热点微专题02-由一道高考题深入探究自交和自由交配(解析版).docx

由一道高考题探究自交和自由交配
“自交”与“自由交配”是高中生物遗传概率计算的一个重、难点，在多地区的高考中都曾考查过，所以有必要对两者进行一次全方位的探究，以便让学生发现并掌握解决此类问题的规律和方法。
★【课题引入】
(2022·湖南·高考真题节选)中国是传统的水稻种植大国，有一半以上人口以稻米为主食。在培育水稻优良品种的过程中，发现某野生型水稻叶片绿色由基因C控制。突变型1叶片为黄色，由基因C突变为C1所致，基因C1纯合幼苗期致死。突变型1连续自交3代，F3成年植株中黄色叶植株占______。
参考答案：2/9
★【概念辨析】
自交是一种特殊的交配类型，有两种维度的理解。传统意义的自交仅限于植物，指的是植物两性花的白花传粉和雌雄同株植物的异花传粉。而广泛意义的自交是指具有相同基因型的个体进行的交配。既可以是植物，也可以是动物。但由于基因型必须相同，故自交只能用于求解位于常染色体上基因的遗传。
自由交配(或随机交配)，是指群体中有生殖能力的个体可随机进行交配。可以是植物，也可以是动物。基因型相同的和基因型不同的个体之间都要进行自由交配，所以既可以解位于常染色体上基因的遗传，也可以解位于性染色体上基因的遗传。
★【模型构建】以2013年山东高考题第6题构建相关自交和自由交配数学模型
(2013·山东)用基因型为Aa的小麦分别进行连续自交、随机交配、连续自交并逐代淘汰隐性个体、随机交配并逐代淘汰隐性个体，根据各代Aa基因型频率绘制曲线如图。下列分析错误的是(　　)
A．曲线Ⅱ的F3中Aa基因型频率为0.4
B．曲线Ⅲ的F2中Aa基因型频率为0.4
C．曲线Ⅳ的Fn中纯合子的比例比上一代增加(1/2)n＋1
D．曲线Ⅰ和Ⅳ的各子代间A和a的基因频率始终相等
解析：①杂合子Aa连续自交n代，自交结果数学模型如右图所示：由模型可知杂合子Aa连续自交n代，杂合子比例为()n，纯合子比例为1－()n，显性纯合子比例＝隐性纯合子比例＝[1－()n]×。连续自交的结果是纯合子所占的比例越来越大，杂合子所占的比例越来越小，连续自交的F1－F5的Aa的基因型频率分别是1/2、1/4、1/8、1/16、1/32。连续自交不存在选择，所以A和a的基因频率都不会改变。故连续自交---对应曲线Ⅳ。
②亲本杂合子Aa随机交配得F1，杂合子比例为1/2，显性纯合子比例为1/4，隐性纯合子比例为1/4，随机交配不存在选择，所以A和a的基因频率不会改变，得到的杂合子F1－F5的Aa的基因型频率不变始终为1/2。故随机交配---对应曲线Ⅰ。
③连续自交并逐代淘汰隐性个体---对应曲线
④随机交配并逐代淘汰隐性个体---对应曲线

③连续自交并逐代淘汰隐性个体---对应曲线 Ⅲ
④随机交配并逐代淘汰隐性个体---对应曲线Ⅱ

结合四个数学模型分析，本题答案应选C。
【归纳拓展】自由交配问题的三种分析方法：如某种生物的基因型AA占1/3，Aa占2/3，个体间可以自由交配，求后代中基因型和表型的概率。
①列举法
基因型(/♀)
1/3AA
2/3Aa
1/3AA
1/9AA
1/9AA、1/9Aa
2/3Aa
1/9AA、1/9Aa
1/9AA、2/9Aa、1/9aa
结果：子代基因型及概率为4/9AA、4/9Aa、1/9aa，子代表型及概率为(4/9＋4/9)A_、1/9aa
②配子法
子代基因型及概率为4/9AA、4/9Aa、1/9aa，子代表型及概率为8/9A_、1/9aa。
③遗传平衡法
先根据“一个等位基因的频率＝它的纯合子基因型频率＋(1/2)杂合子基因型频率”推知，子代中A的基因频率＝1/3＋(1/2)×(2/3)＝2/3，a的基因频率＝1－(2/3)＝1/3。然后根据遗传平衡定律可知，aa的基因型频率＝a基因频率的平方＝(1/3)2＝1/9，AA的基因型频率＝A基因频率的平方＝(2/3)2＝4/9，Aa的基因型频率＝2×A基因频率×a基因频率＝2×2/3×1/3＝4/9。子代表型及概率为8/9A_、1/9aa。
★【课堂巩固】
1、闭花受粉植物甲，高茎和矮茎分别受A和a基因控制(完全显性)；雌雄同株异花植物乙，其籽粒的颜色黄色与白色分别由Y和y基因控制(完全显性)。两者的遗传均遵循孟德尔定律。自然状态下，间行种植基因型为AA、Aa的植物甲(两者数量之比是1∶2)和间行种植基因型为YY、Yy的植物乙(两者数量之比是1∶2)。下列叙述不正确的是(　　)
A、植物甲的F1中杂合子所占的比例为1/3
B、植物乙的F1中白色籽粒所占的比例为1/9
C、植物乙的F1黄色籽粒中纯合子所占的比例为1/2
D、若植物甲含有a的配子1/2致死，则F1中矮茎个体所占的比例为1/9
参考答案：D
解析：植物甲闭花受粉，自然状态下为自交，间行种植基因型为AA、Aa的植物甲(两者数量之比是1∶2)，F1中杂合子所占的比例为2/3×1/2＝1/3，A正确；植物乙为雌雄同株异花，间行种植基因型为YY、Yy的植物乙(两者数量之比是1∶2)，植物乙为自由交配，种群中产生y雌雄配子的概率均为1/3，植物乙的F1中白色籽粒所占的比例为1/9，B正确；植物乙自由交配，种群中产生Y雌雄配子的概率均为2/3，种群中产生y雌雄配子的概率均为1/3，植物乙的F1中YY占4/9，表现为黄色，Yy占4/9，表现为黄色，yy占1/9表现为白色，所以，黄色籽粒中纯合子所占的比例为1/2，C正确；若植物甲含有a的配子1/2致死，则Aa产生配子A∶a＝2∶1，则F1中矮茎个体aa占2/3×1/3×1/3＝2/27，D错误。
2、将基因型为Aa的玉米自交一代的种子全部种下待其长成幼苗人工去掉隐性个体并分成两组，一组全部让其自交：二组让其自由传粉，一、二组的植株上aa基因型的种子所占比例分别为( )
A、1/9、1/6 B、3/8、1/9 C、1/6、5/12 D、1/6、1/9
参考答案：D
解析：基因型为Aa的玉米，其自交一代的种子的基因型及其比例为AA∶Aa∶aa＝1∶2∶1。将其全部种下，待其长成幼苗、人工去掉隐性个体后，留存下来的个体的基因型为1/3AA，2/3Aa。将留存下来的个体分成两组，一组全部让其自交，则植株上aa基因型的种子所占比例为2/3×1/4aa＝1/6aa；二组让其自由传粉，二组的群体中产生的雌配子和雄配子各为2种：2/3A、1/3a，则植株上aa基因型的种子所占比例为1/3a×1/3a＝1/9aa。综上分析，A、B、C三项均错误，D项正确。
3、(2015·山东·高考真题)玉米的高秆(H)对矮秆(h)为显性。现有若干H基因频率不同的玉米群体，在群体足够大且没有其他因素干扰时，每个群体内随机交配一代后获得F1。各F1中基因型频率与H基因频率(p)的关系如图所示。下列分析错误的是(　　)
A、0＜p＜1时，亲代群体都可能只含有纯合子
B、只有p＝b时，亲代群体才可能只含有杂合子
C、p＝a时，显性纯合子在F1中所占的比例为1/9
D、p＝c时，F1自交，子代中纯合子所占比例为5/9
参考答案：D
解析：该群体的基因频率符合遗传平衡定律。当亲代只有HH和hh存在时，由于其基因型的频率不同，p的值也不同，取值范围为0<p<1，A项正确；若亲代只有杂合子，则H、h的基因频率均为1/2，F1中HH、Hh、hh的基因型频率分别为1/4、1/2、1/4，对应题图中b点，B项正确；当p=a时，由题图可知，Hh的基因型频率=hh的基因型频率，根据遗传平衡定律，可知2a(1-a)=(1-a)(1-a)，解得a=1/3，F1中显性纯合子的比例为a×a=1/9，C项正确；当p=c时，HH的基因型频率=Hh的基因型频率，根据遗传平衡定律可知c×c=2c(1-c)，解得c=2/3，则F中，HH=4/9、Hh=4/9、hh=1/9；F1自交，其子代杂合子Hh=4/9×1/2=2/9，纯合子所占比例为1-2/9=7/9，D项错误。
4、(2022·山东·高考真题)家蝇Y染色体由于某种影响断成两段，含s基因的小片段移接到常染色体获得XY'个体，不含s基因的大片段丢失。含s基因的家蝇发育为雄性，只含一条X染色体的雌蝇胚胎致死，其他均可存活且繁殖力相同。M、m是控制家蝇体色的基因，灰色基因M对黑色基因m为完全显性。如图所示的两亲本杂交获得F1，从F1开始逐代随机交配获得Fn。不考虑交换和其他突变，关于F1至Fn，下列说法错误的是(　　)
A、所有个体均可由体色判断性别 B、各代均无基因型为MM的个体
C、雄性个体中XY'所占比例逐代降低 D、雌性个体所占比例逐代降低
参考答案：D
解析：含有M的个体同时含有s基因，即雄性个体均表现为灰色，雌性个体不会含有M，只含有m，故表现为黑色，因此所有个体均可由体色判断性别，A正确；含有Ms基因的个体表现为雄性，基因型为MsMs的个体需要亲本均含有Ms基因，而两个雄性个体不能杂交，B正确；亲本雌性个体产生的配子为mX，雄性亲本产生的配子为XMs、Ms0、Xm、m0，子一代中只含一条X染色体的雌蝇胚胎致死，雄性个体为1/3XXY’（XXMsm）、1/3XY’（XMsm），雌蝇个体为1/3XXmm，把性染色体和常染色体分开考虑，只考虑性染色体，子一代雄性个体产生的配子种类及比例为3/4X、1/40，雌性个体产生的配子含有X，子二代中3/4XX、1/4X0；只考虑常染色体，子二代中1/2Msm、1/2mm，1/8mmX0致死，XXmm表现为雌性，所占比例为3/7，雄性个体3/7XXY’（XXMsm）、1/7XY’（XMsm），即雄性个体中XY'所占比例由1/2降到1/4，逐代降低，雌性个体所占比例由1/3变为3/7，逐代升高，C正确，D错误。
5、(2021·山东·高考真题节选)番茄是雌雄同花植物，可自花受粉也可异花受粉。M、m 基因位于 2号染色体上，基因型为 mm 的植株只产生可育雌配子，表现为小花、雄性不育。基因型为 MM、Mm 的植株表现为大花、可育。R、r 基因位于 5 号染色体上，基因型为 RR、Rr、rr 的植株表现型分别为：正常成熟红果、晚熟红果、晚熟黄果。细菌中的 H 基因控制某种酶的合成，导入 H 基因的转基因番茄植株中，H 基因只在雄配子中表达，喷施萘乙酰胺（NAM）后含 H 基因的雄配子死亡。不考虑基因突变和交叉互换。
(1)基因型为 Mm 的植株连续自交两代，F2 中雄性不育植株所占的比例为_________。雄性不育植株与野生型植株杂交所得可育晚熟红果杂交种的基因型为______，以该杂交种为亲本连续种植，若每代均随机受粉，则 F2 中可育晚熟红果植株所占比例为____________。
参考答案：1/6 MmRr 5/12
解析：基因型为 Mm 的植株自交，F1中 MM∶Mm∶mm=1∶2∶1 ，其中 MM、Mm 的植株表现为大花、可育， mm 的植株只产生可育雌配子，故只有1/3 MM和2/3Mm能够自交，则F2 中雄性不育植株mm所占的比例为2/3×1/4=1/6。雄性不育植株mm与野生型植株杂交所得可育（Mm）晚熟红果（Rr）杂交种的基因型为MmRr，以该杂交种为亲本连续种植，若每代均随机受粉，即自由交配，两对等位基因自由组合，产生的配子有MR、Mr、mR、mr，比例为1∶1∶1∶1，则F1中有9种基因型，分别为：1MMRR、2MMRr、1MMrr、2MmRR、4MmRr、2Mmrr、1mmRR、2mmRr、1mmrr，雌配子种类及比例为：MR∶Mr∶mR∶mr=1∶1∶1∶1，雄配子种类及比例为：MR∶Mr∶mR∶mr=2∶2∶1∶1，则 F2 中可育晚熟红果植株(基因型为M--Rr)所占比例为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·高考真题)菜是我国重要的油料作物，油菜株高适当的降低对抗倒伏及机械化收割均有重要意义。某研究小组利用纯种高秆甘蓝型油菜Z，通过诱变培育出一个纯种半矮秆突变体S。为了阐明半矮秆突变体S是由几对基因控制、显隐性等遗传机制，研究人员进行了相关试验，如图所示。

回答下列问题：
(1)根据F2表现型及数据分析，油菜半矮杆突变体S的遗传机制是__________________，杂交组合①的F1产生各种类型的配子比例相等，自交时雌雄配子有______种结合方式，且每种结合方式机率相等。F1产生各种类型配子比例相等的细胞遗传学基础是_____________。
(2)将杂交组合①的F2所有高轩植株自交，分别统计单株自交后代的表现型及比例，分为三种类型，全为高轩的记为F3-Ⅰ，高秆与半矮秆比例和杂交组合①、②的F2基本一致的记为F3-Ⅱ，高秆与半矮秆比例和杂交组合③的F2基本一致的记为F3-Ⅲ。产生F3-Ⅰ、F3-Ⅱ、F3-Ⅲ的高秆植株数量比为____。产生F3-Ⅲ的高秆植株基因型为___(用A、a；B、b；C、c……表示基因)。用产生F3-Ⅲ的高秆植株进行相互杂交试验，能否验证自由组合定律？_____。
参考答案：
(1)由两对位于非同源染色体上的隐性基因控制 16 F1减数分裂产生配子时，位于同源染色体上的等位基因分离，位于非同源染色体上的非等位基因自由组合
(2)7∶4∶4 Aabb、aaBb 不能
解析：(1)根据分析可推测，半矮秆突变体S是双隐性纯合子，只要含有显性基因即表现为高杆，杂交组合①的F1为双杂合子，减数分裂产生配子时，位于同源染色体上的等位基因分离，位于非同源染色体上的非等位基因自由组合，所以产生4种比例相等的配子，自交时雌雄配子有16种结合方式，且每种结合方式机率相等，导致F2出现高杆:半矮杆≈15:1。
(2)杂交组合①的F2所有高秆植株基因型包括1AABB、2AABb、2AaBB、4AaBb、1AAbb、2Aabb、1aaBB、2aaBb，所有高秆植株自交，分别统计单株自交后代的表现型及比例，含有一对纯合显性基因的高杆植株1AABB、2AABb、2AaBB、1AAbb、1aaBB，占高杆植株的比例为7/15，其后代全为高秆，记为F3-Ⅰ；AaBb占高杆植株的比例为4/15，自交后代高秆与半矮秆比例≈15∶1 ，和杂交组合①、②的F2基本一致，记为F3-Ⅱ；2Aabb、2aaBb占高杆植株的比例为4/15，自交后代高秆与半矮秆比例和杂交组合③的F2基本一致，记为 F3-Ⅲ，产生F3-Ⅰ、F3-Ⅱ、F3-Ⅲ的高秆植株数量比为7∶4∶4。用产生F3-Ⅲ的高秆植株进行相互杂交试验，不论两对基因位于一对同源染色体上，还是两对同源染色体上，亲本均产生两种数量相等的雌雄配子，子代均出现高杆∶半矮杆=3∶1，因此不能验证基因的自由组合定律。