基因频率在遗传规律计算题中的应用Word版

基因频率在遗传规律计算题中的应用

在现行高中生物教材中，遗传和变异这一章节既是重点内容，义是难点内容，尤其是遗传规律的计算题。有些计算题采取传统的分析亲子代之间的遗传规律较容易获得正确答案，但有些遗传规律的计算题通过一板一眼的分析亲子代之间基因的传递规律，计算过程繁琐，而且容易出现错误。通过摸索我发现同学们学习完现代生物进化论的知识，可以利用基因频率来解决有些复杂的计算问题。

现代生物进化论认为：种群是生物进化的单位，种群遗传学是以种群为单位进行研究的遗传学，是研究种群基因库变化的。

英国数学家哈代（G.H.Hardy）和德国医生温伯格（W.Weinberg）分别于1908年和1909年提出关于基因频率稳定性的见解，他们指出，一个有性生殖的自然种群中，如果符合以下5个条件：①种群大；②种群个体间的交配是随机的，也就是说种群中每一个个体与种群中其他个体的交配机会是相等的；③没有突变产生；④种群之间不存在个体的迁移和基因交流，即没有新的基因的加人；⑤没有自然选择，那么种群各等位基因的频率和等位基因的基因型频率在一代一代地遗传中是稳定不变的，或者说是保持着基因的平衡。这就是遗传平衡定律，也称哈代－温伯格（Hardy-Weinberg）定律。如果用P代表显性基因A的频率，q代表隐性基因a的频率，哈代－温伯格定律可以用下列数学方程式表示：

p+q=1

（p+q）2=1

p2+2pq+q2=1

p2代表显性纯合子AA的频率，2pq代表杂合子Aa的频率；q2代表隐性纯合子aa的频率（参见“普通生物学——生命科学通论”陈阅增主编.高等教育出版社.2003年）。

下面通过实例来说明如何在计算中利用基因频率。

1.常染色体上的遗传

例：果蝇灰身（B）对黑身（b）为显性，现将纯种灰身果蝇和黑身果绳杂交，产生的F1代雌雄果绳随机交配，产生F2代，将F2代中所有黑身果绳除去，让灰身果绳自由交配，产生F3代，问F3代中灰身和黑身果绳的比例为：

A．3︰1B．5︰1C．8︰1D．9︰1

本题传统的计算方法就是通过上述一系列杂交过程，分析凡代中的基因型为BB︰Bb︰bb=1︰2︰1，除去黑身果蝇后，所剩灰身果蝇的基因型及其比例为：2/3BB和1/3bb，考虑灰身个体自由交配的可能性，出现如下3种交配方式①BB×BB；②BB×Bb；③Bb×Bb，只有第③种交配方式中出现黑身个体，出现的频率为2/3×2/3×1/4=1/9，灰身个体的比例为1-1/9=8/9，所以F3代中灰身和黑身个体之比为8︰1。

但是如果引入基因频率的概念，计算过程就简单得多，可以这样考虑：将F2代中所有黑身果蝇除去，灰身果蝇的基因型为BB︰Bb=1︰2，该群体中B基因的频率是2/3，b基因的频率是1/3，种群中灰身个体自由交配，雌雄配子结合几率相等，只有两个含有b基因的雌雄配子结合，才能产生黑身果蝇bb，而两个b基因结合的几率（即黑身个体的基因型）为

（1/3）2=1/9，灰身个体的基因型频率为8/9，所以灰身和黑身个体之比为8︰1。

2.伴性遗传

例：Duchenne肌营养不良是由法国神经学家Duchenne在19世纪60年代发现的遗传病，多见于男孩，通常在20岁左右死于呼吸系统并发症。下图是某个家族此遗传病的系谱。请回答下列有关问题。

如果III-6现已结婚、怀孕，她的丈夫患有多指症（常染色体显性单塞因遗传病），其他性状正常，丈夫的母亲正常。他们夫妇很想生育一个健康的男孩，请问这个愿望得以实现的概率是。

先根据遗传系谱图判断该遗传病的类型，因为该家族中出现双亲正常而生出患病孩子，由此判断该病是由隐性基因控制的遗传病；同时题干中告诉大家：该病多见于男孩，由此推断该致病基因位于性染色体上，如果位于Y染色体上，男患者的父亲必定是患者，与题干中提供的信息不符，所以该遗传病是由X染色体上的隐性基因控制的。

根据遗传系谱图提供的信息可以判断该夫妻的基因型，假设控制肌营养不良的基因是（A-a），控制多指的基因为（B-b），III-6的父亲基因型为X A Y，母亲II-2表现型正常.但其儿子III-3是患者，由此判断II-2的基因型为X A X a，则III-6的基因型为X A X A或X A X a，各占1/2，在手指的性状上III-6的基因型为bb，综合两种性状，III-6的基因型为1/2X A X A bb，l/2X A X a bb；其丈夫是多指患者但丈夫的母亲是正常的，由此判断丈夫的基因型为X A YBb，这对夫妻想生一个健康的男孩的概率有两种计算方法。

方法一

两对性状分开考虑：

性染色体的基因：1/2X A X A×X A Y→1/2×1/2X A Y

1/2X A X a×X A Y→1/2×1/4X A Y

常染色体的基因：bb×Bb→1/2bb

综上考虑：生育健康男孩的概率为：

（1/4+1/8）×1/2=3/16

方法二

用基因频率来考虑：

先看性染色体上的基因：III-6的基因型为1/2X A X A，1/2X A X a，其产生X A配子的概率为3/4，产生X a配子的概率为1/4，其丈夫的基因型为X A Y，产生X A配子的概率为1/2，产生Y 配子的概率为1/2，后代健康男孩产生概率为：X A的卵细胞和Y的精子的结合概率，即3/4×1/2=3/8；

再看常染色体上的基因，III-6的基因型为bb，产生b配子的概率为1，其丈夫的基因型为Bb，产生B配子的概率为1/2，所以产生Bb的后代的概率为1/2，综合考虑，该夫妻生出健康男孩的概率为：3/8×1/2=3/16。

上述两道例题既可以采取分析基因一代代地传递规律，即用遗传定律来解决，也可以用基因频率来计算。通过比较可以看出，利用基因频率计算方法简单易行。但不是所有的遗传计算题都可以用基因频率计算，可以应该用基因频率计算的条件通常是一个较大的种群中的个体自由交配，或者双亲中至少一个亲本的基因型不确定的情况下。应用基因频率计算时还应该注意一定要明确自由交配的个体产生的某种类型的雌雄配子的比例。

（注：可编辑下载，若有不当之处，请指正，谢谢!）