對遺傳不平衡群體計算問題的探討(共6頁)

1、對遺傳不平衡(pnghng)群體計算(j sun)問題(wnt)的探討在基因頻率計算的教學(xué)中，有幾個特殊問題一直是教學(xué)的難點，經(jīng)常在課堂上令年輕教師束手無策，難以解釋清楚，本文對這幾道例題進行簡單解析，以期與同行交流。一、人工隨機選擇種群的基因型頻率與隨機交配子一代的基因型頻率相同嗎？例1、（2010海南高考題節(jié)選）某動物種群中AA、Aa和aa的基因型頻率分別為0.3、0.4和0.3，請回答：（1）該種群中a基因的頻率為。（2）如果該種群滿足四個基本條件，即種群、不發(fā)生、不發(fā)生、沒有遷入遷出，且種群中個體間隨機交配，則理論上該種群的子一代中aa的基因型頻率為；如果該種群的子一代再隨機交配，其后

2、代中aa的基因型頻率（會、不會）發(fā)生改變?！敬鸢浮浚?0分）（1）0.5（1分） （2）足夠大基因突變（或突變）選擇0.25不會（每空1分，共5分） 【解析】此題考查了基因頻率與基因型頻率的轉(zhuǎn)換，也是對哈代-溫伯格定律（遺傳平衡定律）的考查。 根據(jù)公式計算：(1)a基因的頻率（q）=aa基因型頻率+12Aa的基因型頻率=0.5，則A基因頻率（p）=1- a基因的頻率=0.5。 (2) 哈代-溫伯格定律（遺傳平衡定律）主要內(nèi)容是指：在理想狀態(tài)下，各等位基因的頻率和 HYPERLINK /view/87876.htm t _blank 等位基因的基因型頻率在遺傳中是穩(wěn)定不變的，即保持著基因平衡。該

3、理想狀態(tài)要滿足5個條件：種群足夠大；種群中個體間可以隨機交配；沒有突變發(fā)生；沒有新基因加入；沒有自然選擇。此時各基因頻率和各基因型頻率存在如下等式關(guān)系并且保持不變：當(dāng)?shù)任换蛑挥幸粚Γˋ、a）時， 設(shè)A基因頻率=p，a基因頻率=q，則A基因頻率+a基因頻率=p+q=1，基因型頻率AA+Aa+aa=p2+2pq+q2=1 。依據(jù)題意計算出a基因的頻率q=0.5，該種群的子一代中aa的基因型頻率為q2=0.25。如果該種群的子一代再隨機交配，其后代中aa的基因型頻率不會發(fā)生改變。【提出問題】依據(jù)哈代-溫伯格定律（遺傳平衡定律），在理想狀態(tài)下，各等位基因的頻率和 HYPERLINK /view/87

4、876.htm t _blank 等位基因的基因型頻率在遺傳中是穩(wěn)定不變的，那么為啥第（2）問中該種群的子一代中aa的基因型頻率需要先計算出a基因的頻率，然后再依據(jù)基因型頻率的概念計算，得出0.25，而不是直接依據(jù)哈代-溫伯格定律，直接填題干中的0.3呢？【解決問題】這個問題確實很突兀，在一些參考書里也沒有注明，很容易導(dǎo)致教師和學(xué)生出現(xiàn)困惑。實際上在該題中親本種群是人工隨機選擇的，并沒有選取到他們的雙親產(chǎn)生出來的全部個體，所以群體數(shù)量不夠大，是一個不平衡群體，所以子一代中aa的基因型頻率不能是題干所提供的0.3，而是需要從這個隨機選取種群所產(chǎn)生的雌雄配子的基因頻率來計算，即（A:a）(A:a)

5、=(p:q)(p:q)=AA(p2)+A(2pq)+aa(q2),從子一代開始，由于是隨機交配，并且統(tǒng)計了所有后代的情況，所以子一代群體是一個平衡群體，可以依據(jù)哈代-溫伯格定律去計算出子一代中aa的基因型頻率為q2=0.25，而不是直接引用題干中不平衡群體中的0.3。而且從子一代(y di)開始，只要是隨機交配，后代(hudi)中aa的基因型頻率一直(yzh)會是0.25，不會發(fā)生改變。二、伴性遺傳中，雌性群體中基因型頻率與雄性群體中基因型頻率相同嗎？例2、人類的紅綠色盲是一種伴X染色體隱性遺傳病，據(jù)統(tǒng)計，我國男性中紅綠色盲的發(fā)病率為7%，從理論上推斷，女性中紅綠色盲的發(fā)病率為A3.5% B1

6、.75% C0.49% D0.25%【解析】伴X遺傳中，如果XB的基因頻率為p，Xb的基因頻率為q，在整個群體中基因型有5種，分別為XBY、XbY、XBXB、XBXb、XbXb，其中雄性占1/2, 雌性占1/2，所以在整個群體中(XBY+XbY) 占1/2，（XBXB+XBXb+XbXb）占1/2。在雄性個體中，(XBY+XbY)=（p+q）=1。在雌性個體中（XBXB+XBXb+XbXb）=(p2+2pq+q2)=1。按照基因型頻率概念可以計算出各種基因型頻率，如下表所示：XBXBXBXbXbXbXBYXbY在整個群體中1/2p2pq1/2q21/2p1/2q在雄性群體中pq在雌性群體中p2

7、2pqq2根據(jù)上述規(guī)律，男性紅綠色盲XbY的發(fā)病率=Xb的基因頻率=7%，女性中紅綠色盲XbXb的發(fā)病率=(7%7%)=0.49%。答案C【解決問題】在伴性遺傳中，由于男女基因型的差異，所以男性、女性基因型頻率計算方法不同，導(dǎo)致雌性群體中基因型頻率與雄性群體中基因型頻率不相同。三、位于X、Y同源區(qū)段上的基因，其基因頻率計算與常染色體計算相同嗎？對于X、Y同源區(qū)段的遺傳要達到遺傳平衡，除了必須具備遺傳平衡定律的條件外，還需要A和a基因分別在雌性個體中和雄性個體中的基因頻率相等才可以。假設(shè)A、a基因在X雌配子上的基因頻率分別為p、q，即XA的基因頻率為p, Xa基因頻率為q且p+q=1，A、a基因

8、在X、Y雄配子上的基因頻率分別為XA=p/2, YA=p/2， Xa=q/2， Ya=q/2且p+q=1。經(jīng)過自由交配后產(chǎn)生的子代基因型及在整個人群中的基因型頻率為：X、Y同源區(qū)段伴性遺傳交配頻率計算表配子配子XA（p/2）Xa（q/2）YA（p/2）Ya（q/2）XA（p）XAXA（p2/2）XAXa（pq/2）XAYA（p2/2）XAYa（pq/2）Xa（q）XAXa（pq/2）XaXa（q2/2）XaYA（pq/2）XaYa（q2/2）由表格(biog)可知，在整個(zhngg)群體中XAXA= p2/2，XAXa=pq，XaXa=q2/2, XAYA= p2/2，XaYA=pq/2，X

9、AYa=pq/2，XaYa=q2/2。（XAXA+ XAXa+XaXa+XAYA+XaYA+XAYa+XaYa）= （ p2/2+pq+q2/2+ p2/2+pq/2+pq/2+q2/2）=（p2+2pq+q2）=1。如果把女性(nxng)作為一個整體1的話，在女性中，XAXA= p2，XAXa=2pq，XaXa=q2； XA的基因頻率為：p2+pq=p, Xa基因頻率為q2+pq=q。如果把男女性作為一個整體1的話，在男性中，XAYA= p2，XaYA=pq，XAYa=pq，XaYa=q2；XA的基因頻率為p2/2+pq/2=p/2, Xa基因型頻率為q2/2+pq/2=q/2，YA的基因頻

10、率為p2/2+pq/2=p/2，Ya的基因頻率q2/2+pq/2=q/2。通過計算可以看出，在群體中子代基因頻率和親代的基因頻率相同，保持不變。在顯性遺傳中，女性患者基因型頻率為XAXA 、XAXa，男性患者基因型頻率為XAYA 、XaYA 、XAYa。女性患病頻率為p2/2+pq，男性患病頻率為p2/2+pq/2+pq/2=p2/2+pq，頻率相等。在隱性遺傳中，女性患者基因型頻率為XaXa，男性患者基因型頻率為XaYa。女性患病頻率為q2/2，男性患病頻率為q2/2，頻率相等。由此可見位于X、Y同源區(qū)段上的基因，其基因頻率計算與常染色體計算方法相同，且同源區(qū)段的伴性遺傳男女患病率相等。四、

11、合子致死的群體是一個遺傳平衡的群體嗎？例3、（2010四川卷）果蠅的某一對相對性狀由等位基因（N，n）控制，其中一個基因在純合時能使合子致死（注：NN,XnXn,XnY等均視為純合子）。有人用一對果蠅雜交，得到F1代果蠅共185只，其中雄蠅63只。控制這一性狀的基因位于_染色體上，成活果蠅的基因型共有_種。 若F1代雌蠅僅有一種表現(xiàn)型，則致死基因是_，F(xiàn)1代雌蠅基因型為_。 若F1代雌蠅共有兩種表現(xiàn)型，則致死基因是_。讓F1代果蠅隨機交配，理論上F2代成活個體構(gòu)成的種群中基因N的頻率為_?！敬鸢浮?1)X 3(2)n XNXN、XNXn (3)N 1/11【解析】(1)F1代果蠅共185只，其

12、中雄蠅63只,占1/3,由此可知雄性個體有一種是致死的，且由雌雄致死幾率不同可判定該基因位于X染色體上。假設(shè)子代雄性個體未致死，子代基因型應(yīng)該有4種，按照組合數(shù)概念雙親必須都產(chǎn)生2種配子才能獲得子代4種基因型，所以可以肯定的是母本基因型為XNXn，父本基因型不確定。(2)若F1代雌蠅僅有一種(y zhn)表現(xiàn)型，則母本(mbn)產(chǎn)生的2種配子XN、Xn都被父本(fbn)產(chǎn)生的配子XN所遮蓋，則父本的基因型為XNY（如圖1所示），由于父本XNY存活，則子代雄性個體XnY純合致死，即致死基因為n； F1代雌蠅基因型有兩種（XNXN、XNXn）。 (3)若F1代雌蠅共有兩種表現(xiàn)型，則母本產(chǎn)生的2種配

13、子XN、Xn都被父本產(chǎn)生的配子Xn所遮蓋，所以父本的基因型為XnY（如圖2所示），由于父本XnY存活，則子代雄性個體XNY純合致死，致死基因為N。F1代雌蠅基因型為XNXn、XnXn ，比例1：1，雄蠅基因型為XnY，讓F1代果蠅隨機交配，即為（1/2XNXn1/2XNXnXnY）=（1/8 XNXn +3/8XnXn+3/8XnY）,按照基因頻率的概念XN/XN+Xn計算，理論上F2代成活個體構(gòu)成的種群中基因N的頻率為1/11。由此可見，合子致死的群體不是一個遺傳平衡的群體，需要按照基因頻率的概念來計算。五、顯性致死的群體是一個遺傳平衡的群體嗎？例4、（2011年廣東卷27）登革熱病毒感染蚊

14、子后，可在蚊子唾液腺中大量繁殖，蚊子在叮咬人時將病毒傳染給人，可引起病人發(fā)熱、出血甚至休克?？茖W(xué)家獲得一種顯性突變蚊子（AABB）。A、B基因位于非同源染色體上，只有A或B基因的胚胎致死。若純合的雄蚊（AABB）與野生型雌蚊（aabb）交配，F(xiàn)1群體中A基因頻率是 ，F(xiàn)2群體中A基因頻率是 ?！敬鸢浮?0% 60%【解析】純合的雄蚊（AABB）與野生型雌蚊（aabb）交配，F(xiàn)1代個體基因型為AaBb ，只考慮A、a這一對基因的情況下，雜合子中A基因頻率為50%；只有A或B基因的胚胎致死，F(xiàn)2代表現(xiàn)性為9:3:3:1，其中中間的3：3的單顯性個體全部死亡，剩余存活的個體為9：1的個體，分別為1A

15、ABB:2AaBB:2AABb:4AaBb:1aabb，只考慮A、a這一對基因的情況下，可簡化為1AA:2Aa:2AA:4Aa:1aa，即總基因數(shù)可看作2A+(2A+2a)+4A+(4A+4a)+2a，其中A占60%，所以F2群體中A基因頻率為60%。由此可見，顯性致死的群體不是一個遺傳平衡的群體，需要按照基因頻率的概念來計算。六、有個體(gt)淘汰的群體是一個(y )遺傳平衡的群體嗎？例5(16分)生物進化實質(zhì)是種群基因頻率的改變，其中影響種群基因頻率的因素有很多，如自然選擇、基因重組、遺傳漂變、生物個體的遷入遷出等。某中學(xué)生物研究小組為證明人工(rngng)選擇對種群基因頻率的影響，選用了

16、純種長翅果蠅和殘翅果蠅進行實驗。已知果蠅的長翅(B)對殘翅(b)為顯性，基因位于常染色體上 。他們的實驗過程如下：a選擇一只純種雄性長翅果蠅與一只雌性殘翅果蠅進行雜交，獲得子一代雌雄果蠅；b讓子一代果蠅連續(xù)自由交配5代，同時在每一代中要除去殘翅果蠅；c當(dāng)子六代所有長翅果蠅自由交配后，統(tǒng)計子七代長翅果蠅和殘翅果蠅在種群中的百分比；d根據(jù)殘翅果蠅的百分比計算出B、b基因在種群中的基因頻率，得出結(jié)論。請分析回答下面的問題。(1)如果按照上述步驟進行，在子三代長翅果蠅中純合子占_。(2)如果在每代中不除去殘翅果蠅，在子三代長翅果蠅中純合子占_。(3)請判斷該實驗過程的設(shè)計是否科學(xué)？_。你的理由是_。(

17、4)若讓你對此實驗過程進行改進，請設(shè)計出改進后的步驟。選擇一只純種雄性長翅果蠅與一只雌性殘翅果蠅進行雜交，獲得子一代雌雄果蠅；_；_；_。(5)請預(yù)期這種人工選擇對種群基因頻率的影響。_?！敬鸢浮?1)eq f(1,2)(2)eq f(1,3)(3)不科學(xué)沒有設(shè)置對照(沒有對照實驗)(4)將子一代果蠅分成性狀完全相同的甲、乙兩組，讓甲、乙兩組果蠅分別連續(xù)自由交配5次，同時將乙組在每一代中都要除去殘翅果蠅當(dāng)子六代所有長翅果蠅自由交配后，分別統(tǒng)計甲、乙兩組子七代中長翅果蠅和殘翅果蠅在種群中的百分比根據(jù)甲、乙兩組中殘翅果蠅的百分比，分別計算出甲、乙兩組中的B、b基因在種群中的基因頻率，比較得出結(jié)論(

18、5)這種人工選擇將導(dǎo)致B基因的頻率增大，b基因的頻率減小【解析】按照題中所說的方法，若每代淘汰殘翅果蠅，則基因頻率會發(fā)生改變，后代基因型頻率也會發(fā)生改變。如圖3所示。在F3中，長翅果蠅純合子為eq f(1,2)。若不淘汰(toti)bb個體(gt)，F(xiàn)2之后，果蠅種群的基因(jyn)頻率不再發(fā)生變化，則子三代中顯性純合子、雜合子、隱性純合子分別為eq f(1,4)、eq f(1,2)、eq f(1,4)，在子三代長翅果蠅中純合子占eq f(1,3)該實驗缺少對照，只能說明在人工選擇的情況下果蠅種群基因頻率的變化，而不能說明在不進行選擇的情況下果蠅種群基因頻率的變化。(4)將子一代果蠅分成性狀完全相同的甲、乙兩組，讓甲、乙兩組果蠅分別連續(xù)自由交配5次，同時將乙組在每一代中都要除去殘翅果蠅當(dāng)子六代所有長翅果蠅自由交配后，分別統(tǒng)計甲、乙兩組子七代中長翅果蠅和殘翅果