自交與自由交配的比較辨析

　　自交和自由交配的區(qū)別是什么?發(fā)生在植物與動(dòng)物概率怎樣計(jì)算?下面是學(xué)習(xí)啦小編為大家整理的自交與自由交配的比較辨析，供大家分享。

　　自交與自由交配的比較辨析

　　本文通過(guò)定義比較辨析，計(jì)算過(guò)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。

　　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(guò)程就稱為自交;而像玉米、黃瓜等單性花植物來(lái)說(shuō)，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(duì)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(shuō)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(duì)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(duì)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(duì)水稻、小麥、豌豆等主要進(jìn)行自花授粉的植物來(lái)說(shuō)，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(duì)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(duì)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：

　　2 計(jì)算過(guò)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(shuō)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(duì)灰色(a)顯性，是由常染色體上的一對(duì)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(duì)相對(duì)性狀是由常染色體上的一對(duì)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：

　　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(guò)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(jiǎn)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

　　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(wú)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。

　　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(jiǎn)單，優(yōu)先選擇。

　　自交與自由交配的區(qū)別

　　自交，是指來(lái)自同一個(gè)體的雌雄配子的結(jié)合或具有相同基因型個(gè)體間的交配，泛指種群中相同基因型個(gè)體互相交配(狹義上指植物自花傳粉等)。我們今天只討論雜合子自交的例子。

　　自由交配，指種群中任一個(gè)體都能隨機(jī)與任一異性個(gè)體交配(包括自交和雜交的正反交)。

　　為了更好的區(qū)分自交和自由交配，王老師舉一個(gè)例子：

　　加入控制某種形狀的基因?yàn)锳和a，其中基因型為Aa的雄性個(gè)體和基因型為Aa的雌性個(gè)體雜交，稱之為自交;基因型為Aa的雄性個(gè)體分別和基因型為aa、Aa、AA的個(gè)體雜交，稱之為自由交配。

　　對(duì)于雜合子自交，第n代個(gè)體中，雜合子的比例為1/2n，純合子的比例為1-1/2n，純合子共兩種，單一某種純合子的比例為(1-1/2n)/2，之前王老師和大家探討過(guò)雜合子自交的規(guī)律，不再重復(fù)，需要的同學(xué)可以自行查看。

　　自由交配如果符合哈代溫伯格定律的話，使用哈代溫伯格定律做題解答會(huì)比較方便、快捷。

　　關(guān)于哈代溫伯格定律的應(yīng)用，請(qǐng)點(diǎn)擊下面鏈接查看，這里我們也不再重復(fù)。

　　哈迪-溫伯格定律在高中生物中的應(yīng)用和拓展

　　我們來(lái)看兩個(gè)關(guān)于自交和自由交配的例題。

　　【例1】小麥的抗銹對(duì)感銹為顯性，讓雜合抗銹病小麥連續(xù)自交，F(xiàn)5播種后淘汰感銹病類型，則長(zhǎng)出的抗銹病植株中純合子占

　　A、31/33

　　B、31/32

　　C、31/64

　　D、31/66

　　【分析】

　　雜合子連續(xù)自交，后代中雜合子所占比例逐代減少，到n代，則雜合子有2的n次方分之一(1/2n)，顯性純合子與隱性純合子各有(1-1/2n)/2。所以在淘汰隱性純合子之后，顯性純合子在全部植株中所占比例為：

　　[(1-1/2n)/2]/[(1-1/2n)/2+(1/2n)]=(2n-1)/(2n+1)

　　例1中n=5，則顯性純合子所占比例為31/33。

　　【例2】小麥的抗銹對(duì)感銹為顯性。讓雜合抗銹病小麥連續(xù)自交并逐代淘汰感銹病類型，F(xiàn)5播種后長(zhǎng)出的植株中抗銹病純合子所占比例為

　　A、31/33

　　B、31/34

　　C、31/64

　　D、31/66

　　【分析】

　　乍一看，你可能會(huì)以為這跟例1是相同的問題。仔細(xì)分析，才能發(fā)現(xiàn)兩者的不同。例2與例1的不同的地方，就是F5尚未淘汰隱性純合子。前面的4代還是與例1進(jìn)行相同處理的。我們可以先計(jì)算到F4，然后再分析F4自交產(chǎn)生的F5的情況。

　　按照例1的結(jié)論，F(xiàn)4中淘汰掉隱性純合子以后，顯性純合子所占比例為15/17，雜合子所占的比例為2/17。F4自交，純合子的后代仍然是純合子;雜合子自交后代發(fā)生分離：1/4的為顯性純合子，1/2的雜合子，1/4的隱性純合子。因此F5中顯性純合子所占比例為：15/17+2/17×1/4=31/34。

　　推廣到一般情況，雜合子連續(xù)自交，逐代淘汰隱性類型，到第n代長(zhǎng)出的植株中，顯性純合子所占的比例為：(2n-1)/(2n+2)。

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