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2019-2020年高考生物 解題技巧 專題七自交與自由交配的辨析復(fù)習(xí)教案 高中生物模塊二《遺傳與進(jìn)化》教學(xué)內(nèi)容中自交與自由交配經(jīng)常被學(xué)生搞混淆，不少學(xué)生常將自交和自由交配混為一談，認(rèn)為自由交配簡(jiǎn)稱為自交。本文嘗試從概念、相關(guān)概率的計(jì)算、對(duì)種群基因頻率的影響和對(duì)種群基因型頻率的影響等方面進(jìn)行比較和分析，希望對(duì)同學(xué)們能夠有所幫助。 一、自交和自由交配的概念辨析 1.自交是指♀♂同體的生物同一個(gè)體上的♀♂配子結(jié)合(自體受精)，在植物方面，自交是指植物中的自花授粉和雌雄異花的同株授粉。 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，若沒特殊說明，自交的含義是指基因型相同的雌雄異體交配。 綜上所述，廣義的自交是指基因型相同的個(gè)體相互交配。若只考慮一個(gè)種群的一對(duì)等位基因B和b，種群中個(gè)體的基因型為BB、Bb、bb，則其包含的交配組合為BBBB、BbBb、bbbb三類。 2.自由交配又叫隨機(jī)交配，是指在一個(gè)有性繁殖的生物種群中，任何一個(gè)雌性或雄性個(gè)體與任何一個(gè)異性個(gè)體交配的機(jī)會(huì)均等。既有基因型相同的個(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，隨機(jī)交配包括自交和雜交方式，對(duì)水稻、小麥等主要進(jìn)行自花授粉的植物來說，隨機(jī)交配的概念不適用，而主要是自交。在動(dòng)物種群中，隨機(jī)交配指基因型相同或不同的雌雄異體交配，交配組合數(shù)為理論上應(yīng)出現(xiàn)的數(shù)目。也就是說，若只考慮一個(gè)種群的一對(duì)等位基因B和b，種群中個(gè)體的基因型為BB、Bb、bb，則其包含的交配組合為BBBB、BbBb、bbbb、BBBb、Bbbb、BBbb六類。 二、自交和自由交配對(duì)種群基因頻率的影響和對(duì)種群基因型頻率的影響 1.自交和自由交配對(duì)種群基因頻率的影響 在一個(gè)足夠大的種群中，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，種群中的基因頻率都不會(huì)改變。例如：在一個(gè)Aa種群中，A=50%，a=50%，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=50%，a=50%。 2.自交和自由交配對(duì)種群基因型頻率的影響 同樣在一個(gè)足夠大的種群中，如果不存在突變和自然選擇，自交和自由交配產(chǎn)生的后代中，基因型頻率卻有不同。如Aa種群自交多代，純合體AA和aa的頻率逐漸升高，而雜合體Aa的頻率逐漸降低，趨進(jìn)于0；即自交是獲得純系的有效方法。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的基因型頻率。 注意：自交的有關(guān)計(jì)算不能用基因頻率的知識(shí)! 例1．在一個(gè)種群中，基因型為AA的個(gè)體占50%，基因型為Aa的個(gè)體占20%，基因型為aa的個(gè)體占30%，假設(shè)各種基因型的個(gè)體存活率和繁殖率都相同，請(qǐng)計(jì)算下列問題： (1)該種群中，基因A和a的頻率分別為 。 (2)若該種群自交一代后，基因A和a的頻率分別為 ，自交兩代后，A和a的頻率分別為 ；若該種群自由交配一代后，基因A和a的頻率分別為 ，自由交配兩代后，A和a的頻率分別為 。 (3)若該種群連續(xù)自交，F(xiàn)1中AA、Aa、aa基因型的頻率分別為 。F2中AA、Aa、aa基因型的頻率分別為 。Fn中AA、Aa、aa基因型的頻率分別為 。 (4)若該種群自由交配，F(xiàn)1中AA、Aa、aa基因型的頻率分別為 。 F2中AA、Aa、aa基因型的頻率分別為 。Fn中AA、Aa、aa基因型的頻率分別為 。 (5)如果連續(xù)自交，種群的進(jìn)化趨勢(shì)是 。從基因頻率 看是 ，而從基因型上看是 。 （3)基因型AA的個(gè)體占50%，自交后代全是AA的個(gè)體，所以基因型AA自交后代在全部后代中所占的比例為50%100%=50%?；蛐虯a的個(gè)體占20%，進(jìn)行自交后代有1/4是AA，1/4是aa，2/4是Aa，所以基因型Aa自交后代中AA在全部后代中所占的比例為20%1/4=5%；該種群連續(xù)自交，后代F1中基因型AA的個(gè)體有兩部分，所以把它們加在一起就是AA的基因型頻率，即50%+5%=55%；同理，該種群連續(xù)自交，后代F1中基因型aa個(gè)體在全部后代中所占的比例，即aa的基因型頻率為30%+20%1/4=35%；則F1中Aa的基因型頻率為20%2/4=10%，或1－55%－35%=10%。 同理，種群連續(xù)自交，F(xiàn)2中AA的基因型頻率=55%+10%1/4=57.5%；F2中aa的基因型頻率=35%+10%1/4=37.5%；F2中Aa的基因型頻率=5%。 Fn中AA的基因型頻率=50%+20%, Fn中aa的基因型頻率=30%+20%, Fn中Aa的基因型頻率=20%。 （4）由第(1)小題知，種群中A的基因頻率=60%，a的基因頻率=40%，根據(jù)上述“規(guī)律2”，自由交配不改變種群的基因型頻率，所以，該題的三個(gè)空都填相同的答案：該種群自由交配，AA的基因型頻率都是(60%)2=36%；Aa的基因型頻率都是260%40%=48%；aa的基因型頻率都是(40%)2=16%。 （5）自交基因頻率不發(fā)生改變，而生物進(jìn)化的實(shí)質(zhì)就是種群基因頻率發(fā)生變化的過程，基因頻率不發(fā)生改變，生物沒有發(fā)生進(jìn)化。從第（3）小題中我門可以看出自交后代中雜合體出現(xiàn)的頻率降低，而且自交次數(shù)越多雜合體出現(xiàn)的頻率越低。 (4)36%、48%、16%；36%、48%、16%；36%、48%、16%。 (5)這個(gè)種群如果連續(xù)自交多代,它的進(jìn)化趨勢(shì)是種群沒有發(fā)生進(jìn)化；從基因頻率上看是基因頻率沒有發(fā)生改變；而從基因型上看是雜合體出現(xiàn)的頻率越來頻率越低，純合體出現(xiàn)的頻率越來頻率越高。 三、常見習(xí)題例析 例2. 已知果蠅的灰身和黑身是一對(duì)相對(duì)性狀，基因位于常染色體上。將純種的灰身和黑身蠅雜交，F(xiàn)1全為灰身。F1自交產(chǎn)生F2，試問： （1）取F2中的雌雄果蠅自由交配，后代中灰身和黑身果蠅的比例為( ) （2）取F2中的雌雄果蠅自交，后代中灰身和黑身果蠅的比例為( ) （3）將F2的灰身果蠅取出，讓其自由交配，后代中灰身和黑身果蠅的比例為？（4）將F2的灰身果蠅取出，讓其自交，后代中灰身和黑身果蠅的比例為( ) A．5：1 B．8：1 C．5：3 D．3：1 【解析】本題涉及不同范圍的果蠅中，自交或自由交配產(chǎn)生后代遺傳概率的計(jì)算。設(shè)等位基因?yàn)锳、a，依題意，灰身對(duì)黑身是顯性。 (1) 在自由交配的群體中，可采用先求出a基因頻率，再求aa的基因型頻率來計(jì)算。根據(jù)“專題六”的相關(guān)規(guī)律，在F2群體中，a基因頻率為1/4+1/22/4=1/2，則后代中黑身個(gè)體的比例為aa=(1/2)2=1/4，則后代中灰身個(gè)體的比例為1－1/4=3/4。故灰身與黑身之比為3：1，答案選D。 (2) 由于群體內(nèi)的個(gè)體之間不是自由交配，故不能使用基因頻率的方法來計(jì)算。根據(jù)遺傳規(guī)律，可有兩種解法。 解法一：F2中雌雄果蠅自交方式有三種，即①1/4AAAA，②1/2AaAa，③1/4aaaa，通過計(jì)算組合②③后代中黑身個(gè)體的概率，即得到aa=1/21/4+1/41=3/8，則灰身個(gè)體(AA、Aa)的概率為1－3/8=5/8。 解法二： 在果蠅自交群體中，純合體(AA+aa)+雜合體(Aa)=1，而F2中Aa=1/2，F(xiàn)2自交后代中Aa=1/4，故aa=(1－雜合子)/2=3/8，所以，后代中灰身個(gè)體(AA、Aa)的概率為1－3/8=5/8。答案選C。 (3) 因?yàn)槭亲杂山慌?，所以?jì)算方法可同(1)小題。F2灰身果蠅中基因型為1/3AA，2/3Aa， F2灰身果蠅中a基因頻率=0+1/22/3=1/3，其后代中aa=(1/3)2=1/9，則后代中灰身個(gè)體(AA、Aa)的概率為1－1/9=8/9。答案選B。 (4) F2的灰身果蠅自交方式有兩種，即1/3AAAA，2/3AaAa，則aa=2/31/4=1/6，后代中灰身個(gè)體(AA、Aa)的概率為1－1/6=5/6。答案選A。 【參考答案】（1）D ；（2）C ；（3）B； （4）A 注意：從上述計(jì)算可看出，①在自由交配的情況下，采用先求基因頻率再求基因型頻率的方法比較簡(jiǎn)單；②注意自交和自由交配時(shí)各種基因型出現(xiàn)的概率，如F2中Aa自交為1/4AaAa，而Aa自由交配為1/4Aa1/4Aa。因?yàn)樽越粫r(shí),某個(gè)體基因型是Aa的概率是1/4,當(dāng)它的基因型確定后,與之交配的個(gè)體(不論是同一個(gè)體還是相同基因型的個(gè)體),其基因型就隨之確定了,因此不用再乘以1/4。如同有兩個(gè)人如果知道他們穿的衣服顏色是一樣的,那么當(dāng)其中一個(gè)穿的衣服顏色確定后,另一個(gè)就一定是與他的相同了。自由交配則不同,兩個(gè)個(gè)體基因型都是未知的,所以都要先確定它們各自的概率。 例3.在不考慮基因突變時(shí)，以雜合體(Aa)的個(gè)體作材料進(jìn)行遺傳實(shí)驗(yàn)。請(qǐng)回答： ⑴讓其連續(xù)自交n代，能表示自交代數(shù)和純合體比例關(guān)系的圖示是 ，能表示自交代數(shù)與隱性純合體比例關(guān)系的圖示是 ； ⑵若隱性純合體的生活力不強(qiáng)而導(dǎo)致胚胎不能存活，請(qǐng)預(yù)期自交n代時(shí)，雜合體的比例是多少？ ⑶若讓基因型為Aa的個(gè)體自由交配n代，后代中的雜合體、純合體的比例分別是多少？ 【解析】⑴雜合體(Aa)自交n代時(shí)，雜合體概率為(1/2)n，純合體的概率為：1-(1/2)n ；顯性純合體=隱性純合體=純合體比例的一半=[1-(1/2)n]/2； ⑵由題意知，在總量不變的情況下，逐代淘汰個(gè)體(aa)的比例為：第一代為1/4，第二代為1/8，第三代為1/16，…，第n代為(1/2)n+1，則累計(jì)淘汰數(shù)=1/4+1/8+…+(1/2)n+1=(2n-1)/2n+1；而第n代時(shí)的雜合體為(1/2)n，因而，此時(shí)雜合體所占比例為(1/2)n/[1-(2n-1)/2n+1]，化簡(jiǎn)為：2/(2n+1)[有的資料化簡(jiǎn)為2/（2n+1-2n+1）]； ⑶自由交配時(shí)，其基因頻率及基因型頻率將維持不變，即顯性純合體的比例為PAA=PA2=（1/2）2=1/4，隱性純合體的比例為Paa=Pa2=（1/2）2=1/4，雜合體的比例為PAa=2PAPa =1/2。 【參考答案】⑴A； B；⑵2/(2n+1)[或2/（2n+1-2n+1）]；⑶雜合體（Aa）為1/2，純合體（AA、aa）占1/2，其中AA占1/4、Aa占1/4。 點(diǎn)評(píng)：應(yīng)總結(jié)其變化規(guī)律，弄清自交與自由交配的區(qū)別，并結(jié)合“隱性純合致死”“出生后死亡”等關(guān)鍵詞進(jìn)行解答。 總之，在解此類題時(shí)，一定要仔細(xì)閱讀題目，搞清在什么范圍內(nèi)，求自交還是自由交配的概率，然后選擇合適的解題方法，得出正確的答案。