自交与自由交配的区别

浅谈自交与自由交配的区别
新疆生产建设兵团第三师四十五团一中王大姣844604在高中生物遗传和变异的教学过程中，发现不少同学常将自交和自由交配混为一谈，认为自由交配简称自交的错误认识。

针对这个问题我尝试从概念、交配组合类型、相关概率的计算及后代的基因频率和基因型频率来阐明，供大家商榷。

一、自交与自由交配的概念不同：
在遗传学中，自交是指基因型相同的生物个体交配，自交是获得纯系品种的有效方法。

植物指自花传粉和雌雄异花的同株传粉，动物指基因型相同的雌雄个体间交配。

一般用遗传学符号“⊕”
自由交配是指群体中的个体随机进行交配，基因型相同和不同的个体之间都要进行交配。

植物和动物都包括自交和杂交，只是动物仍然是在雌雄个体之间进行。

二、自交与自由交配的交配组合种类不同：
若只考虑某群体中的一对等位基因A和a，种群个体的基因型为AA、Aa、aa，自交方式有AA×AA、Aa× Aa、aa×aa三种交配方式，而自由交配方式除上述三种交配方式外，还有AA× Aa、AA×aa、Aa×aa，共六种交配方式。

可见自由交配比自交的交配组合类型要多，体现种群雌雄个体之间的随机交配。

三、自交与自由交配相关概率的计算结果不同
杂合子连续自交，纯合子与杂合子所占比例及变化曲线如图：
曲线a：代表纯合子连续自交比例。

曲线c：代表杂合子连续自交比例。

曲线b：代表显性（隐性）纯合子的比
例。

1.自花传粉的植物群体中，显性性状AA占1/3,Aa占2/3。

则自交后
代产生AA的概率为1/3×1+2/3×1/4=1/2.
2.动物群体中，显性性状AA占1/3,Aa占2/3，则自由交配组合为
AA×AA、Aa× Aa、AA× Aa；A基因频率为2/3, a基因频率为1/3,则后代AA的概率为2/3×2/3=4/9。

例1．已知豌豆的的高茎（DD）和矮茎（dd）是一对相对性状，基因位于常染色体上。

现有纯种高茎豌豆和纯种矮茎豌豆杂交得到F1，F1自交产生F2。

让F2中的高茎豌豆自交，后代中高茎与矮茎的比例为（）
Ａ.7：1Ｂ.5：1Ｃ.3：1Ｄ.5：3
【解析】用纯种的高茎豌豆（DD）和纯种的矮茎豌豆（dd）杂交得到的F1，F1的基因型为Dd；F1自交得到F2的基因型及其比例为DD：Dd：dd=1：2：1；所以F2中的高茎豌豆的基因型有2种：DD和Dd，比例为DD：Dd =1：2，其中DD占1/3，Dd占2/3，基因型DD自交的后代全是高茎（DD），基因型Dd自交的后代中DD：Dd：dd=1：2：1，因此就可以推出它们自交后代中高茎和矮茎豌豆的比例为5：1。

遗传图解如下：
P：高茎（DD）× 矮茎（dd ）
子一代F1 高茎(Dd)
⊕
子二代F23高茎1矮茎
（1DD：2Dd）1dd
⊕⊕
1/3DD 2/3（DD：Dd：dd=1：2：1）
子三代F3DD：Dd：dd=（1/3+2/3×1/4）：（2/3×2/4）：（2/3×1/4）=3：2：1
所以，高茎：矮茎=5：1
答案：B
例2 ．已知果蝇的灰身（AA）和黑身（aa）是一对相对性状，基因位于常染色体上。

现有纯种灰身果蝇和纯种黑身果蝇杂交，F1全为灰身。

F1自由交配产生F2。

将F2中的灰身果蝇取出，让其自由交配，后代中灰身果蝇与黑身果蝇的比例为（）Ａ：１：１Ｂ：5：１Ｃ：３：１Ｄ：８：１
【解析】该题的错误率较高的原因就是许多同学审题不够仔细，没有注意题目中的条件，而是按照子二代自交来处理了，但是果蝇的自由交配不仅包括基因型相同的自交，也包括基因型不同的个体之间的相互交配。

F2中的灰身果蝇依据上题可以得知1/3AA，2/3Aa。

自由交配的话，应该有多种组合方式：1/3AA×1/3AA，2/3Aa×2/3Aa，雌2/3Aa×雄
1/3AA，雄2/3Aa×雌1/3AA，根据上述各种交配方式就可以计算推知灰身果蝇与黑身果蝇的比例为8：1。

其实，本题可以采用一个简便的方法来计算，F2自由交配的后代中要出现黑身果蝇，只有一种组合的可能性，那就是2/3Aa×2/3Aa，所以在后代中黑身aa=2/3×2/3×1/4=1/9，其余为灰身8/9，两者相比为8：1。

另外，本题也可以采用基因频率来计算，自由交配是指就是配子的自由组合，所以在F2中的灰身果蝇产生的配子中，A、a分别是2/3、1/3，所以黑身aa=1/3×1/3=1/9。

答案：D
四、自交与自由交配的后代的基因频率和基因型频率不同：
自交与自由交配作为交配的两种重要形式，其后代的基因型及其概率存在显著差异，即使是自交也会因配子致死、胚胎致死等因素的存在而产生不同结果。

含一对等位基因（Aa）的生物，连续自交n 代产生的后代中，基因型为Aa的个体占1/2n，而基因型为AA和aa 的个体各占1/2×（1-1/2n）；杂合体自交时尽管基因频率不变，但后代的基因型频率会发生改变，后代中纯合子的概率会随自交代数的增加而增大，杂合子的概率则不断减小。

在无基因突变、群体的个体生活力相同的情况下，种群内自由交配的后代遵循遗传平衡定律（哈代温伯格定律），后代的基因频率和基因型频率不变。

即AA=P2、Aa=2PQ aa=Q2自由交配后代中，(P+Q)2 =P2+2PQ +Q2=1。

例3：某生物种群中一对性状由一对等位基因（A、a）控制，A对a 完全显性，种群中三种基因型AA、Aa和aa的基因型频率分别为30%、
50%和20%，问：
1、自交后代F1中三种基因型的频率各为多少
2、如果为自由随机交配的话，F1中三种基因型的频率为多少
【解析】第一个问题就应该采用乘法定律结合加法定律来解答，因为它强调是自交，自交的特点是亲本双方基因型是一致的，即是说亲本一方的基因型确定以后，另一个亲本的基因型也就确定了。

因此F1中出现AA的概率应该为30%×1+50%×1/4=%，出现Aa的概率是50%×1/2=25%，而出现aa的概率是20%×1+50%×1/4=%。

第二个问题就不能用第一种方法来解答了，因为题目上说的是自由随机交配，也就是说亲本双方的基因型有一方确定后，另一方还是不确定的，这种问题用乘法定律也能解开，但是比较繁琐，用哈迪温伯格定律的公式来解答就简单的多了。

根据题目确定种群中A和a 的基因频率分别是55%和45%，利用公式(P+Q)2 =P2+2PQ +Q2，这样就简单的多了，可以得出F1中AA的基因型频率为55%2=%，Aa的基因型频率为2×55%×45%=%，aa的基因型频率是45%2=%。

例4：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 基因型频率绘制曲线如
图。

下列分析错误的是(C )
A. 曲线Ⅱ的F 3 中Aa 基因型
频率为
B. 曲线Ⅲ的F 2 中Aa 基因型频率为
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 的基因频率始终相等
答案:C
【解析】本题考查基因频率和基因型频率。

根据题意,这四种交配方案对应的曲线依次是Ⅳ、Ⅰ、Ⅲ、Ⅱ。

连续自交和随机交配的F1的Aa的基因型频率都是1/2,所以Ⅰ和Ⅳ符合,但是连续自交的结果是纯合子所占的比例越来越大,杂合子所占的比例越来越小,所以Ⅰ是随机交配的结果,Ⅳ是连续自交的结果。

曲线Ⅱ和Ⅲ在F1杂合子Aa所占的比例相同,这是由于自交和随机交配的结果是一样的,都是Aa交配的结果,后代为1/4AA+1/2Aa+1/4aa,淘汰掉aa,则结果为1/3AA+2/3Aa。

如果自交,则F2是1/3AA+2/3Aa(1/4AA+1/2Aa+1/4aa),淘汰掉aa以后,得到的结果为3/5AA+2/5Aa。

如果随机交配,根据遗传平衡定律(2/3A+1/3a)2,则F2是4/9AA+4/9Aa+1/9aa,淘汰掉aa,结果为1/2AA+1/2Aa,图中曲线Ⅱ在F2时Aa基因型频率是1/2,所以可以看出曲线Ⅱ是随机交配并淘汰aa 的曲线,曲线Ⅲ是连续自交并淘汰aa的曲线。

A项中,由上述分析可知,曲线Ⅱ是随机交配并淘汰隐性个体的曲线,F2是1/2AA+1/2Aa,经过随机交配,F3是9/16AA+6/16Aa+1/16aa,淘汰掉aa后,Aa基因型频率为,故A项正确。

B项中,由上述分析可知,曲线Ⅲ是连续自交并淘汰隐性个体的曲线,F2淘汰掉aa后,结果是3/5AA+2/5Aa,所以Aa基因型频率是,故B项正确。

C项中,曲线Ⅳ是连续自交的结果,在Fn中纯合子的比例是
1-(1/2)n,则比上一代Fn-1增加的数值是1-(1/2)n-[1-(1/2)n-1]=(1/2)n,故C项错误。

D项中,连续自交和随机交配,A和a的基因频率都不会改变,所以不会发生进化,故D项正确。