有害基因数量，结果如图2所示。①据图分析，马铃薯的有害基因可能以

______状态存在。因此，马铃薯长期无性繁殖，易出现自交衰退的现象，其原因可能是

______，表现出不利性状。②据图2结果分析，研究者选择E、G作为候选植株开展后续研究，依据是

______。③请写出利用RH将E改造为自交亲和植株的育种方案，以遗传图解形式绘制在答题卡相应方框内。

答案：（1）显性（2分）。F1自交亲和植株的自交后代既有纯合子也有杂合子含有隐性基因的雌配子或雄配子不能完成受精（2）①杂合（2分）隐性有害基因自交后会形成纯合子②基因杂合度低和有害基因数量少（2分）③（3分）

此题情境“自交不亲和”现象教材没有提到。那么，什么是自交不亲和？自交不亲和（Self-Incompatibility,SI）是植物中的一种遗传机制，旨在防止自交（即同一植株的花粉与柱头之间的受精）的发生。这种机制在许多植物物种中普遍存在，有助于维持遗传多样性，避免近亲繁殖带来的不良影响。定义：自交不亲和是指在植物中，同一植株的花粉无法成功受精其自身的柱头，从而防止自交发生的现象。这种机制通过一系列复杂的分子和细胞机制实现，确保植物能够进行异交（即不同植株之间的花粉与柱头之间的受精），从而增加遗传多样性。类型：1.

孢子体自交不亲和（Spore-SpecificSelf-Incompatibility,SSI）：在这种类型中，自交不亲和的决定因素存在于孢子体世代（即成熟植物）。花粉和柱头的识别机制是由孢子体产生的蛋白质介导的。例如，在一些十字花科植物（如拟南芥）中，花粉粒表面的S蛋白与柱头表面的SRK蛋白相互作用，如果两者匹配，则花粉不能萌发或受精。2.

配子体自交不亲和（Gametophyte-Specificelf-Incompatibility,GSI）：在这种类型中，自交不亲和的决定因素存在于配子体世代（即花粉和胚珠）。花粉管的生长和受精过程受到配子体产生的信号分子的调控。例如，在一些蔷薇科植物（如苹果和梨）中，花粉管在柱头内的生长受到S-RNase蛋白的抑制，如果花粉和柱头的S基因相同，则花粉管不能正常生长。分子机制：1.识别机制：植物的自交不亲和系统通常涉及一组特定的基因，称为S基因（Self-IncompatibilityGenes）。这些基因编码的蛋白质在花粉和柱头之间进行识别。

例如，S蛋白和SRK蛋白在孢子体自交不亲和中起关键作用，而S-RNase蛋白在配子体自交不亲和中起关键作用。2.

信号传导：一旦花粉和柱头之间的识别发生，信号传导途径会被激活，导致花粉管的生长受阻或柱头的排斥反应。例如，S-RNase蛋白可以进入花粉管内，降解花粉管内的RNA，从而阻止花粉管的生长。3.

细胞反应：自交不亲和反应的最终结果是花粉管的生长受阻或死亡，从而防止自交受精的发生。例如，花粉管可能在柱头内停止生长，或者在进入胚珠前死亡。生物学意义1.

维持遗传多样性：自交不亲和机制通过促进异交，增加了植物群体中的遗传多样性，有助于植物适应多变的环境条件。2.避免近亲繁殖：近亲繁殖可能导致有害隐性基因的积累，降低植物的适应能力和生存能力。自交不亲和机制可以有效避免这种情况的发生。3.

生态适应：自交不亲和机制在许多植物物种中普遍存在，表明这种机制在植物的进化和生态适应中具有重要意义。实例：1.

拟南芥（Arabidopsisthaliana）：拟南芥是一种典型的孢子体自交不亲和植物。其S基因编码的S蛋白和SRK蛋白在花粉和柱头之间进行识别，如果两者匹配，则花粉不能萌发或受精。2.

苹果（Malusdomestica）：苹果是一种典型的配子体自交不亲和植物。其S基因编码的S-RNase蛋白在柱头内起作用，如果花粉和柱头的S基因相同，则花粉管不能正常生长。

自交不亲和是植物中一种重要的遗传机制，通过防止自交的发生，维持了遗传多样性和生态适应性。这种机制在许多植物物种中普遍存在，对植物的进化和生态适应具有重要意义。未来，随着分子生物学技术的发展，我们有望更深入地理解自交不亲和的分子机制，为植物育种和遗传改良提供新的思路和方法。例1．某二倍体两性花植物的自交不亲和是由15个共显性的等位基因：控制的。该植物能产生正常的雌、雄配子，但当花粉与母本有相同的Sx基因时，就不能完成受精作用。下列叙述正确的是（

）A．该植物有15种基因型，分别为S₁S₁、S₂S₂……S₁₅S₁₅的纯合个体B．Sx复等位基因之间不遵循分离定律C．S₁S₂（父本）和S₂S₄（母本）杂交,F₁的基因型有2种D．可以通过杂交育种的方法获得各种基因型的植株答案：C解析：由于自交不亲和的机制，纯合个体（如S₁S₁、S₂S₂等）不能自交产生后代。因此，纯合个体在自然界中几乎不存在，因为它们无法通过自交繁殖。所以，选项A是错误的。根据孟德尔遗传定律，等位基因在减数分裂过程中会发生分离。即使这些等位基因是共显性的，它们仍然会在减数分裂过程中独立分离，形成不同的配子。因此，Sx复等位基因之间仍然遵循分离定律。所以，选项B是错误的。父本S₁S₂可以产生两种类型的花粉：S₁和S₂。母本S₂S₄可以产生两种类型的卵细胞：S₂和S₄。由于母本含有S₂基因，所以S₂的花粉不能完成受精作用，后代基因为：S₁S₄，S₁S₂

虽然通过杂交育种可以将不同的Sx等位基因组合在一起，但需要注意的是，由于自交不亲和的机制，某些特定的基因型可能无法通过杂交育种获得。例如，纯合个体（如S₁S₁、S₂S₂等）在自然界中几乎不存在，因为它们无法通过自交繁殖。因此，通过杂交育种的方法并不能获得所有可能的基因型。D项错误。例2．烟草的自交不亲和性是由位于一对同源染色体上的复等位基因（S1、S2……S15）控制的，烟草的雄性生殖细胞只有通过伸长的花粉管输送到卵细胞所在位置，才能完成受精作用。如图为不亲和基因的作用机制，下列叙述错误的是（

）A．当花粉所含S基因与卵细胞的S基因种类相同时，花粉管就不能伸长完成受精B．S1S2与S1S3正交反交结果不同，说明基因位于性染色体上C．两种自交不亲和的植株杂交可省略去雄操作D．将基因型为S1S2和S2S3的烟草间行种植，全部子代的基因型有3种答案：B解析：选项A：说法是正确的。根据图示，当花粉所含S基因与卵细胞的S基因种类相同时，花粉管不能伸长完成受精。

选项B：这个说法是错误的。正交反交结果不同并