淺析“自交”與“自由交配”

【摘 要】 “自交”在教材中出現(xiàn)較多，學(xué)生好理解，“自由交配”只在第七章生物的進(jìn)化中出現(xiàn)過(guò)一次，并且教材中對(duì)其沒(méi)有任何解釋，相關(guān)習(xí)題也沒(méi)有，學(xué)生很難理解。而近年全國(guó)I卷、II卷、四川卷都出現(xiàn)了相關(guān)考題，學(xué)生錯(cuò)誤率較高，教學(xué)中很有必要補(bǔ)充相關(guān)內(nèi)容并強(qiáng)化訓(xùn)練。

【關(guān) 鍵 詞】 自交；自由交配；生物；基因型

“自交”在教材中出現(xiàn)較多，學(xué)生好理解，“自由交配”只在第七章生物的進(jìn)化中出現(xiàn)過(guò)一次，并且教材中對(duì)其沒(méi)有任何解釋，相關(guān)習(xí)題也沒(méi)有，學(xué)生很難理解，而近年全國(guó)Ｉ卷、ＩＩ卷、四川卷都出現(xiàn)了相關(guān)考題，學(xué)生錯(cuò)誤率較高，教學(xué)中很有必要補(bǔ)充相關(guān)內(nèi)容并強(qiáng)化訓(xùn)練。

一、什么是“自交”與“自由交配”

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

【例１】 假設(shè)某種群中，ＡＡ的個(gè)體占１０％，Ａａ的個(gè)體占２０％，ａａ的個(gè)體占７０％。

（1）若這個(gè)種群進(jìn)行自交，請(qǐng)推測(cè)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(gè)種群個(gè)體進(jìn)行自由交配（隨機(jī)交配），請(qǐng)推測(cè)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(qū)別及基因型頻率的計(jì)算。根據(jù)題意：

（1）種群有三種基因型的個(gè)體，根據(jù)“自交”的概念，其自交應(yīng)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(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)得：１５％ＡＡ、１０％Ａａ、７５％ａａ；

（2）方法１：種群有三種基因型的個(gè)體，根據(jù)“自由交配”的概念，其自由交配應(yīng)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(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)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(jiǎn)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(gè)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(jié)果再自交、自由交配將會(huì)怎樣呢？

從上表可以看出：①無(wú)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(jìn)化）；②自交使基因型頻率發(fā)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(guò)一代自由交配可達(dá)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(wěn)定即“哈代—溫伯格平衡”［1］：

二、“哈代－溫伯格平衡”

英國(guó)科學(xué)家哈代和德國(guó)醫(yī)生溫伯格分別在１９０８年和１９０９年獨(dú)立證明，如果一個(gè)種群符合下列條件：（１）種群是極大的；（２）種群內(nèi)個(gè)體交配是隨機(jī)的；（３）沒(méi)有突變產(chǎn)生。種群的基因頻率和基因型頻率就可以一代代穩(wěn)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(duì)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?yàn)樵谧匀唤缰校ㄟ^(guò)自然選擇導(dǎo)致種群的進(jìn)化是必然的，人工選擇也會(huì)打破這種平衡。

三、強(qiáng)化訓(xùn)練

【練習(xí)１】 已知果蠅的灰身（ＡＡ）和黑身（ａａ）是一對(duì)相對(duì)性狀，基因位于常染色體上。現(xiàn)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(chǎn)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(xí)２】 （２０１０全國(guó)ＩＩ卷）已知某環(huán)境條件下某動(dòng)物的ＡＡ和Ａａ的個(gè)體全部成活，ａａ個(gè)體在出生前會(huì)全部死亡。現(xiàn)有該種群的一個(gè)大群體，只有ＡＡ、Ａａ兩種基因型，其比例為１︰２，假設(shè)每對(duì)親本只交配一次且成功受孕，均為單胎，在上述環(huán)境條件下，理論上該種群隨機(jī)交配產(chǎn)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(xí)３】 某種群中，ＡＡ的個(gè)體占２５％，Ａａ的個(gè)體占５０％，ａａ的個(gè)體占２５％。若種群中的個(gè)體自由交配，且ａａ的個(gè)體無(wú)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(xí)４】 在果蠅中，灰身（Ａ）對(duì)黑身（ａ）為顯性，基因位于常染色體上，某雌雄個(gè)體數(shù)量相等，隨機(jī)交配的培養(yǎng)瓶中，黑身果蠅占１％，則該瓶?jī)?nèi)，灰身雜合體個(gè)占該種群的（ ）。

Ａ． ２％ Ｂ． １０％ Ｃ． １８％ Ｄ． ９０％

【練習(xí)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(lái)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(fù)。如果種子播種后抗病植株達(dá)到９０％就可以出售，請(qǐng)問(wèn)：經(jīng)過(guò)兩次選育所收獲的種子可以出售嗎？_______，因?yàn)開__________________。

強(qiáng)化訓(xùn)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(xiàn)】

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