遗传 (Heredity) — AP Biology Bio 学习指南

适合谁：AP Biology 参加 AP Biology 的考生。

覆盖内容：孟德尔遗传、连锁与重组、伴性遗传、系谱分析、染色体遗传五大核心考点，配套易错点、练习题与速查表。

前置知识：高中生物、基础化学。

关于练习题：下文「练习题」一节的所有题目均为我们按 AP Biology 风格编写的原创题目 (original problems)，仅用于教学。它们不是 College Board 真题的复制，措辞、数值或语境可能不同。请把它们当作练手用；评分细则请对照 College Board 官方 mark scheme。

1. 什么是遗传？

遗传（Heredity）是指亲代将自身的性状通过遗传物质传递给子代的现象，是AP生物第5单元的核心内容，占卷面分数的8-11%。本模块的核心逻辑是从基因的传递规律出发，解释表型（phenotype）和基因型（genotype）的对应关系，以及遗传变异的来源。考官常结合分子生物学、进化的知识点综合出题，其中概率计算、遗传方式判断是高频失分点。

2. 孟德尔遗传（Mendelian genetics）

孟德尔遗传是遗传学的基础，核心是两大定律：

1. 分离定律（Law of Segregation）：减数分裂时，控制同一性状的等位基因（allele）会彼此分离，分别进入不同的配子中，杂合子自交后代表型比例为$3:1$，基因型比例为$1:2:1$。
2. 自由组合定律（Law of Independent Assortment）：控制不同性状的非等位基因位于非同源染色体上时，配子形成时等位基因分离、非等位基因自由组合，双杂合子自交后代表型比例为$9:3:3:1$。

验证上述规律常用测交（test cross）：将待测个体与隐性纯合子杂交，若后代表型比例为$1:1$（单性状）或$1:1:1:1$（双性状），则符合孟德尔遗传规律。

范例：纯合高茎豌豆（DD）与矮茎豌豆（dd）杂交，F₁全为高茎（Dd），F₁自交得到的F₂中，高茎纯合子占高茎个体的比例为$\frac{1}{3}$。

3. 连锁与重组（Linkage and recombination）

当两个基因位于同一条染色体上时，它们不会遵循自由组合定律，这种现象称为基因连锁（gene linkage）。减数分裂前期Ⅰ同源染色体的**交叉互换（crossing over）**会导致连锁基因发生重组，产生重组型配子。 重组率的计算公式为： $$\text{重组率 (RF)}=\frac{\text{重组型后代数目}}{\text{总后代数目}}\times 100\%$$ $1\%$的重组率对应1个厘摩（centimorgan, cM），即染色体上两个基因的相对距离。重组率最高不超过50%，此时两个基因相当于独立分配。

范例：果蝇的灰身（B）对黑身（b）显性，长翅（V）对残翅（v）显性，两基因连锁。将灰身长翅（BbVv，BV与bv连锁）与黑身残翅（bbvv）测交，后代出现4种表型：灰身长翅420只、黑身残翅420只、灰身残翅80只、黑身长翅80只，重组率为$\frac{80+80}{1000}\times 100\%=16\%$，两基因距离为16cM。

4. 伴性遗传（Sex linkage）

位于性染色体（sex chromosome）上的基因控制的性状遗传与性别相关，称为伴性遗传。人类的X染色体携带约1100个基因，Y染色体仅携带约50个基因，因此绝大多数伴性遗传为伴X遗传：

• 伴X隐性遗传：男性只有1条X染色体，只要携带隐性致病基因就会发病，因此男性发病率远高于女性，常见疾病包括红绿色盲、血友病，具有交叉遗传（男性致病基因只能从母亲获得、只能传给女儿）的特征。
• 伴X显性遗传：女性有两条X染色体，获得致病基因的概率更高，因此女性发病率略高于男性，具有代代相传的特征，常见疾病包括抗维生素D佝偻病。
• 伴Y遗传：仅男性患病，且患病男性的父亲和所有儿子均患病，无显隐性之分。

5. 系谱分析（Pedigree analysis）

系谱图是研究人类遗传的常用工具，正方形代表男性、圆形代表女性，阴影代表患病个体，横线代表婚配，竖线代表子代。遗传方式判断步骤为：

1. 排除伴Y遗传：若存在女性患病或患病男性的父亲/儿子未患病，则排除伴Y遗传。
2. 判断显隐性：无中生有（双亲正常子代患病）为隐性，有中生无（双亲患病子代正常）为显性。
3. 判断基因位置：

• 隐性遗传：找女性患者，若其父亲或儿子正常，则为常染色体隐性遗传，否则为伴X隐性遗传。
• 显性遗传：找男性患者，若其母亲或女儿正常，则为常染色体显性遗传，否则为伴X显性遗传。

6. 染色体遗传（Chromosomal inheritance）

遗传的染色体学说认为基因位于染色体上，染色体的行为与基因的传递规律完全一致。染色体异常分为两类：

1. 数目异常：减数分裂时染色体不分离导致非整倍体（aneuploidy），比如21三体综合征（唐氏综合征）、特纳氏综合征（XO）、克氏综合征（XXY）。
2. 结构异常：染色体发生缺失、重复、倒位、易位，比如猫叫综合征是5号染色体短臂缺失导致的。 考官常结合减数分裂的知识点考察染色体异常的成因，比如21三体可以是减数第一次分裂21号同源染色体未分离，也可以是减数第二次分裂姐妹染色单体未分离导致的。

7. 常见陷阱 (Common Pitfalls)

1. 错误：将重组率直接等同于图距，忽略双交换的影响。原因：学生默认一次减数分裂只会发生一次交叉互换，实际上两个基因距离较远时可能发生双交换，导致重组率低于实际图距。正确做法：若两个基因距离大于10cM，需要用中间的基因标记校正双交换导致的误差。
2. 错误：伴X隐性遗传计算女性发病率时直接用等位基因频率。原因：学生混淆男女的基因型差异，男性只有一条X染色体，发病率等于等位基因频率，而女性需要两条X都携带致病基因才会发病。正确做法：伴X隐性遗传女性发病率为等位基因频率的平方，男性发病率等于等位基因频率。
3. 错误：系谱分析时只要看到男性患病多就直接判定为伴X隐性。原因：忽略小样本的统计误差，常染色体隐性遗传也可能出现男性患病多的情况。正确做法：严格按照"隐性看女病，女病父正非伴性"的规则判断，不要仅凭性别比例下结论。
4. 错误：计算自由组合概率时混淆加法法则和乘法法则。原因：学生分不清独立事件和互斥事件的差异。正确做法：两个独立事件同时发生用乘法法则，两个互斥事件发生任意一个用加法法则，比如计算AaBb自交后代单显表型的概率为$\frac{3}{4}\times \frac{1}{4}+\frac{1}{4}\times \frac{3}{4}=\frac{3}{8}$。

8. 练习题 (AP Biology 风格)

题1

豌豆的黄色（Y）对绿色（y）显性，圆粒（R）对皱粒（r）显性，两对基因独立遗传。将纯合黄色圆粒与绿色皱粒杂交得到F₁，F₁自交得到F₂，问F₂中绿色圆粒个体的杂合子占比为多少？

解答

纯合黄色圆粒（YYRR）与绿色皱粒（yyrr）杂交，F₁基因型为YyRr。F₁自交，绿色圆粒的基因型为yyR_，占F₂总数的$\frac{1}{4}\times \frac{3}{4}=\frac{3}{16}$，其中纯合子yyRR占$\frac{1}{16}$，杂合子yyRr占$\frac{2}{16}$，因此绿色圆粒中杂合子占比为$\frac{2}{16}÷\frac{3}{16}=\frac{2}{3}$。

题2

红绿色盲为伴X隐性遗传病，某夫妇表型正常，生了一个患红绿色盲的儿子，问他们再生一个女儿患病的概率为多少？

解答

设致病基因为b，儿子基因型为XᵇY，其X染色体来自母亲，因此母亲基因型为XᴮXᵇ，父亲基因型为XᴮY。女儿的X染色体一条来自父亲（必然为Xᴮ），一条来自母亲，因此女儿基因型只能是XᴮXᴮ或XᴮXᵇ，均不会患病，概率为0。

题3

基因A和基因B位于同一条染色体上，重组率为8%，某个体基因型为AB/ab（即AB连锁在一条染色体，ab连锁在另一条染色体），问该个体产生Ab配子的比例为多少？

解答

重组率为8%，说明总共有8%的配子是重组型，重组型配子包括Ab和aB两种，比例各占一半，因此Ab配子的比例为$8\%÷2=4\%$。

9. 速查表 (Quick Reference Cheatsheet)

10. 接下来怎么学

遗传模块是后续种群遗传学、进化生物学、生物多样性等单元的基础，比如哈迪-温伯格平衡的推导完全基于孟德尔分离定律，你需要熟练掌握本模块的概率计算方法，才能顺利理解后续的种群进化相关知识点。AP生物考试中遗传模块常出现在FRQ大题中，占分比重较高，你可以多练历年真题的遗传分析类题目，巩固解题思路。如果你在练习过程中有任何疑问，都可以随时咨询小欧，我们会为你提供针对性的讲解。