生物讲义3(自交自由交配)--刘大鹏

13 自交、自由交配、连续自交并淘汰 自交：在遗传学上，动、植物交配方式有杂交和近交（近亲繁殖），其中近交是指有亲缘关系的个体相互交配，如同胞兄妹交、叔父侄女交、堂表兄妹交等。在各类近交中，亲缘关系最近的交配是自交，即同一个体产生的雌、雄配子相互结合产生下一代。自交的概念在植物和动物种群中的含义有所不同，这是解题的关键： 大多数植物没有性别分化，为雌雄同株单性花或两性花植物，像水稻、小麦等两性花植物，其自花授粉的过程就称为自交；而像玉米、黄瓜等单性花植物来说，自交是指同株异花授粉。所以自交的概念适用于植物，含义是自花授粉或雌雄同株的异花授粉。 对动物而言，大多数为雌雄异体，虽有像蚯蚓等雌雄同体的低等动物，但为防止物种衰退现象，它们也通常进行异体受精。因此，在动物种群中，若没特殊说明，自交的含义是指基因型相同的雌雄异体交配。 自交是指植物中的自花授粉和雌雄异花的同株授粉，广义的自交也可指基因型相同的个体相互交配。若只考虑一个种群的一对等位基因B和b，种群中个体的基因型为BB、Bb、bb，则其包含的交配组合为BB×BB、Bb×Bb、bb×bb三类。 自由交配：自由交配指在一种群中，不同基因型的个体之间都有交配机会且机会均等，既有基因型相同的个体交配，也有基因型不同的个体交配，强调随机性。在间行种植的玉米种群中，随机交配包括自交和杂交方式，对水稻、小麦等主要进行自花授粉的植物来说，随机交配的概念不适用，而主要是自交。在动物种群中，随机交配指基因型相同或不同的雌雄异体交配，交配组合数为理论应出现的数目。 自由交配又叫随机交配，是指在一个有性繁殖的生物种群中，任何一个雌性或雄性个体与任何一个异性个体交配的机会均等。若只考虑一个种群的一对等位基因B和b，种群中个体的基因型为BB、Bb、bb，则其包含的交配组合为BB×BB、Bb×Bb、bb×bb、BB×Bb、Bb×bb、BB×bb。

基因频率的计算 13

【1】某种群中，基因型为AA的个体有2 000个，基因型为Aa的个体有2 000个，基因型为aa的个体有6 000个。它们迁移到一个孤岛上自由交配繁衍。A基因在初始时的频率和繁衍两代(假设子代都存活)后的频率分别是 A．和 B．和 C．和 D．和

【2】纯种高茎豌豆和矮茎豌豆杂交，F1全为高茎，F1自交得F2，在F2中选出高茎豌豆，让其在自然状态下结实，后代中高茎与矮茎之比为 ，DD、Dd、dd三种基因型之比为 。 【3】两只灰身果蝇交配，子代中灰身∶黑身=3∶1，选出其中的灰身果蝇，全部使其自由交配，下一代果蝇中灰身与黑身的比例是 ，BB、Bb、bb三种基因型的概率依次为 。 【4】在一个种群中，基因型为AA的个体占50%，基因型为Aa的个体占20%，基因型为aa的个体占30%，假设各种基因型的个体存活率和繁殖率都相同，请计算下列问题： 1．该种群中，A和a的频率分别为 。 2．若该种群自交一代后，A和a的频率分别为 ，自交两代后，A和a的频率分别为 ；若该种群自由交配一代后，A和a的频率分别为 ，自由交配两代后，A和a的频率分别为 。 3．若该种群连续自交后，F1中AA、Aa、aa基因型的频率分别为 。F2中AA、Aa、aa基因型的频率分别为 。Fn中AA、Aa、aa基因型的频率分别为 。 4．若该种群自由交配，F1中AA、Aa、aa基因型的频率分别为 。F2中AA、Aa、aa基因型的频率分别为 。Fn中AA、Aa、aa基因型的频率分别为 。 2．自交和自由交配后代中，基因型频率变化

3．1连续自交与连续自交基因型频率计算：（见下图） 13

3．2．2随机交配淘汰隐性个体Aa基因型频率计算 方法一：用亲本的基因型频率计算子代的基因型频率 第一步：根据亲本基因型Aa，随机交配一代，得到F1的基因型频率AA=1/3，Aa =2/3。

第二步：根据F1的基因型频率，得到F2：

得到F2的基因型4/9AA 和4/9Aa，Aa基因型频率=1/2。

第三步：根据F2的基因型4/9AA 和4/9Aa，得到F3： 13

得到F3的基因型36/81AA 和24/81Aa，Aa基因型频率=2/5。

方法二：用基因频率计算子代的基因型频率 第一步：根据亲本基因型Aa，统计基因频率A为1/2，a为1/2，得到F1的基因型频率。

去除基因型为aa个体，得到F1的基因型1/3AA 和2/3Aa。

第二步：计算F1基因频率A为2/3，a为1/3，得到F2的基因型频率。

去除基因型为aa个体，得到F2的基因型4/9AA 和4/9Aa，Aa基因型频率=1/2。

第三步：计算F2基因频率A为3/4，a为1/4，得到F3的基因型频率。 13

去除基因型为aa个体，得到F3的基因型9/16AA 和6/16Aa，Aa基因型频率=2/5。

方法三：根据遗传平衡定律计算 如果一个种群符合下列条件：①种群是极大的；②种群个体间交配是随机的；③没有突变产生；④种群之间不存在个体的迁移或基因交流；⑤没有自然选择。那么，这个种群的基因频率（包括基因型频率）就可以一代代保持平衡，这就是哈代—温伯格定律，也称遗传平衡定律。公式可以表示为（p+q）2=p2+2pq+q2。其中p为显性基因频率，q为隐性基因频率。

第一步：根据亲本基因型Aa，A的基因频率p为1/2，a的基因频率q为1/2。 第二步：AA基因型频率为p2=1/4，Aa基因型频率为2pq=2×1/2×1/2=2/4，淘汰aa个体，统计F1基因频率A为2/3，a为1/3。

第三步：AA基因型频率为p2=4/9，Aa基因型频率为2pq=2×2/3×1/3=4/9，淘汰aa个体，统计F2基因频率A为3/4，a为1/4。

第四步：AA基因型频率为p2=9/16，Aa基因型频率为2pq=2×3/4×1/4=6/16，淘汰aa个体，统计F3基因频率A为4/5，a为1/5。

第五步：AA基因型频率为p2=16/25，Aa基因型频率为2pq=2×4/5×1/5=8/25，淘汰aa个体，统计F4基因频率A为5/6，a为1/6。

以此类推，当趋向于Fn时，A基因频率为（n+1）/（n+2），a基因频率为1/（n+2）。

本题F3中Aa基因型频率可用F2基因频率A=（2+1）/（2+2）=3/4，a=1/（2+2）=1/4来计算，获得AA基因型频率为p2=9/16，Aa基因型频率为2pq=2×3/4×1/4=6/16，淘汰aa个体，则F3中Aa基因型频率=（6/16）/[（9/16）+（6/16）]=2/5。 13

自交和自由交配产生的后代中，基因型频率却有不同。如Aa种群自交多代，AA、aa频率升高，而Aa频率趋进于0；而自由交配产生的后代，各种基因型出现的机率相等，因此自由交配不改变后代基因型频率。 3 常见习题例析 例1 已知果蝇的灰身和黑身是一对相对性状，基因位于常染色体上，将纯种的灰身和黑身蝇杂交得F1，F1全为灰身。让F1自由交配得到F2，将F2中灰身蝇取出，让其自由交配得F3，F3中灰、黑身蝇的比例为（ ） A 1：1 B 3：1 C 5：1 D 8：1 例2 豌豆种子的黄粒和绿粒是一对相对性状，基因位于常染色体上，将纯种的黄粒和绿粒豌豆杂交得F1全为黄粒。让F1自交得到F2，将F2中黄粒种子取出，种植所得的植株自交得F3，问F3中黄粒、绿粒的比例为（ ） A 1：1 B 3：1 C 5：1 D 8：1 例3 某植物种群中，AA个体占16%，aa个体占36%，该种群随机交配产生的后代中AA个体百分比、A基因频率和自交产生的后代中AA个体百分比、A基因频率的变化依次为（ ） A．增大，不变；不变，不变 B．不变，增大；增大，不变 C．不变，不变；增大，不变 D．不变，不变；不变，增大 例4 某植物种群中，AA基因型个体占30%，aa个体占20%，该种群植物自交，后代中AA、aa基因型个体出现的频率以及A、a基因频率分别为（ ） A % % 55% 45% B 55% 45% 55% 45% C % % 45% 55% D 55% 45% 45% 55% 【2】某动物种群中AA、Aa和aa的基因型频率分别为、和，请回答 （1）该种群中a基因的频率为_________． （2）如果该种群满足四个基本条件，即种群足够大、不发生_________、不发生_________、没有_________，且种群中个体间随机交配，则理论上该种群的子一代中aa的基因型频率为 _________． 13

（3）假定该动物种群满足上述四个基本条件，但不发生随机交配，只在相同基因型之间进行交配，则理论上该种群的子一代中AA、Aa和aa的基因型频率分别为 _________、_________ 、和 _________；如果子一代也同样只发生相同基因型之间的交配，其后代中AA、Aa和aa的基因型频率 _________（会或不会）发生改变． 【6】(2010天津理综, 7Ⅱ, 中)某地区从1964年开始使用杀虫剂杀灭蚊子幼虫, 至1967年中期停用。图是五年间蚊子幼虫基因型频率变化曲线。R表示杀虫剂抗性基因, S表示野生敏感型基因。据图回答:

(1)R基因的出现是 _________ 的结果。 (2)在RR基因型频率达到峰值时, RS、SS基因型频率分别为4%和1%, 此时R基因的频率为 _________ 。 (3)1969年中期RR基因型几近消失, 表明在 _________ 的环境条件下, RR基因型幼虫比SS基因型幼虫的生存适应能力 _________。 (4)该地区从此不再使用杀虫剂。预测未来种群中, 最终频率最高的基因型是 _________ , 原因是 _________ 。 自交与自由交配 自交是指基因型相同的个体杂交。自由交配是指某一群体个体之间的随机交配，交配个体的基因型可以相同也可以不同。自交属于自由交配的范畴。在群体之间自由交配的情况下可采用基因频率来计算。 例；已知果蝇的长翅和残翅是一对相对性状，控制这对性状的基因位于常染色体上，现让纯种的长翅果蝇和残翅果蝇杂交，Ｆ1全是长翅，Ｆ1自交产生Ｆ2，将Ｆ2的全部长翅果蝇取出，让其雌雄个体彼此间自由交配，则后代中长翅果蝇占（ ） A．2/3 B．５/６ C．８/９ D．15/16