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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，認為自由交配簡稱為自交。本文嘗試從概念、相關(guān)概率的計算、對種群基因頻率的影響和對種群基因型頻率的影響等方面進行比較和分析，希望對同學(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。 對動物而言，大多數(shù)為雌雄異體，雖有像蚯蚓等雌雄同體的低等動物，但為防止物種衰退現(xiàn)象，它們也通常進行異體受精。因此，在動物種群中，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體相互交配。若只考慮一個種群的一對等位基因B和b，種群中個體的基因型為BB、Bb、bb，則其包含的交配組合為BBBB、BbBb、bbbb三類。 2.自由交配又叫隨機交配，是指在一個有性繁殖的生物種群中，任何一個雌性或雄性個體與任何一個異性個體交配的機會均等。既有基因型相同的個體交配，也有基因型不同的個體交配，強調(diào)隨機性。 在間行種植的玉米種群中，隨機交配包括自交和雜交方式，對水稻、小麥等主要進行自花授粉的植物來說，隨機交配的概念不適用，而主要是自交。在動物種群中，隨機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，若只考慮一個種群的一對等位基因B和b，種群中個體的基因型為BB、Bb、bb，則其包含的交配組合為BBBB、BbBb、bbbb、BBBb、Bbbb、BBbb六類。 二、自交和自由交配對種群基因頻率的影響和對種群基因型頻率的影響 1.自交和自由交配對種群基因頻率的影響 在一個足夠大的種群中，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改變。例如：在一個Aa種群中，A=50%，a=50%，則該種群自交或者隨機交配，后代中A和a的基因頻率都不變，仍然是A=50%，a=50%。 2.自交和自由交配對種群基因型頻率的影響 同樣在一個足夠大的種群中，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)計算不能用基因頻率的知識! 例1．在一個種群中，基因型為AA的個體占50%，基因型為Aa的個體占20%，基因型為aa的個體占30%，假設(shè)各種基因型的個體存活率和繁殖率都相同，請計算下列問題： (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，種群的進化趨勢是 。從基因頻率 看是 ，而從基因型上看是 。 （3)基因型AA的個體占50%，自交后代全是AA的個體，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%。基因型Aa的個體占20%，進行自交后代有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，而生物進化的實質(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)這個種群如果連續(xù)自交多代,它的進化趨勢是種群沒有發(fā)生進化；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相對性狀，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算。設(shè)等位基因為A、a，依題意，灰身對黑身是顯性。 (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，則后代中黑身個體的比例為aa=(1/2)2=1/4，則后代中灰身個體的比例為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)的個體之間不是自由交配，故不能使用基因頻率的方法來計算。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，通過計算組合②③后代中黑身個體的概率，即得到aa=1/21/4+1/41=3/8，則灰身個體(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，后代中灰身個體(AA、Aa)的概率為1－3/8=5/8。答案選C。 (3) 因為是自由交配，所以計算方法可同(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單；②注意自交和自由交配時各種基因型出現(xiàn)的概率，如F2中Aa自交為1/4AaAa，而Aa自由交配為1/4Aa1/4Aa。因為自交時,某個體基因型是Aa的概率是1/4,當(dāng)它的基因型確定后,與之交配的個體(不論是同一個體還是相同基因型的個體),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)其中一個穿的衣服顏色確定后,另一個就一定是與他的相同了。自由交配則不同,兩個個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，以雜合體(Aa)的個體作材料進行遺傳實驗。請回答： 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而導(dǎo)致胚胎不能存活，請預(yù)期自交n代時，雜合體的比例是多少？ ⑶若讓基因型為Aa的個體自由交配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，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，則累計淘汰數(shù)=1/4+1/8+…+(1/2)n+1=(2n-1)/2n+1；而第n代時的雜合體為(1/2)n，因而，此時雜合體所占比例為(1/2)n/[1-(2n-1)/2n+1]，化簡為：2/(2n+1)[有的資料化簡為2/（2n+1-2n+1）]； ⑶自由交配時，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。 點評：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)鍵詞進行解答。 總之，在解此類題時，一定要仔細閱讀題目，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。