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这也从反面说明了在自然界中,种群的基因频率迟早要发生变化,也就是说种群的进化是必然的。
基因频率是指某种基因在某个种群中出现的比例。
对于基因频率的计算类题目,可以说是高中生物教材中关于“现代生物进化理论”中的难点,因此特将此类习题作一归类与总结。
1、通过基因型个数计算基因频率
方法:
某种基因的基因频率=此种基因的个数/(此种基因的个数+其等位基因的个数)
例1:
在一个种群中随机抽取100个个体,测知基因型为AA、Aa和aa的个体分别是30、60和10个。
求基因A与a的频率是多少?
解析:
就A与a这对等位基因来说,每个个体可以看做含有2个基因。
那么,这100个个体共有200个基因,其中,A基因有2×
30+60=120个,a基因有2×
10+60=80个。
于是,在这个种群中,
A基因的基因频率为:
120÷
200=60%
a基因的基因频率为:
80÷
200=40%
2、通过基因型频率计算基因频
某种基因的基因频率=某种基因的纯合体频率+1/2杂合体频率
例2:
在一个种群中随机抽出一定数量的个体,其中,基因型为AA的个体占18%,基因型为Aa的个体占78%,aa的个体占4%。
基因A和a的频率分别是:
A.18%、82%B.36%、64%C.57%、43%D.92%、8%
该题答案为C。
[解析1]:
18%+78%×
1/2=57%
a基因的基因频率为:
4%+78%×
1/2=43%
[解析2]:
先把题目转化为基因型个数(即第一种计算方法)。
不妨设该种群为100个个体,则基因型为AA、Aa和aa的个体分别是18、78和4个。
就这对等位基因来说,每个个体可以看做含有2个基因。
18+78=114个,a基因有2×
4+78=86个。
114÷
200=57%,a基因的基因频率为:
86÷
200=43%
也可以先算出一对等位基因中任一个基因的频率,再用1减去该值即得另一个基因的频率。
例3:
据调查,某地人群基因型为XBXB的比例为42.32%、XBXb为7.36%、XbXb为0.32%、XBY为46%、XbY为4%,求在该地区XB和Xb的基因频率分别为
[解析]取100个个体,由于B和b这对等位基因只存在于X染色体上,Y染色体上无相应的等位基因。
故基因总数为150个,而XB和Xb基因的个数XB、Xb分别为42.32×
2+7.36+46=138,7.36+0.32×
2+4=12,再计算百分比。
XB、Xb基因频率分别为138/150=92%,12/150=8%
3、根据遗传平衡定律计算基因频率
一个群体在符合一定条件的情况下,群体中各个体的比例可从一代到另一代维持不变。
遗传平衡定律是由Hardy和Weinberg于1908年分别应用数学方法探讨群体中基因频率变化所得出一致结论。
符合遗传平衡定律的群体,需满足的条件:
(1)在一个很大的群体中;
群体的基因频率和基因型频率在一代一代繁殖传代中保持不变。
这样,用数学方程式可表示为:
(p+q)2=1,p2+2pq+q2=1,p+q=l。
其中p代表一个等位基因的频率,q代表另一个等位基因的频率。
运用此规律,已知基因型频率可求基因频率;
反之,已知基因频率可求基因型频率。
例4:
某人群中每10000人中有一白化病患者(aa),问该人群中带有a基因的杂合体概率是
[解析]:
已知基因型aa的频率为1/10000则基因a的频率q=0.01,基因A的频率p=1-0.01=0.99,,则基因型Aa的频率为2pq=2×
0.99×
0.01=0.0198
例5:
若在果蝇种群中,XB的基因频率为80%,Xb的基因频率为20%,雌雄果蝇数相等,理论上XbXb、XbY的基因型频率依次为()
A.1%2%B.8%8%C.2%10%D.2%8%
雌性果蝇XbXb的基因型频率按照遗传平衡定律计算,为Xb的平方,即4%,但雌雄性比为1:
1,则XbXb的频率为4%×
1/2=2%。
由于雄性果蝇只有一条X性染色体,则雄果蝇的X基因频率就是基因型频率,为20%,但雌雄性比为1:
1,则XbY的频率为20%×
1/2=10%。
一、利用种群中一对等位基因组成的各基因型个体数求解
种群中某基因频率=种群中该基因总数/种群中该对等位基因总数×
100%
种群中某基因型频率=该基因型个体数/该种群的个体数×
例1已知人的褐色(A)对蓝色(a)是显性。
在一个有30000人的群体中,蓝眼的有3600人,褐眼的有26400人,其中纯体12000人。
那么,在这个人群中A、a基因频率和AA、Aa、aa基因型频率是多少?
解析
等位基因成对存在,30000个人中共有基因30000×
2=60000个,蓝眼3600含a基因7200个,褐眼26400人,纯合体12000人含A基因24000个,杂合体14400人含(26400-12000)×
2=28800个基因,其中A基因14400个,a基因14400个。
则:
A的基因频率=(24000+14400)/60000=0.64,a的基因频率=7200+14400)/60000=0.36
AA的基因型频率=12000÷
30000=0.4,Aa的基因型频率=14400÷
30000=0.48,aa的基因型频率=3600÷
30000=0.12
二、利用基因型频率求解基因频率
种群中某基因频率=该基因控制的性状纯合体频率+1/2×
杂合体频率
例2
在一个种群中随机抽取一定数量的个体,其中基因型AA的个体占12%,基因型
Aa的个体占76%,基因型aa的个体占12%,那么基因A和a频率分别是多少?
A的频率=AA的频率+1/2Aa的频率=12%+1/2×
76%=50%,a的频率=aa的频率+1/2Aa的频率=12%=1/2×
76%=50%
例3
据调查,某小学的小学生中,基因型的比例为XBXB(43.32%)、XBXb(7.36%)、XbXb(0.32%)、XBY(46%)、XbY(4%),则在该地区XB和Xb的基因频率分别是多少?
XB频率=42.32%+1/2×
7.36%+46%=92%
Xb的频率=1/2×
7.36%+0.32%+4%=8%
三、利用遗传平衡定律求解基因频率和基因型频率
1
遗传平衡指在一个极大的随机交配的种群中,在没有突变、选择和迁移的条件下,种群的基因频率和基因型频率可以世代保持不变。
遗传平衡的种群中,某一基因位点上各种不同的基因频率之和以及各种基因型频率之和都等于是1。
2
遗传平衡定律公式的推导和应用
⑴
遗传平衡群体中一对等位基因A、a的遗传平衡定律公式
设群体中A的基因频率为p,a的基因频率为q.由于种群中个体的交配是随机的,而且又没有自然选择,每个个体都为下代提供了同样数目的配子,所以两性个体之间的随机交配可以归结为两性配子的随机结合,而且各种配子的频率就是基因频率。
雄性个体产生的配子A频率为p、a配子频率为q,雌性个体产生的配子频率A频率为p、a配子频率为q。
根据基因的随机结合,用下列式子可求出子代的基因型频率:
♂(pA+qa)×
♀(pA+qa)=p2AA+2pqAa+q2aa=1,即AA的基因频率为p2,Aa的基因型频率为2pq,aa的基因型频率为q2。
例4
已知苯丙酮尿是位于常染色体上的隐性遗传病。
据调查,该病的发病率大约为
1/10000,请问在人群中该丙苯酮尿隐性致病基因(a)的基因频率以及携带此隐性基因的携带者(Aa)基因型频率各是多少?
解析
设苯丙酮尿隐性基因为a,携带者基因型为Aa。
因为aa频率=q2=1/10000,所以a频率=q=0.01,又因为p+q=1,所以p=0.99,因为Aa的基因频率=2pq,所以Aa的频率=2×
0.01=0.0198。
⑵
遗传平衡群体中复等位基因的遗传平衡定律公式
以人的ABO血型系统决定于3个等位基因IA、IB、i为例。
设基因IA的频率为p,基因IB的频率为q,基因i的频率为r,且人群中p+q+r=1。
在遗传平衡的人群中,由于种群中个体的交配是随机的,而且又没有自然选择,每个个体都为下代提供了同样数目的配子,所以两性个体之间的随机交配可以归结为两性配子的随机结合,而且各种配子的频率就是基因频率。
雄性个体产生的配子IA频率为p、IB配子频率为q,雌性个体产生的配子IA频率为p、IB配子频率为q。
根据基因的随机结合,用下列式子可求出子代的基因型及频频率:
♂(pIA+qIB+ri)×
♀(pIA+qiB+ri)=p2IAIA+q2IBIB+r2ii+2pqIAIB+2prIAi+2qrIBi=1,即IAIA的基因型频率为p2,IAi的基因型频率为2pr;
IBIB的基因型频率为q2,IBi的基因型频率为2qr;
ii的基因型频率为r2;
IAIB的基因型频率为2pq。
例5
通过抽样调查发现血型频率(基因型频率):
A型血(IAIA,IAi)的频率=0.45;
B型血(IBIB,IBi)的频率=0.13;
AB型血(IAIB)的频率=0.06;
O型血(ii)=0.36。
试计算
IA、IB、I的基因频率。
设IA的频率为p,IB的频率q,i的频率为r.根据以上公式可知:
O型血的基因型频率=r2=0.36;
A型血的基因型频率=p2+2pr=0.45;
B型血的基因频率=q2+2qr=0.13;
AB型血的基因型频率=2pq=0.06。
解方程即可得出IA的基因频率为0.3;
IB的基因频率为0.1;
i的基因频率为0.6。
⑶
遗传平衡群体中伴性基因的遗传平衡定律公式
以人类的色盲基因遗传为例。
因为女性的染色体组成为XX,男性的染色体组成为XY,
Y染色体上无该等位基因,所以,在男性群体中:
其基因频率与基因型频率相同,也和表现型频率一样,设XB的频率为p,Xb的频率为q,则有XB的频率=XBY的频率=p,Xb的频率=XbY的频率=q,且p+q=1。
由于男性中的XB、、Xb均来自于女性,故在女性群体中:
XB的频率也为p,Xb的频率也为q,p+q=1。
位于X染色体上的等位基因,基因型的平衡情况是:
p2(XBXB)+2pq(XBXb)+q2(XbXb)=1。
,由于男性女性的XB基因频率相同,二者的Xb基因频率也一样,故在整个人群中,XB、Xb的基因频率也分别为p、q。
整个人群中男性产生的配子及比例为1/2(pXB+qXb)、1/2Y,女性产生的配子及比例为pXB、qXb,由以下式子可推出子代基因型频率:
♂[1/2(XB+Xb)+1/2Y]×
♀(pXB+qXb)=1/2p2(XBXB)+1/2q2(XbXb)+pq(XBXb)+1/2pXBY+1/2qXbY。
由上述可知:
在整个人群中、男性群体中、女性群体中XB、的频率均为p,Xb的频率均为q。
在整个人群中、男性群体中、女性群体中的各基因型的频率如下表:
XBXB
XBXb
XbXb
XBY
XbY
在整个人群中
1/2p2
pq
1/2q2
1/2p
1/2q
在男性群体中
p
q
在女性群体中
P2
2pq
q2
例6
人的色盲是X染色体上的隐性性遗传病。
在人类群体中,男性中患色盲的概率约为8%,那么,在人类色盲基因的频率以及在女性中色盲的患病率各是多少?
设色盲基因Xb的频率=q,正常基因XB的频率=p。
已知人群中男性色盲概率为8%,由于男性个体Y染色体上无该等位基因,Xb的基因频率与XbY的频率相同,故Xb的频率=8%,XB的频率=92%。
因为男性中的X染色体均来自于女性,所以,在女性群体中Xb的频率也为8%,XB的频率也为92%。
由于在男性中、女性中XB、Xb的基因频率均相同,故在整个人群中Xb也为8%,XB的频率也为92%。
在女性群体中,基因型的平衡情况是:
这样在女性中色盲的患病率应为q2=8%×
8%=0.0064。
答案:
在人类中色盲基因的频率是0.08,在女性中色盲的患病率是0.0064。
关于生物育种方法知识点汇总解析
一、杂交育种
原理:
基因重组,非同源染色体上的非等位基因自由组合。
(1)两个具有不同优良性状的亲本杂交得到子一代,子一代均表现为显性性状;
(2)子一代个体自交得到子二代,子二代性状出现了分离;
(3)从子二代中选出符合要求的品种自交;
(4)选择后代中不出现性状分离的品种作为推广的新品种。
评价:
用此方法育种可预见性强,但耗时长。
例1向日葵种子粒大(B)对粒小(b)为显性,含油少(S)对含油多(s)为显性,这两对等位基因分别位于两对同源染色体上。
若让粒大油少和粒小油多的两个纯合子杂交,则
(1)F2的表现型为______,它们的比例为______。
(2)如果获得F2种子544粒,按理论计算,粒大油多的种子有______粒,其中纯合子种子有______粒。
(3)培育粒大油多的新品种的基本程序是______。
此育种方法叫做______,其遗传学原理是________。
粒大油少亲本的基因型是BBSS,粒小油多亲本的基因型是bbss,它们杂交得到的F1的基因型是BbSs,再让其自交得到的F2中有9种基因型,4种表现型(粒大油少∶粒大油多∶粒小油少∶粒小油多=9∶3∶3∶1)。
F2中的粒大油多为新的表现型,占F2的3/16,其中纯合体占F2的1/16。
答案(1)粒大油少、粒大油多、粒小油少、粒小油多,9∶3∶3∶1。
(2)102,34。
(3)选择亲本,有性杂交,F1自交,选择F2中粒大油多的品种,连续自交,不断选择,最终获得所需的纯合子;
杂交育种,控制不同性状的基因重新组合。
二、诱变育种
基因突变,人为地使DNA在复制时出现碱基对的增添、缺失或改变。
利用物理因素(如X射线、γ射线、紫外线、激光等)或化学因素(如亚硝酸、硫酸二乙酯等)来处理生物,使生物发生基因突变。
用此方法育种能提高变异频率,加速育种进程,大幅度改良某些性状,创造人类需要的变异类型,但基因突变是不定向的,可预见性不强。
例2
昆虫学家用人工诱变的方法使昆虫发生基因突变,导致酯酶的活性升高,该酶可催化分解有机磷农药。
通过转基因技术将该基因导入细菌体内,并与细菌的DNA整合在一起,这样的细菌仍能繁殖。
(1)用人工诱变的方法诱发产生的基因突变叫做______
。
(2)这种重组DNA技术可达到定向改变_______的目的,产生出人类所需要的物质,或者组建出新的______。
(3)通过这种生物工程产生的细菌,其后代同样能分泌酯酶,其原因是______。
由于人工诱变使酯酶活性升高,这为除去目前环境中大量残留的有机磷农药提供了方便。
答案
(1)诱发突变。
(2)生物性状,
生物类型。
(3)控制酯酶合成的基因与细菌的DNA一起复制,并传给子代细菌,在子代细菌体内通过转录和翻译合成酯酶。
三、转基因育种
将某些生物的基因转移到其他物种中去,改造生物的遗传物质,使其性状发生改变,朝着人类所需要的方向发展。
用一定方法获得目的基因或DNA片段→把该基因通过运载体整合到宿主细胞中→使外源基因在宿主细胞中复制,进行生物合成,以获得所需要的具有一定功能的蛋白质及多肽产物。
此方法可预见性强,但所需技术水平较高。
例3
番茄在运输和贮藏过程中,由于过早成熟而易腐烂。
应用基因工程技术,通过抑制某种促进果实成熟的激素的合成能力,可培育出贮藏时间更长的转基因番茄。
(1)促进果实成熟的重要激素是______。
(2)在培育转基因番茄的操作中,所用基因的“剪刀”是______,基因的“针线”是______,基因的“运输工具”是______。
(3)与杂交育种、诱变育种相比,通过基因工程来培育新品种的主要优点是______(列出两点即可)。
此题以果实运输和贮藏为出发点,综合果实的成熟、作物育种的方法、基因工程的操作等知识点,考查学生的综合分析能力和应用知识能力。
(1)乙烯。
(2)限制性内切酶,DNA连接酶,运载体。
(3)目的性强、育种周期短、克服远缘杂交的障碍等。
四、单倍体育种
染色体变异。
花药离体培养→人工诱导,使染色体加倍。
能明显缩短育种年限,但不能改变性状。
例4豌豆中有结黄色(Y)圆粒(R)种子和绿色(y)皱粒(r)种子的两个品种。
现有两种育种方法可获得结绿色圆粒种子的新品种豌豆,育种过程如下图所示:
A方法
B方法
YYRR×
yyrr
yyrr
↓
↓
F1
F1
↓a
F2选择、淘汰
单倍体植株
↓b
F3选择、淘汰
纯合二倍体
F4选择、淘汰
纯合二倍体种子
F5稳定品种
长出植株,鉴定选择
↘
↙
新品种
(1)上述两种育种方法中,比较先进的是______,它与另一种方法相比,优点是___________。
(2)在A方法中,F2中绿色圆粒类型所占的比例为______。
(3)用B方法获得的单倍体植株的基因型是______。
(4)在B方法的a过程中,常采用的措施是______;
在b过程中用秋水仙素处理,其作用发生在幼苗进行有丝分裂的______期。
对于A、B两种育种方法,运用A方法获得所需的种子需到第四年,而用B方法在第二年即可得到所需的种子,所以B方法比较先进。
在A方法中,依据基因的自由组合定律,F2表现型的比例为:
黄色圆粒∶黄色皱粒∶绿色圆粒∶绿色皱粒=9∶3∶3∶1,因此F2中绿色圆粒的比例为3/16。
B方法中采用花药离体培养的方法获得了单倍体植株,F1的基因型为YyRr,其花药的基因型为YR、Yr、yR、yr,通过组织培养形成的单倍体植株的基因型不变。
答案(1)B方法,明显缩短育种年限。
(2)3/16。
(3)YR、Yr、yR、yr。
(4)花药离体培养,前。
五、多倍体育种
人工诱导产生多倍体,再选育新品种。
用此方法育种产生的新品种茎杆粗壮,叶片、果实、种子大,营养物质含量高,但结实率降低。
例5
下图是普通小麦在自然界中的形成过程示意图,请据图回答下列问题。
野生的一粒小麦×
拟斯卑尔脱山羊草
(2n=14)
↓(2n=14)
F1(自然加倍)→二粒小麦×
另一种山羊草
(2n=28)
↓(2n=14)
普通小麦←(自然加倍)F2
(2n=42)
(1)从小麦自然演变过程的形成示意图可以看到,六倍体小麦的形成必须经过重要的两步:
第一步是_______,第二步是______。
(2)利用上述原理,我国农业科学家鲍文奎等人利用普通小麦和黑麦(2n=14)培育出了八倍体小黑麦,小黑麦体细胞中含有______个染色体,它的优点是耐贫瘠土壤和寒冷气候,蛋白质含量高,茎杆可做青饲料等。
(3)上述普通小麦的变异来源于______,野生的一粒小麦和山羊草杂交产生的F1代个体如不经染色体加倍,则不能产生配子,其原因是_____________。
不同的物种杂交产生的后代由于生殖隔离而不可育,原因在于异源染色体在减数分裂过程中不能联会配对。
在自然条件下染色体加倍,表现为可育。
普通小麦(2n=42)配子的染色体数为21,黑麦(2n=14)配子的染色体数为7,它们杂交产生的后代的染色体数为28,通过染色体的自然加倍,八倍体小黑麦的染色体数目应为56。
答案(1)自然杂交,染色体数目加倍。
(2)56。
(3)染色体变异;
细胞中不存在同源染色体,减数分裂过程中同源染
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