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高考生物二轮复习专题专练
(9)　多维度辨析自交和自由交配类问题
从“高度”上研究高考
[典例]　 (2022·山东高考)某两性花二倍体植物的花色由3对等位基因控制，其中基因A控制紫色，a无控制色素合成的功能。基因B控制红色，b控制蓝色。基因I不影响上述2对基因的功能，但i纯合的个体为白色花。所有基因型的植株都能正常生长和繁殖，基因型为A_B_I_和A_bbI_的个体分别表现紫红色花和靛蓝色花。现有该植物的3个不同纯种品系甲、乙、丙，它们的花色分别为靛蓝色、白色和红色。不考虑突变，根据表中杂交结果，下列推断正确的是(　 )
杂交组合 F1表型 F2表型及比例
甲×乙 紫红色 紫红色∶靛蓝色∶白色＝9∶3∶4
乙×丙 紫红色 紫红色∶红色∶白色＝9∶3∶4
A．让只含隐性基因的植株与F2测交，可确定F2中各植株控制花色性状的基因型
B．让表中所有F2的紫红色植株都自交一代，白花植株在全体子代中的比例为1/6
C．若某植株自交子代中白花植株占比为1/4，则该植株可能的基因型最多有9种
D．若甲与丙杂交所得F1自交，则F2表型比例为9紫红色∶3靛蓝色∶3红色∶1蓝色
[解析]　由题干信息可知，基因型为aaB_I_表现为红色，基因型为aabbI_表现为蓝色，基因型为____ii表现为白色。两对杂交组合中的表型及比例可说明相关的2对等位基因的遗传符合自由组合定律。根据两对杂交组合F2表型及比例可知该植物的3个不同纯种品系甲、乙、丙的基因型依次为AAbbII、AABBii、aaBBII。当F2中植株是白花时，其基因型为____ii，与只含隐性基因的植株测交后代仍然是白花，无法鉴别白花植株的具体基因型，A错误。甲×乙杂交组合中F2的紫红色植株基因型为AABbIi∶AABBIi∶AABbII∶AABBII＝4∶2∶2∶1；乙×丙杂交组合中F2的紫红色植株基因型为AaBBIi∶AABBIi∶AaBBII∶AABBII＝4∶2∶2∶1；其中II∶Ii＝1∶2，所以让表中所有F2的紫红色植株都自交一代，白花植株在全体子代中的比例为2/3×1/4＝1/6，B正确。若某植株自交子代中白花植株占比为1/4，则亲本为____Ii，则该植株可能的基因型最多有9种(3×3)，C正确。甲与丙杂交所得F1的基因型为AaBbII，假设这3对等位基因的遗传符合自由组合定律，则其自交的F2的表型及比例为紫红色(A_B_II)∶靛蓝色(A_bbII)∶红色(aaB_II)∶蓝色(aabbII)＝9∶3∶3∶1；假设A/a与B/b这2对等位基因连锁，则其自交的F2的表型比例不会出现上述结果，D错误。
[答案]　BC
从“深度”上提升知能
(一)不同条件下连续自交和自由交配的分析
1．通过关键词确定交配类型
2．确定杂交组合
3．连续自交和自由交配的异同
在没有任何干预的条件下，自交和自由交配都不改变基因频率，但连续自交能降低杂合子(Aa)的基因型频率，自由交配不改变各基因型的频率。
(二)自交和自由交配的概率计算
1．自交的概率计算
杂合子(Aa)连续自交n代，杂合子比例为(1/2)n，纯合子比例为1－(1/2)n，显性纯合子比例＝隐性纯合子比例＝[1－(1/2)n]×1/2
杂合子(Aa)连续自交，且逐代淘汰隐性个体，自交n代后，显性个体中，纯合子比例为(2n－1)/(2n＋1)，杂合子比例为2/(2n＋1)
2.自由交配的概率计算
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
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8/9显性(A_)、1/9隐性(aa)
遗传平衡法 先根据“一个等位基因的频率＝它的纯合子基因型概率＋(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8/9显性(A_)、1/9隐性(aa)
从“宽度”上拓展训练
1．(2022·海南模拟)玉米的高秆(H)对矮秆(h)为显性。现有某玉米种群，对于H和h这对等位基因来说只有Hh一种基因型。该玉米种群群体足够大且没有其他因素干扰(如突变、选择等)，从理论上分析，下列叙述错误的是(　 )
A．该玉米种群随机交配产生的第一代，各基因型的数量比为1∶2∶1
B．该玉米种群随机交配产生的第n代，H基因频率为1/2
C．该玉米种群进行连续自交n代，显性纯合子比例高于隐性纯合子
D．该玉米种群进行连续自交n代，H基因频率为1/2
解析：选C　因为该种群只有Hh一种基因型，在群体足够大且没有其他因素干扰(如突变、选择等)时，理论上，则该种群中H和h的基因频率均为1/2，随机交配一代后，HH、Hh和hh的数量比为1∶2∶1，A正确；在群体足够大且没有其他因素干扰(如突变、选择等)时，从理论上分析，该玉米种群随机交配产生的第n代，H基因频率还是1/2，B正确；该玉米种群进行连续自交n代，显性纯合子的比例等于隐性纯合子的比例，C错误；该玉米种群进行连续自交n代，在群体足够大且没有其他因素干扰(如突变、选择等)时，从理论上分析，H基因频率仍为1/2，D正确。
2．(2021·山东高考改编)小鼠 Y 染色体上的 S 基因决定雄性性别的发生，在 X 染色体上无等位基因，带有 S 基因的染色体片段可转接到 X 染色体上。已知配子形成不受 S 基因位置和数量的影响，染色体能正常联会、分离，产生的配子均具有受精能力；含 S 基因的受精卵均发育为雄性，不含 S 基因的均发育为雌性，但含有两个 Y 染色体的受精卵不发育。一个基因型为 XYS 的受精卵中的 S 基因丢失，由该受精卵发育成能产生可育雌配子的小鼠。若该小鼠与一只体细胞中含两条性染色体但基因型未知的雄鼠杂交得 F1，F1 小鼠雌雄间随机杂交得 F2，则 F2 小鼠中雌雄比例不可能为(　 )
A．4∶3 B．3∶4 C．8∶3 D．7∶8
解析：选C　一个基因型为 XYS 的受精卵中的 S 基因丢失，记为XY，由该受精卵发育成能产生可育雌配子的小鼠，该小鼠与一只体细胞中含两条性染色体但基因型未知的雄鼠杂交。如果雄鼠的基因型是XYS，由于YSY不发育，所以F1中XX∶XY∶XYS＝1∶1∶1，雌性∶雄性为2∶1，当F1杂交，雌性产生的配子及比例为3X∶1Y，雄性产生的配子及比例为1X∶1YS，随机交配后，F2中3XX∶3XYS∶1XY∶1YSY(不发育)，所以雌性∶雄性＝4∶3；如果雄鼠的基因型是XSY，由于YY不发育，F1中XSX∶XSY∶XY＝1∶1∶1，雄性∶雌性＝2∶1，雄性可以产生的配子及比例为1X∶2XS∶1Y，雌性产生的配子及比例为1X∶1Y，随机交配后，F2中1XX∶1XY∶2XSX∶2XSY∶1XY∶1YY(不发育)，雌性∶雄性＝3∶4。如果雄鼠的基因型是XSX，F1中XSX∶XSY∶XX∶XY＝1∶1∶1∶1，雌性∶雄性＝1∶1，随机交配，雌性产生的配子及比例为3X∶1Y，雄性产生的配子及比例为2XS∶1X∶1Y，随机交配后，F2中6XSX∶2XSY∶3XX∶1XY∶3XY∶1YY(不发育)，雌性∶雄性＝7∶8，故A、B、D都有可能。
3．(2021·山东高考,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的植株表型分别为：正常成熟红果、晚熟红果、晚熟黄果。
(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____。
(2)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________。
解析：(1)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1/3MM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。(2)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，F1产生的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。
答案：(1)1/6　(2)MmRr　5/12
[微课微练·一点一评]
一、选择题
1．(2022·乌鲁木齐模拟)某自花传粉的二倍体植物具有n对独立遗传的等位基因，这n对基因控制n个不同性状(杂合子表现为显性性状)，已知该植物的n对基因均杂合。下列对该植物自交、测交后代的分析，正确的选项有(　 )
①自交后代表型种类与测交后代表型种类的比为1∶1　②自交后代基因型种类与测交后代基因型种类的比为1∶1　③自交后代纯合子概率与测交后代纯合子概率的比为1∶1　④自交后代杂合子概率与测交后代杂合子概率的比为1∶1
A．一项 B．二项 C．三项 D．四项
解析：选C　自交后代表型种类为2n，测交后代表型种类也是的2n，二者之比为1∶1，①正确；自交后代基因型种类为3n，测交后代基因型种类为2n，二者之比不是1∶1，②错误；自交后代纯合子概率为(1/2)n，测交后代纯合子概率也是(1/2)n，二者之比为1∶1，③正确；自交后代杂合子概率为1－(1/2)n，测交后代杂合子概率为1－(1/2)n，二者之比为1∶1，④正确。共3项正确。
2．利用组织培养技术培育转基因抗虫棉，若转基因植株的染色体上成功导入了2个抗虫基因，则理论上，该转基因植株自交的后代中，下列不可能出现的结果为(　 )
A．全为抗虫
B．抗虫∶不抗虫＝1∶1
C．抗虫∶不抗虫＝3∶1
D．抗虫∶不抗虫＝15∶1
解析：选B　转基因植株的染色体上成功导入了两个抗虫基因，两个抗虫基因可能导入同一条染色体上，也可能导入两条非同源染色体上，也可能导入一对同源染色体中。若两个抗虫基因导入一对同源染色体中，则该植株相当于抗虫基因的纯合子，自交后代全为抗虫，A正确；无论两个抗虫基因插入位置如何，该转基因植株自交后代不会出现抗虫∶不抗虫＝1∶1，B错误；若两个抗虫基因导入同一条染色体上，则该植株相当于抗虫基因的杂合子，自交后代抗虫∶不抗虫＝3∶1，C正确；若两个抗虫基因导入两条非同源染色体上，则该植株相当于抗虫基因的双杂合子，自交后代抗虫∶不抗虫＝15∶1，D正确。
3．(2022·海口模拟)已知果蝇的灰身(B)对黑身(b)是显性，控制这对相对性状的基因位于常染色体上。让某一种群内的灰身果蝇自由交配，发现F1中灰身与黑身的比例为24∶1。在F1中，除去黑身果蝇，然后让灰身果蝇自由交配，理论上F2中灰身与黑身的比例是(　 )
A．15∶1 B．24∶1 C．35∶1 D．48∶1
解析：选C　根据题干分析，果蝇的体色受常染色体上的一对等位基因B、b控制，遵循分离定律。某一种群内的灰身果蝇(B_)自由交配，F1中灰身与黑身的比例为24∶1，即黑身bb占1/25，说明b的基因频率为1/5，则B的基因频率为4/5，因此F1中灰身BB占4/5×4/5＝16/25，则Bb占1－1/25－16/25＝8/25，则除去黑身果蝇后F1中BB∶Bb＝2∶1，产生的配子的种类及其比例为B∶b＝5∶1，因此让该剩余的灰身果蝇自由交配，F2中黑身的比例为1/6×1/6＝1/36，则理论上F2中灰身与黑身的比例是35∶1。
4．(2022·沈阳模拟)已知基因A、a和基因B、b分别控制不同相对性状，两对基因均为完全显性，现以如图三种基因型的个体为亲本进行实验，下列相关叙述不正确的是(　 )
A．甲产生配子的过程中会发生基因重组
B．甲与丙杂交可用于验证基因的自由组合定律
C．乙连续自交3代，子代表型比为7∶1
D．甲与乙杂交，子代个体中杂合子的比例为3/4
解析：选C　甲产生配子的过程中非同源染色体上的非等位基因会随着非同源染色体的自由组合而发生基因重组，A正确；甲与丙中的两对基因位于两对同源染色体上，甲与丙杂交相当于测交，可用于验证基因的自由组合定律，B正确；乙只有一对等位基因，另一对基因为纯合的AA，自交三代Bb占1/2×1/2×1/2＝1/8，bb占(1－1/8)÷2＝7/16，因此B－占9/16，故子代表型比为9∶7，C错误；甲(AaBb)与乙(AABb)杂交，子代个体中纯合子占1/2×1/2＝1/4，因此杂合子的比例为3/4，D正确。
5．(2022·枣庄二模)某自花传粉植物，有紫花和白花性状，受细胞核基因控制。选择某紫色植株自交，所得子代数量足够多，统计发现F1中开白花植株的比例为7/16，其余均开紫花(不考虑基因突变和互换)。下列相关分析错误的是(　 )
A．若花色受两对等位基因控制，对亲本植株进行测交，则子代中白花植株的比例为3/4
B．若花色受两对等位基因控制，F1的紫花植株进行自交，后代中有11/36的植株开白花
C．若花色受一对等位基因控制，可能是杂合子植株产生的某种配子中有6/7不参与受精
D．若花色受一对等位基因控制，F1的紫花植株进行自交，后代中有2/9的植株开白花
解析：选D　若花色受两对等位基因控制，则用A、a和B、b表示相关基因，由花色题可知，某紫色植株自交，所得子代数量足够多，统计发现F1中开白花植株的比例为7/16，其余均开紫花，说明紫花的基因型为A_B_，其余都为白花，因此亲本基因型为AaBb，测交子代基因型为AaBb、Aabb、aaBb、aabb，表型比例为紫花∶白花＝3∶1，A正确；若花色受两对等位基因控制，不考虑基因突变和互换，F1的紫花植株的基因型及所占比例为1/9AABB、2/9AaBB、2/9AABb、4/9AaBb，自交以后2/9AaBB的后代aaBB开白花，比例为2/9×1/4＝1/18，2/9AABb的自交后代AAbb开白花，比例为2/9×1/4＝1/18，4/9AaBb进行自交，后代A_bb、aaB_、aabb开白花，比例为4/9×7/16＝7/36，所以F1的紫花植株自交后代中有白花植株为1/18＋1/18＋7/36＝11/36，B正确；若花色受一对等位基因控制，则可能是某一种配子不参与受精，假设基因型为A的雄配子有6/7不参与受精，则雄配子中A∶a＝1∶7，雌配子A∶a＝1∶1，产生的后代符合开白花植株的比例为7/16，则F1为AA∶Aa∶aa＝1∶8∶7，F1的紫花植株进行自交，则只有Aa个体自交后代会出现白花植株，其比例为8/9×7/16＝7/18，C正确，D错误。
二、非选择题
6．(2022·浙江1月选考，节选)果蝇的正常眼和星眼受等位基因A、a控制，正常翅和小翅受等位基因B、b控制，其中1 对基因位于常染色体上。为进一步研究遗传机制，以纯合个体为材料进行了杂交实验，各组合重复多次，结果如下表。
回答下列问题：
(1)综合考虑A、a 和B、b两对基因，它们的遗传符合孟德尔遗传定律中的____________。组合甲中母本的基因型为____________。果蝇的发育过程包括受精卵、幼虫、蛹和成虫四个阶段。杂交实验中，为避免影响实验结果的统计，在子代处于蛹期时将亲本____________。
(2)若组合乙 F1的雌雄个体随机交配获得F2，则F2中星眼小翅雌果蝇占____________。果蝇的性染色体数目异常可影响性别，如XYY或XO为雄性，XXY为雌性。若发现组合甲F1中有1只非整倍体星眼小翅雄果蝇，原因是母本产生了不含____________的配子。
(3)若有一个由星眼正常翅雌、雄果蝇和正常眼小翅雌、雄果蝇组成的群体，群体中个体均为纯合子。该群体中的雌雄果蝇为亲本，随机交配产生 F1，F1中正常眼小翅雌果蝇占21/200、星眼小翅雄果蝇占49/200，则可推知亲本雄果蝇中星眼正常翅占____________。
解析：(1)通过对三组杂交实验后代的表型及与性别的关系分析，可知控制眼形的基因A/a位于常染色体上，星眼为显性性状；控制翅形的基因B/b位于X染色体上，正常翅为显性性状，所以两对基因的遗传符合自由组合定律。三个组合的P、F1的基因型见下表：
杂交组合 P F1
雌 雄 雌 雄
甲 AAXBXB aaXbY AaXBXb AaXBY
乙 aaXbXb AAXBY AaXBXb AaXbY
丙 aaXbXb aaXBY aaXBXb aaXbY
所以组合甲中的母本基因型为AAXBXB；眼形、翅形性状的出现是在成虫阶段，为精准统计，应在蛹期时将亲本移除，避免干扰。(2)组合乙F1的雌雄个体(AaXBXb、AaXbY)随机交配获得的F2中星眼小翅雌果蝇(A_XbXb)比例为3/4×1/2×1/2＝3/16。由题意可知组合甲F1中的非整倍体星眼小翅雄果蝇的基因型为AaXbO，为母本减数分裂异常所致，即母本产生了不含X染色体的雌配子与含Xb染色体的雄配子受精发育而来。(3)假设群体中雌性个体AAXBXB∶aaXbXb＝M∶N；雄性个体AAXBY∶aaXbY＝P∶Q，进行随机交配，产生后代的过程见下表：
配子 M(AXB) N(aXb)
P/2(AXB)
Q/2(aXb) Q/2×N＝21/200
P/2(AY) P/2×N＝49/200
Q/2(aY)
所以P∶Q＝7∶3，亲本雄果蝇中星眼正常翅占7/10。
答案：(1)自由组合定律 　AAXBXB　移除　
(2)3/16　 X染色体　(3)7/10

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