自交与自由交配
一、自交和自由交配的概念辨析
1.自交：对于植物，自交是指植物中的自花授粉和雌雄异花的同株授粉。对动物而言，大多数为雌雄异体，虽有像蚯蚓等雌雄同体的低等动物，但为防止物种衰退现象，它们也通常进行异体受精。因此，在动物种群中，若没特殊说明，自交的含义是指基因型相同的雌雄异体交配。
广义的自交是指基因型相同的个体相互交配。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BB×BB、Bb×Bb、bb×bb三类。
2.自由交配又叫随机交配，是指在一个有性繁殖的生物种群中，任何一个雌性或雄性个体与任何一个异性个体交配的机会均等。既有基因型相同的个体交配，也有基因型不同的个体交配，强调随机性。
如：在间行种植的玉米种群中，随机交配包括自交和杂交方式，对水稻、小麦等主要进行自花授粉的植物来说，随机交配的概念不适用，而主要是自交。在动物种群中，随机交配指基因型相同或不同的雌雄异体交配，交配组合数为理论上应出现的数目。也就是说，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BB×BB、Bb×Bb、bb×bb、BB×Bb、Bb×bb、BB×bb六类。
二、自交和自由交配对种群基因频率的影响和对种群基因型频率的影响 1.自交和自由交配对种群基因频率的影响
在一个足够大的种群中，如果没有突变，也没有任何自然选择的影响，那么无论是生物自交还是自由．．．．．．．．．．．交配，种群中的基因频率都不会改变。例如：在一个Aa种群中，A=50%，a=50%，则该种群自交或者随机．．．．．．．．．．．．．．．．
交配，后代中A和a的基因频率都不变，仍然是A=50%，a=50%。
2.自交和自由交配对种群基因型频率的影响
同样在一个足够大的种群中，如果不存在突变和自然选择，自交和自由交配产生的后代中，基因型频率却有不同。如Aa种群自交多代，纯合体AA和aa的频率逐渐升高，而杂合体Aa的频率逐渐降低，趋．．．．进于0；即自交是获得纯系的有效方法。而自由交配产生的后代，各种基因型出现的机率相等，因此自由交．．．．．．．．．．．．．．．．配不改变后代的基因型频率。 ．．．．．．．．．．．．
注意：自交的有关计算不能用基因频率的知识!
例1．在一个种群中，基因型为AA的个体占50%，基因型为Aa的个体占20%，基因型为aa的个体占30%，假设各种基因型的个体存活率和繁殖率都相同，请计算下列问题：
(1)该种群中，基因A和a的频率分别为 。
(2)若该种群自交一代后，基因A和a的频率分别为 ，自交两代后，A和a的频率分别为 ；若该种群自由交配一代后，基因A和a的频率分别为 ，自由交配两代后，A和a的频率分别为 。
(3)若该种群连续自交，F1中AA、Aa、aa基因型的频率分别为 。F2中AA、Aa、aa基因型的频率分别为 。Fn中AA、Aa、aa基因型的频率分别为 。
(4)若该种群自由交配，F1中AA、Aa、aa基因型的频率分别为 。
F2中AA、Aa、aa基因型的频率分别为 。Fn中AA、Aa、aa基因型的频率分别为 。
(5)如果连续自交，种群的进化趋势是 。从基因频率 看是 ，而从基因型上看是 。
（3)基因型AA的个体占50%，自交后代全是AA的个体，所以基因型AA自交后代在全部后代中所占的比例为50%×100%=50%。基因型Aa的个体占20%，进行自交后代有1/4是AA，1/4是aa，2/4是Aa，所以基因型Aa自交后代中AA在全部后代中所占的比例为20%×1/4=5%；该种群连续自交，后代F1中基因型AA的个体有两部分，所以把它们加在一起就是AA的基因型频率，即50%+5%=55%；同理，该种群连续自交，后代F1中基因型aa个体在全部后代中所占的比例，即aa的基因型频率为30%+20%×1/4=35%；则F1中Aa的基因型频率为20%×2/4=10%，或1－55%－35%=10%。
同理，种群连续自交，F2中AA的基因型频率=55%+10%×1/4=57.5%；F2中aa的基因型频率=35%+10%×1/4=37.5%；F2中Aa的基因型频率=5%。
11Fn中AA的基因型频率=50%+20%×2n?1, Fn中aa的基因型频率=30%+20%×2n?1, Fn中Aa的基因
1型频率=20%×2n。
（4）由第(1)小题知，种群中A的基因频率=60%，a的基因频率=40%，根据上述“规律2”，自由交配不改变种群的基因型频率，所以，该题的三个空都填相同的答案：该种群自由交配，AA的基因型频率都是(60%)2=36%；Aa的基因型频率都是2×60%×40%=48%；aa的基因型频率都是(40%)2=16%。
（5）自交基因频率不发生改变，而生物进化的实质就是种群基因频率发生变化的过程，基因频率不发生改变，生物没有发生进化。从第（3）小题中我门可以看出自交后代中杂合体出现的频率降低，而且自交次数越多杂合体出现的频率越低。
(4)36%、48%、16%；36%、48%、16%；36%、48%、16%。
(5)这个种群如果连
续自交多代,它的进化趋势是种群没有发生进化；从基因频率上看是基因频率没有发生改变；而从基因型上看是杂合体出现的频率越来频率越低，纯合体出现的频率越来频率越高。
三、常见习题例析
例2. 已知果蝇的灰身和黑身是一对相对性状，基因位于常染色体上。将纯种的灰身和黑身蝇杂交，F1
全为灰身。F1自交产生F2，试问：
（1）取F2中的雌雄果蝇自由交配，后代中灰身和黑身果蝇的比例为( ) （2）取F2中的雌雄果蝇自交，后代中灰身和黑身果蝇的比例为( ) （3）将F2的灰身果蝇取出，让其自由交配，后代中灰身和黑身果蝇的比例为？ （4）将F2的灰身果蝇取出，让其自交，后代中灰身和黑身果蝇的比例为( ) A．5：1 B．8：1 C．5：3 D．3：1
【解析】本题涉及不同范围的果蝇中，自交或自由交配产生后代遗传概率的计算。设等位基因为A、a，依题意，灰身对黑身是显性。
(1) 在自由交配的群体中，可采用先求出a基因频率，再求aa的基因型频率来计算。根据“专题六”的相关规律，在F2群体中，a基因频率为1/4+1/2×2/4=1/2，则后代中黑身个体的比例为aa=(1/2)2=1/4，则后代中灰身个体的比例为1－1/4=3/4。故灰身与黑身之比为3：1，答案选D。
(2) 由于群体内的个体之间不是自由交配，故不能使用基因频率的方法来计算。根据遗传规律，可有两种解法。
解法一：F2中雌雄果蝇自交方式有三种，即①1/4AA×AA，②1/2Aa×Aa，③1/4aa×aa，通过计算组合②．．．
③后代中黑身个体的概率，即得到aa=1/2×1/4+1/4×1=3/8，则灰身个体(AA、Aa)的概率为1－3/8=5/8。
解法二： 在果蝇自交群体中，纯合体(AA+aa)+杂合体(Aa)=1，而F2中Aa=1/2，F2自交后代中Aa=1/4，．．．
故aa=(1－杂合子)/2=3/8，所以，后代中灰身个体(AA、Aa)的概率为1－3/8=5/8。答案选C。
(3) 因为是自由交配，所以计算方法可同(1)小题。F2灰身果蝇中基因型为1/3AA，2/3Aa， F2灰身果蝇中a基因频率=0+1/2×2/3=1/3，其后代中aa=(1/3)2=1/9，则后代中灰身个体(AA、Aa)的概率为1－1/9=8/9。答案选B。
(4) F2的灰身果蝇自交方式有两种，即1/3AA×AA，2/3Aa×Aa，则aa=2/3×1/4=1/6，后代中灰身个体(AA、Aa)的概率为1－1/6=5/6。答案选A。
【参考答案】（1）D ；（2）C ；（3）B； （4）A
注意：从上述计算可看出，①在自由交配的情况下，采用先求基因频率再求基因型频率的方法比较简．．
单；②注意自交和自由交配时各种基因型出现的概率，如F2中Aa自交为1/4Aa×Aa，而Aa自由交配为1/4Aa×1/4Aa。因为自交时,某个体基因型是Aa的概率是1/4,当它的基因型确定后,与之交配的个体(不论是同一个体还是相同基因型的个体),其基因型就随之确定了,因此不用再乘以1/4。如同有两个人如果知道他们穿
的衣服颜色是一样的,那么当其中一个穿的衣服颜色确定后,另一个就一定是与他的相同了。自由交配则不同,两个个体基因型都是未知的,所以都要先确定它们各自的概率。
例3.在不考虑基因突变时，以杂合体(Aa)的个体作材料进行遗传实验。请回答：
⑴让其连续自交n代，能表示自交代数和纯合体比例关系的图示是 ，能表示自交代数与隐性纯合体比例关系的图示是 ；
⑵若隐性纯合体的生活力不强而导致胚胎不能存活，请预期自交n代时，杂合体的比例是多少？ ⑶若让基因型为Aa的个体自由交配n代，后代中的杂合体、纯合体的比例分别是多少？
【解析】⑴杂合体(Aa)自交n代时，杂合体概率为(1/2)n，纯合体的概率为：1-(1/2)n ；显性纯合体=隐性纯合体=纯合体比例的一半=[1-(1/2)n]/2；
⑵由题意知，在总量不变的情况下，逐代淘汰个体(aa)的比例为：第一代为1/4，第二代为1/8，第三代为1/16，…，第n代为(1/2)n+1，则累计淘汰数=1/4+1/8+…+(1/2)n+1=(2n-1)/2n+1；而第n代时的杂合体为(1/2)n，因而，此时杂合体所占比例为(1/2)n/[1-(2n-1)/2n+1]，化简为：2/(2n+1)[有的资料化简为2/（2n+1-2n+1）]；
⑶自由交配时，其基因频率及基因型频率将维持不变，即显性纯合体的比例为PAA=PA2=（1/2）2=1/4，隐性纯合体的比例为Paa=Pa2=（1/2）2=1/4，杂合体的比例为PAa=2×PA×Pa =1/2。
【参考答案】⑴A ； B；⑵2/(2n+1)[或2/（2n+1-2n+1）]；⑶杂合体（Aa）为1/2，纯合体（AA、aa）占1/2，其中AA占1/4、Aa占1/4。
点评：应总结其变化规律，弄清自交与自由交配的区别，并结合“隐性纯合致死”“出生后死亡”等关键词进行解答。
总之，在解此类题时，一定要仔细阅读题目，搞清在什么范围内，求自交还是自由交配的概率，然后选择合适的解题方法，得出正确的答案。
自交与自由交配的举例辨析
