索隆拿着两把刀对着熊:自交和自由交配的区别、发生在植物与动物概率怎样计算?

概念

狭义的自交仅限于植物，指两性花的自花传粉，或者雌雄同株的一株植物上，雄花和雌花传粉，其实质就是参与融合的两性生殖细胞来自同一个体。广义的自交是指具有相同基因型的两个个体进行交配的遗传学实验。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1/4BB×BB、2/4Bb×Bb、1/4bb×bb三类。

自由交配是指种群内具有生殖能力的雌雄个体之间可以随机交配，不受基因型的限制。从理论上讲，在一个大的种群中，如果没有突变和迁移，只要个体间可以自由交配，这个种群经过一代就可以达到遗传平衡。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

F2（♀）

F2（♂）

1/4 BB

2/4 Bb

1/4 bb

1/4 BB

2/4 Bb

1/4 bb

[点拨] 该题的错误率较高的原因就是许多同学审题不够仔细，没有注意题目中的条件，而是按照子二代自交来处理了，但是果蝇的自由交配不仅包括基因型相同的自交，也包括基因型不同的个体之间的相互交配。F2中的灰身果蝇依据上题可以得知1/3AA，2/3Aa。自由交配的话，应该有多种组合方式：1/3AA×1/3AA，2/3Aa×2/3Aa，雌2/3Aa×雄1/3AA，雄2/3Aa×雌1/3AA，根据上述各种交配方式就可以计算推知灰身果蝇与黑身果蝇的比例为8：1。其实，本题可以采用一个简便的方法来计算，F2自由交配的后代中要出现黑身果蝇，只有一种组合的可能性，那就是2/3Aa×2/3Aa，所以在后代中黑身aa=2/3×2/3×1/4=1/9，其余为灰身8/9，两者相比为8：1。另外，本题也可以采用基因频率来计算，自由交配是指就是配子的自由组合，所以在F2中的灰身果蝇产生的配子中，A、a分别是2/3、1/3，所以黑身aa=1/3×1/3=1/9。

棋盘法解答此题：依据题意，灰身为显性性状，F1中无论雌、雄个体，都为灰身（Aa），F2代灰身蝇中，雌、雄都有AA、Aa、二种基因型，比例为1/3AA、2/3 Aa。因此让F2中灰身蝇自由交配，交配组合如下表所示：

F2（♀）

F2（♂）

1/3AA

2/3Aa

1/3AA

1/3AA×1/3AA

1/3AA×2/3Aa

2/3Aa

2/3Aa×1/3AA

2/3Aa×2/3Aa

因此可用棋盘法解答此题：

    F2♀配子

F2♂配子

2/3A

1/3 a

2/3A

4/9AA(灰)

2/9Aa(灰)

1/3 a

2/9Aa（灰）

1/9aa（黑）

 答案：D

  如果我们把题中条件改为“将F2中的灰身果蝇取出，让其自交，后代中灰身果蝇和黑身果蝇的比例又该是多少？”

解析如下表格：

代中灰身果蝇的基因型

1/3AA

2/3Aa

自交后代的基因型及比例

AA

1/4AA

1/2Aa

1/4aa

自交后代表现型及其比例

灰身果蝇（1/3）

灰身果蝇

（2/3╳1/4）

灰身果蝇

（2/3╳1/2）

黑身果蝇

（2/3╳1/4）

归类后自交后代中基因型比例

1/3+1/6=1/2AA

1/3Aa

1/6aa

归类后自交后代中表现型比例

灰身果蝇   1/2+1/3=5/6

黑身果蝇1/6

所以，将F2中的灰身果蝇取出，让其自交，后代中灰身果蝇和黑身果蝇的比例该是5∶1，和自由交配的结果是完全不同的，由此，我们不难看出，自交和自由（随机）交配是两个不同的概念。

自由交配和自交的计算

变式：纯种黄圆和绿皱的豌豆杂交（两对相对性状独立遗传），F2中黄圆个体自交，后代中纯合黄圆占多少？F2中黄圆个体自由交配（假设自由交配可行），后代中纯合黄圆又占多少？

方法：首先确定自由交配和自交的区别：自由交配是指种群中的雌雄个体能随机交配；自交是指植物的雄花花粉落到本植物的雌花柱头上完成受精过程。按照定义，确定自由交配、自交的杂交组合：F2中黄圆个体基因型有1/9YYRR、2/9 YyRR、2/9 YYRr、4/9 YyRr，自由交配的组合有

F2（♀）

F2（♂）

1/9YYRR

2/9 YyRR

2/9 YYRr

4/9 YyRr

1/9YYRR

2/9 YyRR

2/9 YYRr

4/9 YyRr

总共16种组合。自交组合有：2/9 YyRR×YyRR、2/9 YYRr× YYRr，4/9 YyRr×YyRr共3种组合。计算结果：

自交：

④1/9YYRR×YYRR=1/9YYRR

①2/9 YyRR×YyRR→2/9×1/4YY×1RR=1/18YYRR

②2/9 YYRr×YYRr→2/9×1YY×1/4RR=1/18YYRR

③4/9 YyRr×YyRr→4/9×1/4YY×1/4RR=1/36YYRR

自交后代中纯合黄圆占比例是：①+②+③+④=1/9+1/18+1/18+1/36=9/36。

作用：通过变式能有效的区分自由交配和自交的区别，特别是自由交配和自交中的亲本基因型的确定、“系数”的确定，计算子代基因型或表现型时怎样处理亲本基因型的“系数”问题以及计算规则分步则乘，分类则加等的区别。

例2 ．已知豌豆的的高茎（DD）和矮茎（dd）是一对相对性状，基因位于常染色体上。现有纯种高茎豌豆和纯种矮茎豌豆杂交得到F1，F1自交产生F2。让F2中的高茎豌豆自交，后代中高茎与矮茎的比例为（　　）

Ａ.7：１　　Ｂ.5：１　　Ｃ.３：１　　Ｄ.5：3

[点拨]用纯种的高茎豌豆（DD）和纯种的矮茎豌豆（dd）杂交得到的F1，F1的基因型为Dd；F1自交得到F2的基因型及其比例为DD：Dd：dd=1：2：1；所以F2中的高茎豌豆的基因型有2种：DD和Dd，比例为DD：Dd =1：2，其中DD占1/3，Dd占2/3，基因型DD自交的后代全是高茎（DD），基因型Dd自交的后代中DD：Dd：dd=1：2：1，因此就可以推出它们自交后代中高茎和矮茎豌豆的比例为5：1。   

  答案：B

例3  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

解析：这道试题的操作过程与例1完全相同，但因豌豆为自花授粉植物，所以让F2中黄粒植株自交就是自花授粉，交配组合只有两种：1/3（AA×AA）、2/3（Aa×Aa），求得F3中黄粒与绿粒之比为5：1，答案：C。

例4 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

解析：随机交配（自由交配）的后代，基因型频率和基因频率都不改变，而自交后代中，基因型频率改变，基因频率不改变。答案：C。

例5 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  42.5%  32.5%   55%   45%    B   55%  45%  55%  45%

C  42.5%  32.5%  45%   55%     D   55%  45%  45%  55%

解析：首先计算出该植物种群中A%=55%，a%=45%。该植物种群自交，交配组合有30%（AA×AA）、20%（aa×aa）、50%（Aa×Aa），后代中AA基因型个体的频率为：30%×1+50%×1/4=42.5%；aa基因型个体出现的频率为：20%×1+50%×1/4=32.5%；因为自交后代基因频率不变，所以后代中A%=55%，a%=45%。答案：A。

强化练习：

1．在果蝇中，灰身（B）对黑身（b）为显性，基因位于常染色体上，某雌雄个体数量相等，交配随机的培养瓶中，黑身果蝇占1%，则该瓶内，灰身杂合体个占该种群的（　　）

A．2%          B．10%          C．18%          D．90%

答案：C

2．某种群中，AA的个体占25％，Aa的个体占50％，aa的个体占25％。若种群中的个体自由交配，且aa的个体无繁殖能力，则子代中AA：Aa：aa的比值是

A．3：2：3      B．4：4：1      C．1：1：0        D．1：2：1

答案：B