基因頻率計算

基因頻率是指在一個種群基因庫中，某個基因占全部等位基因數(shù)的比例。種群中某一基因位點上各種不同的基因頻率之和以及各種基因型頻率之和都等于1。對于一個種群來說，理想狀態(tài)下種群基因頻率在世代相傳中保持穩(wěn)定，然而在自然條件下卻受基因突變、基因重組、自然選擇、遷移和遺傳漂變的影響，種群基因頻率處于不斷變化之中，使生物不斷向前發(fā)展進化。因此，通過計算某種群的基因頻率有利于理解該種群的進化情況。為了進一步加深對這部分知識的理解和掌握，現(xiàn)將基因頻率計算類型和計算公式推導歸納如下：1.理想狀態(tài)下種群基因頻率的計算理想狀態(tài)下的種群就是處于遺傳平衡狀況下的種群，遵循“哈迪一溫伯格平衡定律”。遺傳平衡指在一個極大的隨機自由交配的種群中，在沒有突變發(fā)生，沒有自然選擇和遷移的條件下，種群的基因頻率和基因型頻率在代代相傳中穩(wěn)定不變，保持平衡。一個具有Aa基因型的大群體（處于遺傳平衡狀態(tài)的零世代或某一世代），A基因的頻率P（A）=p，a基因的頻率P（a）=q，顯性基因A的基因頻率與隱性基因a的基因頻率之和p+q=1，其雌雄個體向后代傳遞基因A型配子的頻率為p，與其相對應的傳遞隱性基因a型配子的頻率為q，則可用下表1來表示各類配子的組合類型、子代基因型及其出現(xiàn)的概率：表1雄配子雌配子A(p)a(q)A(p) AA(p2) Aa(pq)a(q) Aa(pq) aa(q2)由上表可知該種群后代中出現(xiàn)三種基因型AA、Aa、aa，并且三種基因型出現(xiàn)的頻率分別為P(AA)=pXp=p2=D；P(Aa)=2pXq=2pq=H；P(aa)=qXq=q2=R。且它們的頻率之和為p2+2pq+q2=(p+q)2=1。其基因頻率為A基因的頻率P(A)=D+1/2H=p2+pq=p(p+q)=p；a基因的頻率P(a)=R+1/2H=q2+pq=q(p+q)=q。可見子代基因頻率與親代基因頻率一樣。所以，在以后所有世代中，如果沒有突變、遷移和選擇等因素干擾，這個群體的遺傳成分將永遠處于p2+2pq+q2平衡狀態(tài)。伴性基因和多等位基因遺傳平衡的計算仍遵循上述規(guī)律。運用此規(guī)律，已知基因型頻率可求基因頻率；反之，已知基因頻率可求基因型頻率。例題:已知苯丙酮尿癥是位于常染色體上的隱性遺傳病據(jù)調(diào)查，該病的發(fā)病率大約為1/10000,請問在人群中該苯丙酮尿癥隱性致病基因(a)的基因頻率以及攜帶此隱性基因的攜帶者(Aa)基因型頻率分別是()A.1%和0.99%B.1%和1.98%C.1%和3.96%D.1%和0.198%解析：苯丙酮尿癥是一種常染色體隱性遺傳病。由于該病則發(fā)病基因型為aa,即a2=0.0001,a=0.01,A=1-a=1-0.01=0.99，攜帶者基因型為Aa的頻率=2X0.01X0.99=0.0198。答案：D變式1.在某個海島上，每一萬個人中有500名男子患紅綠色盲，則該島上的人群中，女性攜帶者的數(shù)量為每萬人中有多少?(假設男女比為1：1)(B)A.1000人B.900人C.800人D?700人變式2：人的ABO血型決定于3個等位基因Ia、Ib、i。通過抽樣調(diào)查發(fā)現(xiàn)血型頻率:A型=0.45,B型=0.13,AB型=0.06,O型=0.36。試計算Ia、Ib、i這3個等位基因的頻率。答案：Ia頻率為0.3,Ib頻率為0.1,i頻率為0.6。2?自然狀態(tài)下種群基因頻率的計算對于生活在自然界中的種群來說，理想狀態(tài)下的條件是不可能同時存在，種群基因頻率不可能保持平衡，而是處于不斷變動和發(fā)展的。這種非平衡群體常采用抽樣調(diào)查的方法獲得的數(shù)據(jù)來計算其基因頻率，根據(jù)基因所在位置可分為兩種類型。2.1關于常染色體遺傳基因頻率的計算由定義可知，某基因頻率=某基因的數(shù)目/該基因的等位基因總數(shù)X100%。若某二倍體生物的常染色體的某一基因位點上有一對等位基因A、a,他們的基因頻率分別為p、q,可組成三種基因型AA、Aa、aa,基因型頻率分別為D、H、R,個體總數(shù)為N,AA個體數(shù)為*,Aa個體數(shù)為n2,aa個體數(shù)為n3,七+七+七5。那么：基因型AA的頻率=D=n1/N,n1=ND；基因型Aa的頻率=H=n2/N。n2=NH基因型aa的頻率=R=n3/N,n3=NR；基因A的頻率P（A）=（2n1+n2）/2N=（2ND+NH）/2N=D+1/2H=p基因a的頻率P（a）=（2%+氣）/2N=（2NR+NH）/2N=R+1/2H=q因為p+q=1所以D+1/2H+R+1/2H=D+R+H=1由以上推導可知，常染色體基因頻率的基本計算式：某基因頻率=（2X該基因純合子個數(shù)+1X雜合子個數(shù)）/2X種群調(diào)查個體總數(shù)常染色體基因頻率的推導計算式：某基因頻率=某種基因的純合子頻率+1/2雜合子頻率例題：從某個種群中隨機抽出100個個體，測知基因型為AA、Aa和aa的個體分別是30、60和10個。求這對等位基因的基因頻率。解法一：先求出該種群等位基因的總數(shù)和A或a的個數(shù)。100個個體共有200個基因;其中，A基因有2X30+60=120個，a基因有2X10+60=80個。然后由常染色體基因頻率的基本式計算求得：A基因的頻率為：120^200=60%a基因的頻率為：80^200=40%解法二由題意可知，AA、Aa和aa的基因型頻率分別是30%、60%和10%,由常染色體基因頻率的推導式計算求得：A基因的頻率為：30%+1/2X60%=60%a基因的頻率為：10%+1/2X60%=40%變式1：已知人眼的褐色（A）對藍色（a）是顯性，屬常染色體上基因控制的遺傳。在一個30000人的人群中，藍眼的有3600人，褐眼的有26400人，其中純合子有12000人，那么，這一人群中A和a基因的基因頻率分別為（A）A?64%和36%B.36%和64%C.50%和50%D.82%和18%變式2：在一個種群中隨機抽出一定數(shù)量的個體，其中，基因型為BB的個體占40%，基因型為Bb的個體占50%，基因型為bb的個體占10%，則基因B和b的頻率分別是（B）A?90%，10%B.65%，35%C.50%，50%D.35%，65%2.2關于X或Y染色體遺傳基因頻率的計算對于伴性遺傳來說，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；而位于X、Y非同源區(qū)段上的基因，伴X染色體遺傳，在Y染色體上沒有該基因及其等位基因。同理伴Y染色體遺傳，在X染色體上也沒有其對等的基因。所以在計算基因總數(shù)時，應只考慮X染色體（或Y染色體）上的基因總數(shù)。若某二倍體生物的X染色體的某一基因位點上有一對等位基因B、b，他們的基因頻率分別為P、q,可組成五種基因型XbXb、XBXb、XbXb、XbY和XbY，基因型頻率分別為E、F、G、H和I，個體總數(shù)為N，XbXb個體數(shù)為n1，Xb%個體數(shù)為n2，XbXb個體數(shù)為n3，XbY個體數(shù)為氣、XbY個體數(shù)為％。且n+n+n=n+n那么：1 2 3 4 5E=*/N、F=n2/N、G=n3/N、H=n4/N、I=n5/N；P(Xb)=(2n+n+n)/[2(n+n+n)+(n+n)]=(2n+1 2 4 1 2 3 4 5 1n2+n,/1.5N=2/3(2E+F+H)q(Xb)=(2n+n+n)/[2(n+n+n)+(n+n)]=(2n+3 2 5 1 2 3 4 5 3n2+n,/1.5N=2/3(2G+F+I)由以上推導可知，X染色體基因頻率的基本計算式：某基因頻率=(2X該基因雌性純合子個數(shù)+雌性雜合子個數(shù)+雄性含該基因個數(shù))/(2X雌性個體總數(shù)+雄性個體數(shù))X染色體基因頻率的推導計算式：某種基因的基因頻率=2/3(2X某種基因雌性純合體頻率+雌性雜合體頻率+雄性該基因型頻率)(雌、雄個體數(shù)相等的情況下)例題：從某個種群中隨機抽出100個個體，測知基因型為XbXb、XBXb、XbXb和XbY、XbY的個體分別是44、5、1和43、7。求Xb和Xb的基因頻率。解法一：就這對等位基因而言，每個雌性個體含有2個基因，每個雄性個體含有1個基因(Y染色體上沒有其等位基因)。那么，這100個個體共有150個基因，其中雌性個體的基因有2X(44+5+1)=100個，雄性個體的基因有43+7=50個。而Xb基因有44X2+5+43=136個，基因Xb有5+1X2+7=14個。于是，根據(jù)X染色體基因頻率的基本式計算求

得:Xb的基因頻率為：136:150^90.7%Xb的基因頻率為：14:150^9.3%解法二由題意可知，XbXb、XBXb、XbXb和XbY、XbY的基因型頻率分別44%、5%、1%和43%、7%，因為雌性、雄性個體的基因型頻率各占50%,于是，由X染色體基因頻率的推導式計算求得：Xb基因的基因頻率=2/3X（2X44%+5%+43%）^90.7%Xb基因的基因頻率=2/3X（2X1%+5%+7%）e9.3%變式1：某工廠有男女職工各200名，調(diào)查發(fā)現(xiàn)，女性色盲基因的攜帶者為15人，患者5人，男性患者11人。那么這個群體中色盲基因的頻率是（B）A.4.5%B.6%C.9%D.7.8%變式2：對歐洲某學校的學生進行遺傳調(diào)查時發(fā)現(xiàn)，血友病患者占0.7%（男：女=2：1）；血友病攜帶者占5%,那么，這個種群的Xh的頻率是（C）A.2.97%解析：B.0.A.2.97%解析：B.0.7%C.3.96%D.3.2%方法一：這里首先要明確2:1為患者中男女的比例，人群中男女比例為1：1。假設總人數(shù)為3000人。則男患者為3000X0.7%X2/3=14，女患者為3000X0.7%X1/3=7。攜帶者為3000X5%=150。則Xh的頻率=(14+7X2+150)/(1500X2+1500)=3.96%。方法二：人群中男女比例為1：1,根據(jù)X染色體基因頻率的推導式計算求得：Xh的頻率=2/3(0.7%X1/3X2+0.7%X2/3+5%)=3.96%。答案：選C?？傊M管基因頻率的計算類型復雜多樣，其思維方法又迥然各異，但是我們只要把握住基因頻率計算的條件和方法規(guī)律，弄清原委并靈活運用，就能準確地計算出正確的答案。主要參考文獻李難.進化論教程.北京：高等教育出版社，1990.9:244—276.朱正威，趙占良.普通高中課程標準實驗教科書生物必修2遺傳與進化.北京：人民教育出版社，2007：1152010-04-09人教網(wǎng)關閉打印推薦給朋友大中小【上一篇】淺談生長素的橫縱運輸在解題中的應用【下一篇】與遺傳和變異相關的探究題型的解法及思維方法繼教網(wǎng)首頁|論壇|博客.項目主頁.省級主頁.課堂主頁.班級主頁2010年焦作市骨干教師遠程培訓當前位置：課堂主頁一＞文章有關基因頻率和基因型頻率的題型歸類分析張麗霞（學員）發(fā)布時間：2011-06-3008:30:59有關基因頻率和基因型頻率的題型歸類分析摘要本文對有關基因頻率和基因型頻率的計算題型進行歸類分析。關鍵詞基因頻率基因型頻率歸類分析近幾年的高考中時有基因頻率和基因型頻率的試題出現(xiàn)，2010年高考理綜全國I卷選擇題4是一道單獨考查對基因頻率理解的試題。在新課標人教版《生物》必修（2）中的正文、思考與討論、探究中都有關于基因頻率和基因型頻率的知識，因此有必要對有關知識歸類分析，幫助學生理解。種群是生物進化的基本單位，也是繁殖的基本單位，基因頻率和基因型頻率可以表示種群的遺傳組成。不同種群的同一基因往往有不同頻率，品種間的差異實際上是基因頻率的差異。不同的基因型頻率反映了各群體性狀的表現(xiàn)特點。基因頻率是指一個種群基因庫中，某個基因占全部等位基因數(shù)的比率;基因型頻率等于某種群中某基因型的個體數(shù)與該種群中的總個體數(shù)的比值。即：下面以二倍體為例，介紹高中生物學中常見的題型。1.已知常染色體上不同基因型的個體數(shù)求基因頻率和基因型頻率設有N個個體的種群，基因型為AA、Aa、aa的個體數(shù)分別是"n2、n3。A、a的基因頻率分別是PA、p表示，AA、Aa、aa的基因型頻率分別用PAA、PAa、Paa表示?；蝾l率和基因型頻率的關系如下：結論：種群中同一位點基因型頻率的總和等于1，等位基因頻率的總和等于1，一個基因的頻率等于該基因純合體的頻率加上一半雜合體的頻率。只要是種群，這種計算方法是在任何群體（平衡或不平衡）中都是適應的。例1.從某個種群中隨機抽出100個個體，測知基因型為AA、Aa和aa的個體分別是30個、60個和10個。求各基因型頻率和各基因頻率。解析：①根據(jù)定義計算，AA基因型的頻率：304-100=30%Aa的基因型頻率：604100=60%aa的基因型頻率：104100=10%②求基因頻率：因為常染色體上的基因是成對存在的，所以：A基因的頻率：（30X2+60）4（100X2）=60%,a的基因頻率：（10X2+60）4-（100X2）=40%或PA=30%+1/2X60%=60%Pa=10%+1/2X60%=40%.已知性染色體上不同基因型個體數(shù)求基因頻率和基因型頻率由于性染色體具有性別差異，在XY型的動物中：雌性（早）為XX,雄性（白）為XY；在ZW型的動物中，雌性（早）為ZW,雄性（白）為ZZ?？梢园汛菩劭醋鰞蓚€群體分別計算，也可以看做一個群體計算。2.1研究對象是性染色體同型群體（XX、ZZ）在性染色體同型群體（XX、ZZ）的群體中，基因頻率和基因型頻率的關系與常染色體上基因頻率和基因型頻率的關系相同計算方法同例1。2.2研究對象是性染色體異型的群體（XY、ZW），基因位于乂染色體上且是Y的非同源段由于基因的數(shù)量和基因型的數(shù)量相等，因此基因頻率等于基因型頻率。例2.某地區(qū)遺傳調(diào)查發(fā)現(xiàn)男性色盲占該地區(qū)總人口的7%。色盲男性患者的基因型為XbY,其頻率是7%,可以看作是Xb出現(xiàn)的頻率為7%。從理論上推斷，女性患者的基因型為XbXb,發(fā)病率為7%X7%=0.49%。2.3研究對象是同種雌雄整體作為群體，基因位于X染色體上且是Y的非同源段例3.某工廠有男女職工各200人，進行調(diào)查時發(fā)現(xiàn)，女性色盲基因的攜帶者為15人，患者5人，男性患者11人，那么這個群體中色盲基因的頻率為多大？分析：色盲基因是伴X染色體隱性遺傳。女性色盲攜帶者15人，基因型為XBXb，色盲基因Xb個數(shù)是15；女性色盲患者基因型為XbXb,基因個數(shù)是5X2=10；男性患者基因型為XbY,基因個數(shù)為11。群體中該色盲基因總個數(shù)為X染色體個數(shù)200X2+200=600,所以Xb基因的頻率是：PXb=（15+10+11）/600=0.06。.計算達到遺傳平衡群體的基因頻率和基因型頻率所謂平衡群體是指在世代更替的過程中，遺傳組成（基因頻率和基因型頻率）不變的群體。要達到平衡群體必須具備以下條件:大群體、隨機交配、無遷移現(xiàn)象、無突變、無選擇。對于這樣的群體，英國數(shù)學家哈代和德國醫(yī)生溫伯格于1908年發(fā)表了有關基因頻率和基因型頻率的重要規(guī)律，稱為哈代一溫伯格定律（叫基因平衡定律）。當一個群體處于平衡時，基因頻率和基因型頻率的關系是：（P+q）2=P?+2pq+q2，A基因的頻率=P，a基因的頻率=q，P+q=1;AA基因型的頻率=P2，Aa基因型的頻率=2pq，aa基因型的頻率=q2,P2+2pq+q2=1。例4.一個果蠅的種群中，基因型為AA的個體占1/3,基因型為Aa的個體占2/3,在沒有人為干擾的情況下，果蠅隨機交配，問子代中各種基因型個體所占的比例是多少？子代的基因頻率是多少？分析：由題意可知，種群隨機交配，我們視這個種群達到遺傳平衡狀態(tài)，先求基因頻率，再根據(jù)哈代一溫伯格定律中基因頻率和基因型頻率之間的關系推出基因型頻率。計算方法如下：該種群的基因頻率：P=1/3+2/3X1/2=2/3,P=2/3X1/2=A a1/3子代的基因型頻率：PAA=（2/3）2=4/9,PAa=2X2/3X1/3=4/9,Paa=（1/3）2=1/9子代的基因頻率:P=4/9+4/9X1/2=2/3,P=1/9+4/9X1/2A a=1/3結論：在任何一個大的群體內(nèi)，不論（起初）基因型頻率如何，是否處于平衡狀態(tài)，只要經(jīng)過一代隨機交配，一對常染色體上的基因頻率和基因型頻率就可達到平衡,群體就達到遺傳平衡狀態(tài)。即在這個遺傳平衡群體中從一代到另一代，沒有基因（型）頻率的變化。若沒有其它因素的影響（基因突變、遺傳漂移、遷移），一直進行隨機交配，這種平衡狀態(tài)始終不變。例5.已知玉米的高莖和矮莖是一對相對性狀，將純種的高莖玉米和矮莖玉米雜交，F(xiàn)1全為高莖。讓F1個體相互授粉產(chǎn)生F2，再讓F2中的高莖玉米相互授粉，則后代中高莖玉米和矮莖玉米的比例為（）A?8:1B.9:1C.6:1D.3:1分析：根據(jù)題意可以推出高莖和矮莖分別由顯性基因（A）和隱性基因（a）控制。F1的基因型全為Aa，A的頻率為1/2,a的頻率也是1/2,相互授粉后視為達到遺傳平衡，F(xiàn)2中AA的頻率是（1/2）2=1/4；Aa的頻率是2X1/2X1/2=1/2；aa的頻率為(1/2)2=1/4。再讓F2中的高莖玉米相互授粉，不再考慮aa,在所有Aa、AA個體中，Aa占2/3,AA占1/3，這時A的頻率為1/3+2/3X1/2=2/3,a的頻率是2/3X1/2=1/3，又因相互授粉，視為達到遺傳平衡，F(xiàn)3中AA的頻率是(2/3)2=4/9；Aa的頻率是2X1/3X2/3=4/9；aa的頻率為(1/3)2=1/9。因此高莖玉米和矮莖玉米的比例為(4/9+4/9):1/9=8:1,答案選A。例6.已知某種常染色體上隱性基因控制的遺傳病在自然人群中發(fā)病率為1/81,現(xiàn)有一對表現(xiàn)型正常的夫婦，它們生育的子女中患該種遺傳病的可能性是()A?64/6561B.1/100C.1/81D.2/81分析：由于隱性基因控制遺傳病的發(fā)病率為1/81,可知自然人群中隱性基因的頻率為1/9，顯性基因的頻率為8/9；自然人群中顯性純合體為(8/9)2=64/81，雜合體為16/81,隱性純合體為1/81,正常人群中雜合體的比例為：16/814-(64/81+16/81)=1/5。表現(xiàn)型正常的人的基因組成有顯性純合體和雜合體，只有當雙親均為雜合體時，子女中才有1/4患病的可能，所以表現(xiàn)型正常的夫婦婚配，生出該種遺傳病的可能性是1/4X1/5X1/5=1/100,答案選B。結論：綜合例4、例5和例6,當題目中明確指出生物是隨機交配、植物相互授粉、某自然群體中隱性患者的頻率時，可以理解為生物群體達到遺傳平衡，可以根據(jù)哈代——溫伯格定律中基因頻率和基因型頻率的關系計算。.計算植物自交后的基因頻率和基因型頻率例7.一個種群中基因型為AA的個體占24%,基因型為Aa的個體占72%,基因型為aa的個體占4%，自交一代之后，種群中基因型為AA和基因型為aa的個體分別占（）A.60%、40%B.36%、42%C.42%、22%D.24%、22%分析：由題意可知，三種基因型分別自交。曲自交后代100%為AA,aa自交后代100%為aa,而Aa自交后會發(fā)生性狀分離。子代中基因型AA