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摘  要 本文通過定義比較辨析，計(jì)算過程比較辨析，及頻率比較辨析，得出了解決自交與自由交配在高中生物遺傳學(xué)中相關(guān)計(jì)算問題的正確思路和方法。

關(guān)鍵詞 自交 自由交配 基因頻率 基因型頻率

高中生物教材遺傳與進(jìn)化模塊中有自交和自由交配兩個(gè)概念，但卻經(jīng)常被學(xué)生搞混淆，解題時(shí)更是囫圇吞棗，因此深刻領(lǐng)悟其中含義，掌握其正確解題思路和方法很有必要。

1 定義辨析

1.1自交

基因型相同的個(gè)體交配。

大多數(shù)植物沒有性別分化，為雌雄同株單性花或兩性花植物，像水稻、小麥等兩性花植物，其自花授粉的過程就稱為自交；而像玉米、黃瓜等單性花植物來說，自交是指同株異花授粉。所以自交的概念適用于植物，含義是自花授粉或雌雄同株的異花授粉。

對動(dòng)物而言，大多數(shù)為雌雄異體，雖有像蚯蚓等雌雄同體的低等動(dòng)物，但為防止物種衰退現(xiàn)象，它們也通常進(jìn)行異體受精。因此，在動(dòng)物種群中，若沒特殊說明，自交的含義是指基因型相同的雌雄異體交配。

比如在一個(gè)群體中一對等位基因（用A、a表示）的自交組合有哪些？

解析：在一個(gè)群體中一對等位基因（用A、a表示）的基因型有AA、Aa、aa三種，三種基因型中分別有相應(yīng)的雌雄個(gè)體。因此根據(jù)自交定義有：♂AA ×♀AA ，♂Aa ×♀Aa，♂aa ×♀aa三種組合方式。

1.2自由交配

自由交配指在一群體中，不同的個(gè)體之間都有交配機(jī)會(huì)且機(jī)會(huì)均等，即有基因型相同的個(gè)體交配，也有基因型不同的個(gè)體交配，強(qiáng)調(diào)隨機(jī)性。

在間行種植的玉米種群中，自由交配包括自交和雜交方式。對水稻、小麥、豌豆等主要進(jìn)行自花授粉的植物來說，自然狀態(tài)下自由交配的概念不適用，而主要是自交，在人為條件下可以進(jìn)行自由交配。

在動(dòng)物種群中，自由交配指基因型相同或不同的雌雄異體交配。

比如在一個(gè)群體中一對等位基因（用A、a表示）的自由交配組合有哪些？

解析：在一個(gè)群體中一對等位基因（用A、a表示）的基因型有AA、Aa、aa三種，三種基因型中分別有相應(yīng)的雌雄個(gè)體。因此根據(jù)自由交配定義有如下九種交配組合：

♀AA

♀Aa

♀aa

♂AA

♂AA ×♀AA

♂AA ×♀Aa

♂AA ×♀aa

♂Aa

♂Aa ×♀AA

♂Aa ×♀Aa

♂Aa ×♀aa

♂aa

♂aa ×♀AA

♂aa ×♀Aa

♂aa ×♀aa

2 計(jì)算過程辨析

2.1自交

例1 已知一批基因型為DD與Dd的豌豆種子，其數(shù)目之比為1：2，將這批種子種下，自然狀態(tài)下（假設(shè)結(jié)實(shí)率相同）其子一代中基因型為DD、Dd、dd的種子數(shù)之比為（    ）

 A.3:2:1      B.1:2:1      C.3:5:1      D.4:4:1

    解：豌豆的基因型及比例為1/3DD、2/3Dd，且是自花授粉植物，因此自然條件下為自交，既： 

1/3DD×DD →1/3(DD×DD) →1/3DD

2/3Dd×Dd →2/3(Dd×Dd) →2/3（1/4DD、2/4Dd、1/4dd）

     DD:1/3+2/3×1/4=1/2    Dd:2/3×2/4=1/3    dd:2/3×1/4=1/6

故DD:Dd:dd=1/2 :1/3 :1/6=3:2:1

    要注意的是：自交時(shí)為什么不寫成1/3DD×1/3DD而寫成1/3DD×DD，是因?yàn)檫@個(gè)群體中基因型為DD的比例為1/3，所以其自交結(jié)果所占的比例仍為1/3（DD×DD），也就是說這個(gè)群體中基因型為DD自交結(jié)果占總的1/3，Dd的自交結(jié)果占總的2/3（Dd×Dd）。

2.2自由交配

例2 老鼠的皮毛黃色(A)對灰色(a)顯性，是由常染色體上的一對等位基因控制。有一位遺傳學(xué)家在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)含顯性基因(A)的精子和含顯性基因(A)的卵細(xì)胞不能結(jié)合。如果黃鼠與黃鼠（第一代）交配得到第二代，第二代老鼠自由交配一次得到第三代，那么在第三代中黃鼠所占的比例是（    ）

A.4/9         B.1/2       C.5/9        D.1

解：由題意含顯性基因(A)的精子和含顯性基因(A)的卵細(xì)胞不能結(jié)合，則黃鼠的基因型不存在AA,因此F1黃鼠基因型為雜合Aa，從而推知其后代的基因型和表現(xiàn)型及比例。

F1　　　　　　　　                  黃鼠    

       Aa

       ↓×

             F2　　　1/4AA      2/4Aa      1/4aa

                     不存在      存在       存在

    故F2代老鼠的基因型有Aa、aa，其比例分別為：

     Aa/(Aa+aa)=2/4／（2/4+1/4）=2/3       aa/(Aa+aa)=1/3

特別要注意的是，此時(shí)應(yīng)重新計(jì)算Aa、aa的比例，因?yàn)锳a、aa的比例范圍與之前不同。

F2代自由交配得到F3代，可用以下方法解題：

方法1：基因型法

由于皮毛黃色和灰色這對相對性狀是由常染色體上的一對等位基因控制，可知每種基因型的個(gè)體中雌雄個(gè)體數(shù)量應(yīng)相等，即各占一半。

則F2     2/3Aa  （♂1/3Aa 、♀1/3Aa ）

            1/3aa （♂1/6aa 、♀1/6aa ）

在F2代雄鼠的基因型有Ａa、aa，其所占比例分別為：

♂Aa/(♂Aa+♂aa)=1/3／（1/3+1/6）=2/3      ♂aa/(♂Aa+♂aa)=1/3

同理可推知：F2代雌鼠Aa占2/3、aa占1/3。

這樣F2中雌雄老鼠的基因型如下表示：

         F2：♂ 2/3Aa 、♂1/3 aa        ♀ 2/3Aa 、♀1/3aa  

因此F2代老鼠自由交配就有四種組合方式：

♂2/3Aa ×♀2/3 Aa →2/3× 2/3(Aa×Aa) →4/9（1/4AA、2/4Aa、1/4aa）

♂2/3Aa ×♀1/3 aa →2/3× 1/3(Aa×aa) →2/9（1/2Aa、1/2aa）

♂1/3aa ×♀2/3 Aa →1/3× 2/3(aa×Aa) →2/9（1/2Aa、1/2aa）

♂1/3aa ×♀1/3 aa →1/3× 1/3(aa×aa) →1/9aa

從而得到F3代： AA：4/9×1/4=1/9   不存在

        Aa：4/9×2/4+2/9×1/2+2/9×1/2=4/9    存在

        aa：4/9×1/4+2/9×1/2+2/9×1/2+1/9=4/9    存在

Aa/(Aa+aa)=4/9／（4/9+4/9）=1/2

故在第三代中黃鼠所占的比例是1/2。

方法2：配子法

同方法1可知：

F2：♂ 2/3Aa 、1/3 aa       ♀ 2/3Aa 、 1/3 aa

根據(jù)基因分離定律可知雄果蠅中能產(chǎn)生A、a雄配子的概率為：

♂（A：2/3×1/2A=1/3A   a：2/3×1/2a+1/3×1a=2/3a）

雌果蠅中能產(chǎn)生A、a雌配子的概率為：♀（ 1/3A、2/3a）

F2代老鼠自由交配，即雌雄配子自由結(jié)合：

♂配子

♂配子

♀配子

1/3A

2/3a

1/3A

1/9AA 不存在

2/9Aa

2/3a

2/9Aa

4/9aa

故在第三代中黃鼠所占的比例是(2/9+2/9)／(2/9+2/9+4/9)=1/2。

方法3：遺傳平衡定律法（即哈迪-溫伯格定律）

由上可知F2代老鼠的基因型及比例分別為2/3Aa、1/3aa，在一個(gè)理想的種群中個(gè)體間自由交配，其遵循遺傳平衡定律（p+q）2 =p2+2pq+q2=1,若親本產(chǎn)生A的基因頻率為P，產(chǎn)生ａ的基因頻率為ｑ，則子代基因型及比值為AA＝p2、Aa＝2pq、aa＝q2。

F2老鼠的基因型及比值為2/3Aa、1/3aa，則A的基因頻率為2/3×1/2=1/3，ａ的基因頻率為1/3+2/3×1/2=2/3，則F3代中基因型AA＝（1/3）2(不存在)、Aa＝2×1/3×2/3=4/9、aa＝（2/3）2

故在第三代中黃鼠所占的比例是4/9／(4/9+4/9)=1/2。

通過比較發(fā)現(xiàn)應(yīng)用配子法或遺傳平衡定律法解自由交配類型的題簡便，快速且準(zhǔn)確，比如下面例題。

例3 某種昆蟲的性染色體組成為 XY型，紅眼雌果蠅（XBXb）與白眼雄果蠅(XbY)交配得F1，讓F1代雌雄個(gè)體自由交配，則F2代中白眼個(gè)體所占的比例為？

配子法：

F1：雌果蠅：1/2XBXb    1/2XbXb           雄果蠅：1/2XBY     1/2 XbY

雌配子： 1/4XB    3/4Xb             雄配子： 1/4XB    1/4Xb    1/2Y

♂配子

♂配子

♀配子

1/4XB

3/4Xb

1/4XB

 1/4Xb

3/16XbXb

 1/2Y

3/8XbY

F2代中白眼個(gè)體所占的比例為9/16。

3 自交和自由交配后代相關(guān)頻率變化的辨析

3.1基因頻率的變化

在一個(gè)大的種群中，如果沒有突變，也沒有任何自然選擇的影響，那么無論是生物自交還是自由交配，種群的基因頻率都不改變。

例如：在一個(gè)Aa種群中，A=1/2，a=1/2，則該種群自交或者隨機(jī)交配，后代中A和a的基因頻率都不變，仍然是A=1/2，a=1/2。

3.2基因型頻率的變化

自交和自由交配產(chǎn)生的后代中，基因型頻率卻有不同。

如一個(gè)理想群體，Aa自交多代，AA、aa頻率升高，而Aa頻率趨進(jìn)于0；而自由交配產(chǎn)生的后代，各種基因型出現(xiàn)的機(jī)率相等，因此自由交配不改變后代基因型頻率。

4 結(jié)束語

做題時(shí)，要注意審題，注意豌豆、水稻、小麥等為自花授粉植物，自然條件下為自交類型。注意題干中自交，隨機(jī)交配，自由交配等相關(guān)字眼。雌雄異花植物自然條件下為自由交配類型。動(dòng)物交配大都為自由交配類型。解決自由交配類型的方法中，配子法和遺傳平衡定律法較簡單，優(yōu)先選擇。

參考文獻(xiàn)

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