备课素材：自交不亲和现象-2023—2024学年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-Incompatibility Genes）。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（Arabidopsis thaliana）： 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（Malus domestica）：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不能说明基因位于性染色体上，因为自交不亲和性是由常染色体上的复等位基因控制的。 选项C：这个说法是正确的。由于自交不亲和性，两种自交不亲和的植株杂交时，不需要进行去雄操作。 选项D：这个说法是正确的。根据图示，S1S2和S2S3的烟草间行种植，子代的基因型有S1S2、S1S3和S2S3三种。 综上所述，正确答案是B。 学科网（北京）股份有限公司 $$