淺析“自交”與“自由交配”

【摘 要】 “自交”在教材中出現較多，學生好理解，“自由交配”只在第七章生物的進化中出現過一次，并且教材中對其沒有任何解釋，相關習題也沒有，學生很難理解。而近年全國I卷、II卷、四川卷都出現了相關考題，學生錯誤率較高，教學中很有必要補充相關內容并強化訓練。

【關 鍵 詞】 自交；自由交配；生物；基因型

“自交”在教材中出現較多，學生好理解，“自由交配”只在第七章生物的進化中出現過一次，并且教材中對其沒有任何解釋，相關習題也沒有，學生很難理解，而近年全國Ｉ卷、ＩＩ卷、四川卷都出現了相關考題，學生錯誤率較高，教學中很有必要補充相關內容并強化訓練。

一、什么是“自交”與“自由交配”

“自交”是指基因型相同的個體雜交，如植物中指自花受粉或雌雄異花同株受粉、動物則指基因型相同的個體雜交。“自由交配”（隨機交配）是指某一群體個體之間的隨機交配，交配個體的基因型可以相同也可以不同。“自交”與“自由交配”的結果到底有什么不同呢？

【例１】 假設某種群中，ＡＡ的個體占１０％，Ａａ的個體占２０％，ａａ的個體占７０％。

（1）若這個種群進行自交，請推測他們下一代中各種基因型的比例是：ＡＡ占______、Ａａ占______、ａａ占______。

⑵若這個種群個體進行自由交配（隨機交配），請推測他們下一代中各種基因型的比例：ＡＡ占______、Ａａ占______、ａａ占______。

解析：本題考查了自交和自由交配的區別及基因型頻率的計算。根據題意：

（1）種群有三種基因型的個體，根據“自交”的概念，其自交應包括：①１０％ＡＡ自交→１０％ＡＡ；②２０％Ａａ自交→５％ＡＡ＋１０％Ａａ＋５％ａａ；③７０％ａａ自交→７０％ａａ，將①、②、③的結果進行統計得：１５％ＡＡ、１０％Ａａ、７５％ａａ；

（2）方法１：種群有三種基因型的個體，根據“自由交配”的概念，其自由交配應包括：①１０％ＡＡ×１０％ＡＡ→１％ＡＡ；②２０％Ａａ×２０％Ａａ→１％ＡＡ＋２％Ａａ＋１％ａａ；③７０％ａａ×７０％ａａ→４９％ａａ；④１０％ＡＡ♀×♂２０％Ａａ→１％ＡＡ＋１％Ａａ；⑤１０％ＡＡ♂×♀２０％Ａａ→１％ＡＡ＋１％Ａａ；⑥２０％Ａａ♀×♂７０％ａａ→７％ Ａａ ＋７％ ａａ；⑦２０％Ａａ♂×♀７０％ａａ→７％ Ａａ ＋７％ ａａ；⑧１０％ＡＡ♀×♂７０％ ａａ→７％ Ａａ；⑨１０％ＡＡ♂×♀７０％ ａａ→７％ Ａａ，將①②③④⑤⑥⑦⑧⑨的結果進行統計得：４％ＡＡ、３２％Ａａ、６４％ａａ。

方法２：先求基因頻率再求基因型頻率，在１０％ＡＡ、２０％Ａａ、７０％ａａ的種群中，Ａ基因頻率為２０％、ａ基因頻率為８０％，該種群自由交配的后代，ＡＡ＝２０％×２０％＝４％、Ａａ＝２×２０％×８０％＝３２％、ａａ＝８０％×８０％＝６４％。

答案：（1）１５％、１０％、７５％；（2）４％、３２％、６４％。

從上述解析可看出：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的表示，如１０％ＡＡ自交為１０％ＡＡ×ＡＡ，而１０％ＡＡ自由交配為１０％ＡＡ×１０％ＡＡ，不同基因型的個體自由交配包括正交和反交。

如果將上述自交、自由交配的結果再自交、自由交配將會怎樣呢？

從上表可以看出：①無論是自交還是自由交配，種群中的基因頻率都不改變（不能使生物進化）；②自交使基因型頻率發生改變；③自由交配在平衡前基因型頻率要改變，平衡后（通過一代自由交配可達到平衡）基因型頻率就不改變了，其后代基因型頻率和基因頻率都保持了穩定即“哈代—溫伯格平衡”［1］：

二、“哈代－溫伯格平衡”

英國科學家哈代和德國醫生溫伯格分別在１９０８年和１９０９年獨立證明，如果一個種群符合下列條件：（１）種群是極大的；（２）種群內個體交配是隨機的；（３）沒有突變產生。種群的基因頻率和基因型頻率就可以一代代穩定不變，保持平衡，這就是遺傳平衡定律，也稱“哈代—溫伯格平衡”。

遺傳平衡定律可以寫成（ｐ＋ｑ）２＝ｐ２＋２ｐｑ＋ｑ２＝１。Ｐ代表顯性基因的頻率，ｑ代表隱性基因的頻率，ｐ２代表顯性純合體的基因型頻率，ｑ２代表隱性純合體的基因型頻率，２ｐｑ代表含一對等位基因的雜合體的基因型頻率。

注意：遺傳平衡指的是理想的種群。在自然條件下，這樣的種群是不存在的。因為在自然界中，通過自然選擇導致種群的進化是必然的，人工選擇也會打破這種平衡。

三、強化訓練

【練習１】 已知果蠅的灰身（ＡＡ）和黑身（ａａ）是一對相對性狀，基因位于常染色體上。現有純種灰身果蠅和純種黑身果蠅雜交，Ｆ１全為灰身。Ｆ１自由交配產生Ｆ２。將Ｆ２中的灰身果蠅取出，讓其自由交配，后代中灰身果蠅與黑身果蠅的比例為（ ）。

Ａ． １︰１ Ｂ． ５︰１ Ｃ． ３︰１ Ｄ． ８︰１

【練習２】 （２０１０全國ＩＩ卷）已知某環境條件下某動物的ＡＡ和Ａａ的個體全部成活，ａａ個體在出生前會全部死亡。現有該種群的一個大群體，只有ＡＡ、Ａａ兩種基因型，其比例為１︰２，假設每對親本只交配一次且成功受孕，均為單胎，在上述環境條件下，理論上該種群隨機交配產生的第一代中ＡＡ和Ａａ的比例是（ ）。

Ａ． １︰１ Ｂ． １︰２ Ｃ． ２︰１ Ｄ. ３︰１

【練習３】 某種群中，ＡＡ的個體占２５％，Ａａ的個體占５０％，ａａ的個體占２５％。若種群中的個體自由交配，且ａａ的個體無繁殖能力，則子代中ＡＡ︰Ａａ︰ａａ的比值是（ ）。

Ａ． ３︰２︰３ Ｂ． ４︰４︰１

Ｃ． １︰１︰０ Ｄ． １︰２︰１

【練習４】 在果蠅中，灰身（Ａ）對黑身（ａ）為顯性，基因位于常染色體上，某雌雄個體數量相等，隨機交配的培養瓶中，黑身果蠅占１％，則該瓶內，灰身雜合體個占該種群的（ ）。

Ａ． ２％ Ｂ． １０％ Ｃ． １８％ Ｄ． ９０％

【練習５】 小麥稈銹病的抗性由顯性基因控制，一種子公司想用Ａａ的抗稈銹病小麥為親本，采用逐代自交的方法來選育合符大田推廣的種子。具體做法：將Ａａ自交，子代中，淘汰患病植株，保留正常植株再自交，如此重復。如果種子播種后抗病植株達到９０％就可以出售，請問：經過兩次選育所收獲的種子可以出售嗎？_______，因為___________________。

強化訓練答案：１． Ｄ；２． Ａ；３． Ｂ；４． Ｃ；５． 可以，所得種子抗病率為９０％。■

【參考文獻】

［１］ 劉祖洞，江紹慧． 遺傳學（下）［Ｍ］． 北京：高等教育出版社，１９７９：２５７．