對(duì)遺傳不平衡群體計(jì)算問(wèn)題的探討

1、對(duì)遺傳不平衡群體計(jì)算問(wèn)題的探討在基因頻率計(jì)算的教學(xué)中，有幾個(gè)特殊問(wèn)題一直是教學(xué)的難點(diǎn)，經(jīng)常在課堂上令年輕教師束手無(wú)策，難以解釋清楚，本文對(duì)這幾道例題進(jìn)行簡(jiǎn)單解析，以期與同行交流。一、人工隨機(jī)選擇種群的基因型頻率與隨機(jī)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(dòng)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(qǐng)回答：（1）該種群中a基因的頻率為。（2）如果該種群滿足四個(gè)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(gè)體間隨機(jī)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(jī)交配，其后代中aa的基因型頻率（會(huì)、不會(huì)）發(fā)生改變

2、。【答案】（10分）（1）0.5（1分） （2）足夠大基因突變（或突變）選擇0.25不會(huì)（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(duì)哈代-溫伯格定律（遺傳平衡定律）的考查。 根據(jù)公式計(jì)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。該理想狀態(tài)要滿足5個(gè)條件：種群足夠大；種群中個(gè)體間可以隨機(jī)交配；沒有突變發(fā)生；沒有新基因加入；沒有自然選擇。此時(shí)各

3、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?duì)（A、a）時(shí)， 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(jì)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(jī)交配，其后代中aa的基因型頻率不會(huì)發(fā)生改變?！咎岢鰡?wèn)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(wèn)中該種群的子一代中aa的基因型頻率需要先計(jì)算出a基因的頻率，然后再依據(jù)基因型頻率的概念計(jì)算

4、，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(wèn)題】這個(gè)問(wèn)題確實(shí)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(shí)際上在該題中親本種群是人工隨機(jī)選擇的，并沒有選取到他們的雙親產(chǎn)生出來(lái)的全部個(gè)體，所以群體數(shù)量不夠大，是一個(gè)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(gè)隨機(jī)選取種群所產(chǎn)生的雌雄配子的基因頻率來(lái)計(jì)算，即（A:a）×(A:a)=(p:q)×(p:q)=AA(p2)+A(2pq)+aa(q2),從子一代開始，由于是隨機(jī)交配，并且統(tǒng)計(jì)了所有后代的情況，所以子一代群體是一個(gè)平衡群體，可以依據(jù)

5、哈代-溫伯格定律去計(jì)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。而且從子一代開始，只要是隨機(jī)交配，后代中aa的基因型頻率一直會(huì)是0.25，不會(huì)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(jì)，我國(guó)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% B1.75% 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(gè)群體中基因型有5種，分別為XBY、XbY、XBXB、XBXb、XbXb，其中雄性占1/2

6、, 雌性占1/2，所以在整個(gè)群體中(XBY+XbY) 占1/2，（XBXB+XBXb+XbXb）占1/2。在雄性個(gè)體中，(XBY+XbY)=（p+q）=1。在雌性個(gè)體中（XBXB+XBXb+XbXb）=(p2+2pq+q2)=1。按照基因型頻率概念可以計(jì)算出各種基因型頻率，如下表所示：XBXBXBXbXbXbXBYXbY在整個(gè)群體中1/2p2pq1/2q21/2p1/2q在雄性群體中pq在雌性群體中p22pqq2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(wèn)題】在伴性遺傳中，由于男女基因型的差

7、異，所以男性、女性基因型頻率計(jì)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(jì)算與常染色體計(jì)算相同嗎？對(duì)于X、Y同源區(qū)段的遺傳要達(dá)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(gè)體中和雄性個(gè)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(guò)自由交配后產(chǎn)生的子代基因型及在整個(gè)人群中的基因型頻率為：X、Y同源區(qū)段伴

8、性遺傳交配頻率計(jì)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）由表格可知，在整個(gè)群體中XAXA= p2/2，XAXa=pq，XaXa=q2/2, XAYA= p2/2，XaYA=pq/2，XAYa=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+q

9、2）=1。如果把女性作為一個(gè)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(gè)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的基因頻率為p2/2+pq/2=p/2，Ya的基因頻率q2/2+pq/2=q/2。通過(guò)計(jì)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

10、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(jì)算與常染色體計(jì)算方法相同，且同源區(qū)段的伴性遺傳男女患病率相等。四、合子致死的群體是一個(gè)遺傳平衡的群體嗎？例3、（2010四川卷）果蠅的某一對(duì)相對(duì)性狀由等位基因（N，n）控制，其中一個(gè)基因在純合時(shí)能使合子致死（注：NN,XnXn,XnY等均視為純合子）。有人用一對(duì)果蠅雜交，得到F1代果蠅

11、共185只，其中雄蠅63只。1 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。 2 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(jī)交配，理論上F2代成活個(gè)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  

12、0;   1/11【解析】(1)F1代果蠅共185只，其中雄蠅63只,占1/3,由此可知雄性個(gè)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(gè)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代雌蠅僅有一種表現(xiàn)型，則母本產(chǎn)生的2種配子XN、Xn都被父本產(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(gè)體XnY純合致死，即致死基因?yàn)閚； F1代雌蠅基因型有兩種（XNXN 、XNXn&#

13、160;）。 (3)若F1代雌蠅共有兩種表現(xiàn)型，則母本產(chǎn)生的2種配子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(gè)體XNY純合致死，致死基因?yàn)镹。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(jī)交配，即為（1/2XNXn1/2XNXn×XnY）=（1/8 XNXn +3/8XnXn+3/8XnY）,按照基因頻率的概念XN/XN+Xn計(jì)算，理論上F2代成活個(gè)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(gè)遺傳平衡的群體，需要按照基因頻率的概念來(lái)計(jì)算。五、顯性致

14、死的群體是一個(gè)遺傳平衡的群體嗎？例4、（2011年廣東卷27）登革熱病毒感染蚊子后，可在蚊子唾液腺中大量繁殖，蚊子在叮咬人時(shí)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(gè)體基因型為AaBb ，只考慮A、a這一對(duì)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，

15、其中中間的3：3的單顯性個(gè)體全部死亡，剩余存活的個(gè)體為9：1的個(gè)體，分別為1AABB:2AaBB:2AABb:4AaBb:1aabb，只考慮A、a這一對(duì)基因的情況下，可簡(jiǎn)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(gè)遺傳平衡的群體，需要按照基因頻率的概念來(lái)計(jì)算。六、有個(gè)體淘汰的群體是一個(gè)遺傳平衡的群體嗎？例5(16分)生物進(jìn)化實(shí)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(gè)體的遷入遷出等。某中學(xué)生物研

16、究小組為證明人工選擇對(duì)種群基因頻率的影響，選用了純種長(zhǎng)翅果蠅和殘翅果蠅進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。已知果蠅的長(zhǎng)翅(B)對(duì)殘翅(b)為顯性，基因位于常染色體上 。他們的實(shí)驗(yàn)過(guò)程如下：a選擇一只純種雄性長(zhǎng)翅果蠅與一只雌性殘翅果蠅進(jìn)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(shí)在每一代中要除去殘翅果蠅；c當(dāng)子六代所有長(zhǎng)翅果蠅自由交配后，統(tǒng)計(jì)子七代長(zhǎng)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(jì)算出B、b基因在種群中的基因頻率，得出結(jié)論。請(qǐng)分析回答下面的問(wèn)題。(1)如果按照上述步驟進(jìn)行，在子三代長(zhǎng)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(zhǎng)翅果蠅中純合子占_。(3)請(qǐng)判

17、斷該實(shí)驗(yàn)過(guò)程的設(shè)計(jì)是否科學(xué)？_。你的理由是_。(4)若讓你對(duì)此實(shí)驗(yàn)過(guò)程進(jìn)行改進(jìn)，請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)出改進(jìn)后的步驟。選擇一只純種雄性長(zhǎng)翅果蠅與一只雌性殘翅果蠅進(jìn)行雜交，獲得子一代雌雄果蠅；_；_；_。(5)請(qǐng)預(yù)期這種人工選擇對(duì)種群基因頻率的影響。_?！敬鸢浮?1)(2)(3)不科學(xué)沒有設(shè)置對(duì)照(沒有對(duì)照實(shí)驗(yàn))(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(shí)將乙組在每一代中都要除去殘翅果蠅當(dāng)子六代所有長(zhǎng)翅果蠅自由交配后，分別統(tǒng)計(jì)甲、乙兩組子七代中長(zhǎng)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(jì)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(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(shuō)的方法，若每代淘汰殘翅果蠅，則基因頻率會(huì)發(fā)生改變，后代基因型頻率也會(huì)發(fā)生改變。如圖3所示。在F3中，長(zhǎng)翅果蠅純合子為。若不淘汰bb個(gè)體，F(xiàn)2之后，果蠅種群的基因頻率不再發(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、，在