自交與自由交配的比較辨析
自交和自由交配的區別是什麼?發生在植物與動物概率怎樣計算?下面是小編為大家整理的，供大家分享。
本文通過定義比較辨析，計算過程比較辨析，及頻率比較辨析，得出瞭解決自交與自由交配在高中生物遺傳學中相關計算問題的正確思路和方法。
1 定義辨析
1.1自交
基因型相同的個體交配。
大多數植物沒有性別分化，為雌雄同株單性花或兩性花植物，像水稻、小麥等兩性花植物，其自花授粉的過程就稱為自交;而像玉米、黃瓜等單性花植物來說，自交是指同株異花授粉。所以自交的概念適用於植物，含義是自花授粉或雌雄同株的異花授粉。
對動物而言，大多數為雌雄異體，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。
比如在一個群體中一對等位基因***用A、a表示***的自交組合有哪些?
解析：在一個群體中一對等位基因***用A、a表示***的基因型有AA、Aa、aa三種，三種基因型中分別有相應的雌雄個體。因此根據自交定義有：♂AA ×♀AA ，♂Aa ×♀Aa，♂aa ×♀aa三種組合方式。
1.2自由交配
自由交配指在一群體中，不同的個體之間都有交配機會且機會均等，即有基因型相同的個體交配，也有基因型不同的個體交配，強調隨機性。
在間行種植的玉米種群中，自由交配包括自交和雜交方式。對水稻、小麥、豌豆等主要進行自花授粉的植物來說，自然狀態下自由交配的概念不適用，而主要是自交，在人為條件下可以進行自由交配。
在動物種群中，自由交配指基因型相同或不同的雌雄異體交配。
比如在一個群體中一對等位基因***用A、a表示***的自由交配組合有哪些?
解析：在一個群體中一對等位基因***用A、a表示***的基因型有AA、Aa、aa三種，三種基因型中分別有相應的雌雄個體。因此根據自由交配定義有如下九種交配組合：
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♀AA |
♀Aa |
♀aa |
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♂AA |
♂AA ×♀AA |
♂AA ×♀Aa |
♂AA ×♀aa |
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♂Aa |
♂Aa ×♀AA |
♂Aa ×♀Aa |
♂Aa ×♀aa |
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♂aa |
♂aa ×♀AA |
♂aa ×♀Aa |
♂aa ×♀aa |
2 計算過程辨析
2.1自交
例1 已知一批基因型為DD與Dd的豌豆種子，其數目之比為1：2，將這批種子種下，自然狀態下***假設結實率相同***其子一代中基因型為DD、Dd、dd的種子數之比為*** ***
A.3:2:1 B.1:2:1 C.3:5:1 D.4:4:1
解：豌豆的基因型及比例為1/3DD、2/3Dd，且是自花授粉植物，因此自然條件下為自交，既：
1/3DD×DD →1/3***DD×DD*** →1/3DD
2/3Dd×Dd →2/3***Dd×Dd*** →2/3***1/4DD、2/4Dd、1/4dd***
故 :1/3 :1/6=3:2:1
要注意的是：自交時為什麼不寫成1/3DD×1/3DD而寫成1/3DD×DD，是因為這個群體中基因型為DD的比例為1/3，所以其自交結果所佔的比例仍為1/3***DD×DD***，也就是說這個群體中基因型為DD自交結果佔總的1/3，Dd的自交結果佔總的2/3***Dd×Dd***。
2.2自由交配
例2 老鼠的皮毛黃色***A***對灰色***a***顯性，是由常染色體上的一對等位基因控制。有一位遺傳學家在實驗中發現含顯性基因***A***的精子和含顯性基因***A***的卵細胞不能結合。如果黃鼠與黃鼠***第一代***交配得到第二代，第二代老鼠自由交配一次得到第三代，那麼在第三代中黃鼠所佔的比例是*** ***
A.4/9 B.1/2 C.5/9 D.1
解：由題意含顯性基因***A***的精子和含顯性基因***A***的卵細胞不能結合，則黃鼠的基因型不存在AA,因此F1黃鼠基因型為雜合Aa，從而推知其後代的基因型和表現型及比例。
F1 黃鼠
Aa
↓×
F2 1/4AA 2/4Aa 1/4aa
不存在 存在 存在
故F2代老鼠的基因型有Aa、aa，其比例分別為：
Aa/***Aa+aa***=2/4/***2/4+1/4***=2/3 aa/***Aa+aa***=1/3
特別要注意的是，此時應重新計算Aa、aa的比例，因為Aa、aa的比例範圍與之前不同。
F2代自由交配得到F3代，可用以下方法解題：
方法1：基因型法
由於皮毛黃色和灰色這對相對性狀是由常染色體上的一對等位基因控制，可知每種基因型的個體中雌雄個體數量應相等，即各佔一半。
則F2 2/3Aa ***♂1/3Aa 、♀1/3Aa ***
1/3aa ***♂1/6aa 、♀1/6aa ***
在F2代雄鼠的基因型有Aa、aa，其所佔比例分別為：
♂Aa/***♂Aa+♂aa***=1/3/***1/3+1/6***=2/3 ♂aa/***♂Aa+♂aa***=1/3
同理可推知：F2代雌鼠Aa佔2/3、aa佔1/3。
這樣F2中雌雄老鼠的基因型如下表示：
F2：♂ 2/3Aa 、♂1/3 aa ♀ 2/3Aa 、♀1/3aa
因此F2代老鼠自由交配就有四種組合方式：
♂2/3Aa ×♀2/3 Aa →2/3× 2/3***Aa×Aa*** →4/9***1/4AA、2/4Aa、1/4aa***
♂2/3Aa ×♀1/3 aa →2/3× 1/3***Aa×aa*** →2/9***1/2Aa、1/2aa***
♂1/3aa ×♀2/3 Aa →1/3× 2/3***aa×Aa*** →2/9***1/2Aa、1/2aa***
♂1/3aa ×♀1/3 aa →1/3× 1/3***aa×aa*** →1/9aa
從而得到F3代： AA：4/9×1/4=1/9 不存在
Aa：4/9×2/4+2/9×1/2+2/9×1/2=4/9 存在
aa：4/9×1/4+2/9×1/2+2/9×1/2+1/9=4/9 存在
Aa/***Aa+aa***=4/9/***4/9+4/9***=1/2
故在第三代中黃鼠所佔的比例是1/2。
方法2：配子法
同方法1可知：
F2：♂ 2/3Aa 、1/3 aa ♀ 2/3Aa 、 1/3 aa
根據基因分離定律可知雄果蠅中能產生A、a雄配子的概率為：
♂***A：2/3×1/2A=1/3A a：2/3×1/2a+1/3×1a=2/3a***
雌果蠅中能產生A、a雌配子的概率為：♀*** 1/3A、2/3a***
F2代老鼠自由交配，即雌雄配子自由結合：
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♂配子 ♂配子 ♀配子 |
1/3A |
2/3a |
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1/3A |
1/9AA 不存在 |
2/9Aa |
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2/3a |
2/9Aa |
4/9aa |
故在第三代中黃鼠所佔的比例是***2/9+2/9***/***2/9+2/9+4/9***=1/2。
方法3：遺傳平衡定律法***即哈迪-溫伯格定律***
由上可知F2代老鼠的基因型及比例分別為2/3Aa、1/3aa，在一個理想的種群中個體間自由交配，其遵循遺傳平衡定律***p+q***2 =p2+2pq+q2=1,若親本產生A的基因頻率為P，產生a的基因頻率為q，則子代基因型及比值為AA=p2、Aa=2pq、aa=q2。
F2老鼠的基因型及比值為2/3Aa、1/3aa，則A的基因頻率為2/3×1/2=1/3，a的基因頻率為1/3+2/3×1/2=2/3，則F3代中基因型AA=***1/3***2***不存在***、Aa=2×1/3×2/3=4/9、aa=***2/3***2
故在第三代中黃鼠所佔的比例是4/9/***4/9+4/9***=1/2。
通過比較發現應用配子法或遺傳平衡定律法解自由交配型別的題簡便，快速且準確，比如下面例題。
例3 某種昆蟲的性染色體組成為 XY型，紅眼雌果蠅***XBXb***與白眼雄果蠅***XbY***交配得F1，讓F1代雌雄個體自由交配，則F2代中白眼個體所佔的比例為?
配子法：
F1：雌果蠅：1/2XBXb 1/2XbXb 雄果蠅：1/2XBY 1/2 XbY
雌配子： 1/4XB 3/4Xb 雄配子： 1/4XB 1/4Xb 1/2Y
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♂配子 ♂配子 ♀配子 |
1/4XB |
3/4Xb |
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1/4XB |
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1/4Xb |
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3/16XbXb |
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1/2Y |
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3/8XbY |
F2代中白眼個體所佔的比例為9/16。
3 自交和自由交配後代相關頻率變化的辨析
3.1基因頻率的變化
在一個大的種群中，如果沒有突變，也沒有任何自然選擇的影響，那麼無論是生物自交還是自由交配，種群的基因頻率都不改變。
例如：在一個Aa種群中，A=1/2，a=1/2，則該種群自交或者隨機交配，後代中A和a的基因頻率都不變，仍然是A=1/2，a=1/2。
3.2基因型頻率的變化
自交和自由交配產生的後代中，基因型頻率卻有不同。
如一個理想群體，Aa自交多代，AA、aa頻率升高，而Aa頻率趨進於0;而自由交配產生的後代，各種基因型出現的機率相等，因此自由交配不改變後代基因型頻率。
做題時，要注意審題，注意豌豆、水稻、小麥等為自花授粉植物，自然條件下為自交型別。注意題幹中自交，隨機交配，自由交配等相關字眼。雌雄異花植物自然條件下為自由交配型別。動物交配大都為自由交配型別。解決自由交配型別的方法中，配子法和遺傳平衡定律法較簡單，優先選擇。
自交與自由交配的區別
自交，是指來自同一個體的雌雄配子的結合或具有相同基因型個體間的交配，泛指種群中相同基因型個體互相交配***狹義上指植物自花傳粉等***。我們今天只討論雜合子自交的例子。
自由交配，指種群中任一個體都能隨機與任一異性個體交配***包括自交和雜交的正反交***。
為了更好的區分自交和自由交配，王老師舉一個例子：
加入控制某種形狀的基因為A和a，其中基因型為Aa的雄性個體和基因型為Aa的雌性個體雜交，稱之為自交;基因型為Aa的雄性個體分別和基因型為aa、Aa、AA的個體雜交，稱之為自由交配。
對於雜合子自交，第n代個體中，雜合子的比例為1/2n，純合子的比例為1-1/2n，純合子共兩種，單一某種純合子的比例為***1-1/2n***/2，之前王老師和大家探討過雜合子自交的規律，不再重複，需要的同學可以自行檢視。
自由交配如果符合哈代溫伯格定律的話，使用哈代溫伯格定律做題解答會比較方便、快捷。
關於哈代溫伯格定律的應用，請點選下面連結檢視，這裡我們也不再重複。
哈迪-溫伯格定律在高中生物中的應用和拓展
我們來看兩個關於自交和自由交配的例題。
【例1】小麥的抗鏽對感鏽為顯性，讓雜合抗鏽病小麥連續自交，F5播種後淘汰感鏽病型別，則長出的抗鏽病植株中純合子佔
A、31/33
B、31/32
C、31/64
D、31/66
【分析】
雜合子連續自交，後代中雜合子所佔比例逐代減少，到n代，則雜合子有2的n次方分之一***1/2n***，顯性純合子與隱性純合子各有***1-1/2n***/2。所以在淘汰隱性純合子之後，顯性純合子在全部植株中所佔比例為：
[***1-1/2n***/2]/[***1-1/2n***/2+***1/2n***]=***2n-1***/***2n+1***
例1中n=5，則顯性純合子所佔比例為31/33。
【例2】小麥的抗鏽對感鏽為顯性。讓雜合抗鏽病小麥連續自交併逐代淘汰感鏽病型別，F5播種後長出的植株中抗鏽病純合子所佔比例為
A、31/33
B、31/34
C、31/64
D、31/66
【分析】
乍一看，你可能會以為這跟例1是相同的問題。仔細分析，才能發現兩者的不同。例2與例1的不同的地方，就是F5尚未淘汰隱性純合子。前面的4代還是與例1進行相同處理的。我們可以先計算到F4，然後再分析F4自交產生的F5的情況。
按照例1的結論，F4中淘汰掉隱性純合子以後，顯性純合子所佔比例為15/17，雜合子所佔的比例為2/17。F4自交，純合子的後代仍然是純合子;雜合子自交後代發生分離：1/4的為顯性純合子，1/2的雜合子，1/4的隱性純合子。因此F5中顯性純合子所佔比例為：15/17+2/17×1/4=31/34。
推廣到一般情況，雜合子連續自交，逐代淘汰隱性型別，到第n代長出的植株中，顯性純合子所佔的比例為：***2n-1***/***2n+2***。