遗传题中的自交与自由交配

遗传题中的自交与自由交配

冉珩李莉（陕西师范大学生命科学学院陕西·西安 710119）

摘要：高中学生在学习自交、自由交配这两个概念时，通常能大致理解其含义，但当它们在赋予了特定情境的遗传题中出现时，往往感觉困难重重。本文结合典型例题分析它们各自的解题方法，总结出相应的规律。

关键词：自交自由交配一般规律

自交、自由交配既是教学的难点，又是高考的热点。学生在学习这两个概念时，通常能大致理解其含义，但是当它们在赋予了特定情境的遗传题中出现时，往往感觉困难重重。笔者结合例题对这两个概念加以辨析，期望对提高学生遗传题的解题能力有所帮助。

1 自交与自由交配的概念

自交，遗传学术语，有广义和狭义两种理解。广义的自交是指基因型相同的生物个体之间相互交配的方式。狭义的自交仅限于植物，指两性花植物的自花受粉（如豌豆）或同株异花受粉（如玉米），其实质就是参与融合的两性生殖细胞来自同一个体。动物一般不说自交，只能说基因型相同的个体杂交相当于自交[1]。例如在某一群体中，有基因型为AA、Aa、aa的个体，则群体个体自交指的就是AA×AA、Aa×Aa、aa×aa。自交可用于植物纯合子、杂合子的鉴定。在育种实践中，让杂合子连续自交可提高纯合子的比例。因为自交是指基因型相同的个体相互交配，当两亲本之中的一个确定时，另一个亲本出现的概率就是 1，所以计算时只要乘以一次对应的比例系数。

自由交配，又可以称为随机交配，是指群体中的雌雄个体间无选择地进行交配，其中包含自交和杂交。例如在某一群体中，有基因型为AA、Aa、aa的个体，

这些个体的随机交配指的就是AA×AA、Aa×Aa、aa×aa、AA（♀）×Aa（♂）、AA（♂）×Aa（♀）、Aa（♀）×aa（♂）、Aa（♂）×aa（♀）、AA（♀）×aa（♂）、AA（♂）×aa（♀）。自由交配由于亲本基因型的不确定性，需要将两个亲本的比例系数相乘计入下一代。

2 自交与自由交配相关题型的解法

2.1自交题型的解法

例题1：[2009·宁夏卷]已知某闭花受粉植物高茎对矮茎为显性，红花对白花为显性，两对性状独立遗传。用纯合的高茎红花与矮茎白花杂交，F1自交，播种所有的F2，假定所有F2植株都能成活，F2植株开花时，拔掉所有的白花植株，假定剩余的每株F2植株自交收获的种子数量相等，且F3的表现型符合遗传的基本定律。从理论上讲F3中表现白花植株的比例为( )

A.1/4

B.1/6

C.1/8

D.1/16

[解析]试题中设计了“两对相对性状”这一陷阱，其实如果控制两对相对性状的基因是独立遗传的，那么研究两对相对性状的遗传时满足基因自由组合定律，单独研究每一对相对性状的遗传时都满足基因分离定律，所以此题我们只需关注红花白花这一对相对性状。设该植物的红花、白花这一对相对性状由基因A、a控制。F1的基因型为Aa, F1自交,产生的F2代中有1/4AA、1/2Aa、1/4aa,去掉白花aa，F2红花基因型为1/3AA、2/3Aa，再自交如下图：

2.2自由交配题型的解法

对于自由交配一类题型的计算，如果把每一种组合都写出来再计算，会比较繁琐，还容易出错。笔者建议，如果自由交配的种群足够大，所有的雌雄个体间都能自由交配并产生可育后代，没有迁入和迁出，自然选择对相关基因不起作用，同时相关基因不产生突变[2]，可以先计算出群体中每个基因的基因频率，然后由每个基因的基因频率计算后代各种基因型的频率，即运用哈迪—温伯格定律。

例题2：在某昆虫种群中，决定翅色为绿色的基因为A，决定翅色为褐色的基因为a，其中基因型AA个体占30%，Aa个体占60%，aa个体占10%,假设该种群非常大，所有的雌雄个体间都能自由交配并产生后代，没有迁入和迁出，自然选择对A和a没有作用，基因A和a都不产生突变，则有如下的关系：

由上表不难看出，子一代的基因频率和亲代的基因频率相同。子二代、子三代以及若干代以后，种群的基因频率仍然和亲代的基因频率相同，因为基因交流只发生在种群内部。种群的基因型频率只需一代就可以达到平衡，即子二代、子三代以及若干代以后的基因型频率和子一代的基因型频率相同。

3 一般规律

若不考虑自然选择、基因突变等因素的影响，基因型为AA 、Aa 、aa 的种群，在自交或随机交配的情况下，基因频率不会改变，但是基因型频率却出现两种可能性：如果自交，后代的基因型频率会发生变化，纯合子的频率增加，杂合子的频率减小；如果随机交配，那么后代的基因型频率不发生变化。

4 典型例题分析

例题3：[2013·山东卷] 用基因型为Aa 的小麦分别进行连续自交、随机交配、连续自交并逐代淘汰隐性个体、随机交配并逐代淘汰隐性个体，根据各代Aa 基因型的频率绘制曲线如图所示。下列分析错误的是( )

A ．曲线Ⅱ的F 3中Aa 基因型频率为0.4

B ．曲线Ⅲ的F 2中Aa 基因型频率为0.4

C ．曲线Ⅳ的F n 中纯合体的比例比上一代增加(1/2)n ＋1

D ．曲线Ⅰ和Ⅳ的各子代间A 和a 基因的频率始终相等 [解析] 基因型为Aa 的小麦，连续自交n 代，F n 中Aa 出现的概率为12

n ，对应曲线Ⅳ，纯合子出现的概率为1－12n ， F n 中纯合体的比例比上一代增加1－12

n －⎝ ⎛⎭⎪⎫1－12n －1＝12n ；隐性纯合子出现的概率为⎝ ⎛⎭

⎪⎫1－12n ×12，连续自交并逐代淘汰隐性个

体，F n中Aa出现的概率为

1

2n

1－

⎝

⎛

⎭

⎪

⎫

1－

1

2n

×

1

2

＝

2

2n＋1

，F

2

中Aa出现的概率为

2

22＋1

＝

2

5

，

对应曲线Ⅲ；因为基因交流始终在种群内部进行，所以无论自交还是随机交配，

A与a基因的频率不变且均为1

2

，根据哈迪-温伯格定律，随机交配的子代中Aa

出现的频率为2×1

2

×

1

2

＝

1

2

，对应曲线Ⅰ；随机交配并逐代淘汰隐性个体，F

1

中AA占1

3

、Aa占

2

3

，即A与a基因的频率分别为

2

3

、

1

3

，再随机交配一次并不淘汰，

F 2中AA、Aa、aa分别占

2

3

×

2

3

＝

4

9

、

2

3

×

1

3

×2＝

4

9

、

1

3

×

1

3

＝

1

9

，淘汰隐性个体，则F

2

中Aa出现的概率为

4

9

1－

1

9

＝

1

2

，同理F

3

中Aa出现的概率为

3

4

×

1

4

×2

1－

1

4

×

1

4

＝

2

5

，对应曲

线Ⅱ。综上，正确选项为C。

[例题4]已知豌豆的黄色对绿色为显性,圆粒对皱粒为显性。现有黄色圆粒与绿色皱粒两品种杂交，将其子二代黄色圆粒豌豆进行随机交配，求获得稳定遗传的黄色皱粒豌豆的概率是多少？

[解析] 此题涉及两对基因控制两对相对性状，并且只是将子二代黄色圆粒豌豆进行随机交配，求获得的其中某一种基因型的概率，如果分别归纳出子二代黄色圆粒随机交配的类型，然后再求出每种类型产生的相应基因型的概率，最后进行综合，势必使计算繁琐，容易出错。建议运用哈迪—温伯格定律求解。假设豌豆的黄色、绿色由基因Y、y控制，圆粒、皱粒由基因R、r控制。子二代黄色圆粒

豌豆中YYRR占1

9

，YYRr占

2

9

，YyRR占

2

9

，YyRr占

4

9

。其中Y的基因频率为

1

9

+

2

9

+2

9

×

1

2

+

4

9

×

1

2

=

2

3

，r的基因频率为

2

9

×

1

2

+

4

9

×

1

2

=

1

3

，所以获得黄色皱粒

（YYrr）的概率为2

3

×

2

3

×

1

3

×

1

3

=

4

81

。

参考文献：

[1]乔建学.教材解读（生物必修2）[M].北京：人民教育出版社，2012：20.