熱點微專題02 由一道高考題深入探究自交和自由交配（解析版）

由一道高考題探究自交和自由交配“自交”與“自由交配”是高中生物遺傳概率計算的一個重、難點，在多地區(qū)的高考中都曾考查過，所以有必要對兩者進行一次全方位的探究，以便讓學生發(fā)現(xiàn)并掌握解決此類問題的規(guī)律和方法?！铩菊n題引入】(2022·湖南·高考真題節(jié)選)中國是傳統(tǒng)的水稻種植大國，有一半以上人口以稻米為主食。在培育水稻優(yōu)良品種的過程中，發(fā)現(xiàn)某野生型水稻葉片綠色由基因C控制。突變型1葉片為黃色，由基因C突變?yōu)镃1所致，基因C1純合幼苗期致死。突變型1連續(xù)自交3代，F(xiàn)3成年植株中黃色葉植株占______。參考答案：2/9★【概念辨析】自交是一種特殊的交配類型，有兩種維度的理解。傳統(tǒng)意義的自交僅限于植物，指的是植物兩性花的白花傳粉和雌雄同株植物的異花傳粉。而廣泛意義的自交是指具有相同基因型的個體進行的交配。既可以是植物，也可以是動物。但由于基因型必須相同，故自交只能用于求解位于常染色體上基因的遺傳。自由交配(或隨機交配)，是指群體中有生殖能力的個體可隨機進行交配?？梢允侵参?，也可以是動物?；蛐拖嗤暮突蛐筒煌膫€體之間都要進行自由交配，所以既可以解位于常染色體上基因的遺傳，也可以解位于性染色體上基因的遺傳。★【模型構建】以2013年山東高考題第6題構建相關自交和自由交配數(shù)學模型(2013·山東)用基因型為Aa的小麥分別進行連續(xù)自交、隨機交配、連續(xù)自交并逐代淘汰隱性個體、隨機交配并逐代淘汰隱性個體，根據(jù)各代Aa基因型頻率繪制曲線如圖。下列分析錯誤的是()A．曲線Ⅱ的F3中Aa基因型頻率為0.4B．曲線Ⅲ的F2中Aa基因型頻率為0.4C．曲線Ⅳ的Fn中純合子的比例比上一代增加(1/2)n＋1D．曲線Ⅰ和Ⅳ的各子代間A和a的基因頻率始終相等解析：①雜合子Aa連續(xù)自交n代，自交結果數(shù)學模型如右圖所示：由模型可知雜合子Aa連續(xù)自交n代，雜合子比例為(eq\f(1,2))n，純合子比例為1－(eq\f(1,2))n，顯性純合子比例＝隱性純合子比例＝[1－(eq\f(1,2))n]×eq\f(1,2)。連續(xù)自交的結果是純合子所占的比例越來越大，雜合子所占的比例越來越小，連續(xù)自交的F1－F5的Aa的基因型頻率分別是1/2、1/4、1/8、1/16、1/32。連續(xù)自交不存在選擇，所以A和a的基因頻率都不會改變。故連續(xù)自交---對應曲線Ⅳ。②親本雜合子Aa隨機交配得F1，雜合子比例為1/2，顯性純合子比例為1/4，隱性純合子比例為1/4，隨機交配不存在選擇，所以A和a的基因頻率不會改變，得到的雜合子F1－F5的Aa的基因型頻率不變始終為1/2。故隨機交配---對應曲線Ⅰ。③連續(xù)自交并逐代淘汰隱性個體---對應曲線④隨機交配并逐代淘汰隱性個體---對應曲線③連續(xù)自交并逐代淘汰隱性個體---對應曲線

Ⅲ④隨機交配并逐代淘汰隱性個體---對應曲線Ⅱ結合四個數(shù)學模型分析，本題答案應選C?！練w納拓展】自由交配問題的三種分析方法：如某種生物的基因型AA占1/3，Aa占2/3，個體間可以自由交配，求后代中基因型和表型的概率。①列舉法基因型(/♀)1/3AA2/3Aa1/3AA1/9AA1/9AA、1/9Aa2/3Aa1/9AA、1/9Aa1/9AA、2/9Aa、1/9aa結果：子代基因型及概率為4/9AA、4/9Aa、1/9aa，子代表型及概率為(4/9＋4/9)A_、1/9aa②配子法子代基因型及概率為4/9AA、4/9Aa、1/9aa，子代表型及概率為8/9A_、1/9aa。③遺傳平衡法先根據(jù)“一個等位基因的頻率＝它的純合子基因型頻率＋(1/2)雜合子基因型頻率”推知，子代中A的基因頻率＝1/3＋(1/2)×(2/3)＝2/3，a的基因頻率＝1－(2/3)＝1/3。然后根據(jù)遺傳平衡定律可知，aa的基因型頻率＝a基因頻率的平方＝(1/3)2＝1/9，AA的基因型頻率＝A基因頻率的平方＝(2/3)2＝4/9，Aa的基因型頻率＝2×A基因頻率×a基因頻率＝2×2/3×1/3＝4/9。子代表型及概率為8/9A_、1/9aa?！铩菊n堂鞏固】1、閉花受粉植物甲，高莖和矮莖分別受A和a基因控制(完全顯性)；雌雄同株異花植物乙，其籽粒的顏色黃色與白色分別由Y和y基因控制(完全顯性)。兩者的遺傳均遵循孟德爾定律。自然狀態(tài)下，間行種植基因型為AA、Aa的植物甲(兩者數(shù)量之比是1∶2)和間行種植基因型為YY、Yy的植物乙(兩者數(shù)量之比是1∶2)。下列敘述不正確的是()A、植物甲的F1中雜合子所占的比例為1/3B、植物乙的F1中白色籽粒所占的比例為1/9C、植物乙的F1黃色籽粒中純合子所占的比例為1/2D、若植物甲含有a的配子1/2致死，則F1中矮莖個體所占的比例為1/9參考答案：D解析：植物甲閉花受粉，自然狀態(tài)下為自交，間行種植基因型為AA、Aa的植物甲(兩者數(shù)量之比是1∶2)，F(xiàn)1中雜合子所占的比例為2/3×1/2＝1/3，A正確；植物乙為雌雄同株異花，間行種植基因型為YY、Yy的植物乙(兩者數(shù)量之比是1∶2)，植物乙為自由交配，種群中產(chǎn)生y雌雄配子的概率均為1/3，植物乙的F1中白色籽粒所占的比例為1/9，B正確；植物乙自由交配，種群中產(chǎn)生Y雌雄配子的概率均為2/3，種群中產(chǎn)生y雌雄配子的概率均為1/3，植物乙的F1中YY占4/9，表現(xiàn)為黃色，Yy占4/9，表現(xiàn)為黃色，yy占1/9表現(xiàn)為白色，所以，黃色籽粒中純合子所占的比例為1/2，C正確；若植物甲含有a的配子1/2致死，則Aa產(chǎn)生配子A∶a＝2∶1，則F1中矮莖個體aa占2/3×1/3×1/3＝2/27，D錯誤。2、將基因型為Aa的玉米自交一代的種子全部種下待其長成幼苗人工去掉隱性個體并分成兩組，一組全部讓其自交：二組讓其自由傳粉，一、二組的植株上aa基因型的種子所占比例分別為()A、1/9、1/6B、3/8、1/9C、1/6、5/12D、1/6、1/9參考答案：D解析：基因型為Aa的玉米，其自交一代的種子的基因型及其比例為AA∶Aa∶aa＝1∶2∶1。將其全部種下，待其長成幼苗、人工去掉隱性個體后，留存下來的個體的基因型為1/3AA，2/3Aa。將留存下來的個體分成兩組，一組全部讓其自交，則植株上aa基因型的種子所占比例為2/3×1/4aa＝1/6aa；二組讓其自由傳粉，二組的群體中產(chǎn)生的雌配子和雄配子各為2種：2/3A、1/3a，則植株上aa基因型的種子所占比例為1/3a×1/3a＝1/9aa。綜上分析，A、B、C三項均錯誤，D項正確。3、(2015·山東·高考真題)玉米的高稈(H)對矮稈(h)為顯性?，F(xiàn)有若干H基因頻率不同的玉米群體，在群體足夠大且沒有其他因素干擾時，每個群體內(nèi)隨機交配一代后獲得F1。各F1中基因型頻率與H基因頻率(p)的關系如圖所示。下列分析錯誤的是()A、0＜p＜1時，親代群體都可能只含有純合子B、只有p＝b時，親代群體才可能只含有雜合子C、p＝a時，顯性純合子在F1中所占的比例為1/9D、p＝c時，F(xiàn)1自交，子代中純合子所占比例為5/9參考答案：D解析：該群體的基因頻率符合遺傳平衡定律。當親代只有HH和hh存在時，由于其基因型的頻率不同，p的值也不同，取值范圍為0<p<1，A項正確；若親代只有雜合子，則H、h的基因頻率均為1/2，F(xiàn)1中HH、Hh、hh的基因型頻率分別為1/4、1/2、1/4，對應題圖中b點，B項正確；當p=a時，由題圖可知，Hh的基因型頻率=hh的基因型頻率，根據(jù)遺傳平衡定律，可知2a(1-a)=(1-a)(1-a)，解得a=1/3，F(xiàn)1中顯性純合子的比例為a×a=1/9，C項正確；當p=c時，HH的基因型頻率=Hh的基因型頻率，根據(jù)遺傳平衡定律可知c×c=2c(1-c)，解得c=2/3，則F中，HH=4/9、Hh=4/9、hh=1/9；F1自交，其子代雜合子Hh=4/9×1/2=2/9，純合子所占比例為1-2/9=7/9，D項錯誤。4、(2022·山東·高考真題)家蠅Y染色體由于某種影響斷成兩段，含s基因的小片段移接到常染色體獲得XY'個體，不含s基因的大片段丟失。含s基因的家蠅發(fā)育為雄性，只含一條X染色體的雌蠅胚胎致死，其他均可存活且繁殖力相同。M、m是控制家蠅體色的基因，灰色基因M對黑色基因m為完全顯性。如圖所示的兩親本雜交獲得F1，從F1開始逐代隨機交配獲得Fn。不考慮交換和其他突變，關于F1至Fn，下列說法錯誤的是()A、所有個體均可由體色判斷性別 B、各代均無基因型為MM的個體C、雄性個體中XY'所占比例逐代降低 D、雌性個體所占比例逐代降低參考答案：D解析：含有M的個體同時含有s基因，即雄性個體均表現(xiàn)為灰色，雌性個體不會含有M，只含有m，故表現(xiàn)為黑色，因此所有個體均可由體色判斷性別，A正確；含有Ms基因的個體表現(xiàn)為雄性，基因型為MsMs的個體需要親本均含有Ms基因，而兩個雄性個體不能雜交，B正確；親本雌性個體產(chǎn)生的配子為mX，雄性親本產(chǎn)生的配子為XMs、Ms0、Xm、m0，子一代中只含一條X染色體的雌蠅胚胎致死，雄性個體為1/3XXY’（XXMsm）、1/3XY’（XMsm），雌蠅個體為1/3XXmm，把性染色體和常染色體分開考慮，只考慮性染色體，子一代雄性個體產(chǎn)生的配子種類及比例為3/4X、1/40，雌性個體產(chǎn)生的配子含有X，子二代中3/4XX、1/4X0；只考慮常染色體，子二代中1/2Msm、1/2mm，1/8mmX0致死，XXmm表現(xiàn)為雌性，所占比例為3/7，雄性個體3/7XXY’（XXMsm）、1/7XY’（XMsm），即雄性個體中XY'所占比例由1/2降到1/4，逐代降低，雌性個體所占比例由1/3變?yōu)?/7，逐代升高，C正確，D錯誤。5、(2021·山東·高考真題節(jié)選)番茄是雌雄同花植物，可自花受粉也可異花受粉。M、m基因位于2號染色體上，基因型為mm的植株只產(chǎn)生可育雌配子，表現(xiàn)為小花、雄性不育?；蛐蜑镸M、Mm的植株表現(xiàn)為大花、可育。R、r基因位于5號染色體上，基因型為RR、Rr、rr的植株表現(xiàn)型分別為：正常成熟紅果、晚熟紅果、晚熟黃果。細菌中的H基因控制某種酶的合成，導入H基因的轉基因番茄植株中，H基因只在雄配子中表達，噴施萘乙酰胺（NAM）后含H基因的雄配子死亡。不考慮基因突變和交叉互換。(1)基因型為Mm的植株連續(xù)自交兩代，F(xiàn)2中雄性不育植株所占的比例為_________。雄性不育植株與野生型植株雜交所得可育晚熟紅果雜交種的基因型為______，以該雜交種為親本連續(xù)種植，若每代均隨機受粉，則F2中可育晚熟紅果植株所占比例為____________。參考答案：1/6MmRr5/12解析：基因型為Mm的植株自交，F(xiàn)1中MM∶Mm∶mm=1∶2∶1，其中MM、Mm的植株表現(xiàn)為大花、可育，mm的植株只產(chǎn)生可育雌配子，故只有1/3MM和2/3Mm能夠自交，則F2中雄性不育植株mm所占的比例為2/3×1/4=1/6。雄性不育植株mm與野生型植株雜交所得可育（Mm）晚熟紅果（Rr）雜交種的基因型為MmRr，以該雜交種為親本連續(xù)種植，若每代均隨機受粉，即自由交配，兩對等位基因自由組合，產(chǎn)生的配子有MR、Mr、mR、mr，比例為1∶1∶1∶1，則F1中有9種基因型，分別為：1MMRR、2MMRr、1MMrr、2MmRR、4MmRr、2Mmrr、1mmRR、2mmRr、1mmrr，雌配子種類及比例為：MR∶Mr∶mR∶mr=1∶1∶1∶1，雄配子種類及比例為：MR∶Mr∶mR∶mr=2∶2∶1∶1，則F2中可育晚熟紅果植株(基因型為M--Rr)所占比例為1/4×3/6+1/4×3/6+1/4×2/6+1/4×2/6=10/24，即5/12。6、(2021·湖南·高考真題)菜是我國重要的油料作物，油菜株高適當?shù)慕档蛯沟狗皺C械化收割均有重要意義。某研究小組利用純種高稈甘藍型油菜Z，通過誘變培育出一個純種半矮稈突變體S。為了闡明半矮稈突變體S是由幾對基因控制、顯隱性等遺傳機制，研究人員進行了相關試驗，如圖所示?；卮鹣铝袉栴}：(1)根據(jù)F2表現(xiàn)型及數(shù)據(jù)分析，油菜半矮桿突變體S的遺傳機制是__________________，雜交組合①的F1產(chǎn)生各種類型的配子比例相等，自交時雌雄配子有______種結合方式，且每種結合方式機率相等。F1產(chǎn)生各種類型配子比例相等的細胞遺傳學基礎是_____________。(2)將雜交組合①的F2所有高軒植株自交，分別統(tǒng)計單株自交后代的表現(xiàn)型及比例，分為三種類型，全為高軒的記為F3-Ⅰ，高稈與半矮稈比例和雜交組合①、②的F2基本一致的記為F3-Ⅱ，高稈與半矮稈比例和雜交組合③的F2基本一致的記為F3-Ⅲ。產(chǎn)生F3-Ⅰ、F3-Ⅱ、F3-Ⅲ的高稈植株數(shù)量比為____。產(chǎn)生F3-Ⅲ的高稈植株基因型為___(用A、a；B、b；C、c……表示基因)。用產(chǎn)生F3-Ⅲ的高稈植株進行相互雜交試驗，能否驗證自由組合定律？_____。參考答案：(1)由兩對位于非同源染色體上的隱性基因控制16F1減數(shù)分裂產(chǎn)生配子時，位于同源染色體上的等位基因分離，位于非同源染色體上的非等位基因自由組合(2)