现在的情况是,本百科上只有详细介绍物种杂交产生新品种(即基因突变)的情况,没有详细介绍物种遗传趋势的。

就算有也只是在养蜂-入门篇里提了一嘴,而且不易懂。

因此,为了各位同好们的游戏体验,我来将这篇教程补上。

而且本篇教程是刻意不考虑突变的,所以在某些表述上莫要较真

敝人第一次写教程,如有表述不当或与事实不符请务必指出。

若想了解林业的物种进化(或基因突变),请阅读如下几篇文章:

林业杂交路线图

蝴蝶养殖与树木杂交方法简述

[数据向]用表格和数据解读林业:养蜂篇

另外,由于本教程涉及生物学与部分数学知识,具有部分专业词汇,请先学习(复习)相关内容,或是当个乐子看过去。

那么我们开始!


遗传概述与理论基础

我们先来回顾遗传与变异的定义:

子代与亲代间或子代个体间性状存在相似的现象,在生物学上称为遗传。

子代与亲代间或子代个体间性状存在差异的现象,在生物学上称为变异。

科学的杂交原理详见分离定律自由组合定律,不多赘述。

相信各位同好都绘制过遗传图解,如图:林业(Forestry)杂交基因分析与子代性状简述-第1张图片

这是豌豆茎的直生弯生的不同基因型杂交遗传图解,霉好的回忆

遗传图解是本教程的主要研究工具,它能为我们反映遗传过程。

我们现在来推导理论:
首先,大量的实验表明,林业作者们图省事并没有把杂交原理写进代码,取而代之的是数学上的组合排列方式。

排列(arrangement),是指从n个元素中取出m个元素,并按一定顺序排成的一列。

也就是说,从甲、乙、丙三个人取出两个,则有甲乙、甲丙、乙甲、乙丙、丙甲、丙乙六个排列。

由此可见,排列这一方式(或名词?)是考虑顺序的。

上面这个例子中,将全部的3个人中抽出了2个,写出它们所有的排列,共6种。

事实上,我们定义从n个元素中取出m个元素所构成的排列数量为其排列数(number of arrangement),记为林业(Forestry)杂交基因分析与子代性状简述-第2张图片

计算公式为:林业(Forestry)杂交基因分析与子代性状简述-第3张图片

这个叹号的意思是阶乘(n!=1×2×3×....×n,同时定义0!=1),不是用来增强感叹语气的。

与排列相对的是组合(combination),它是不考虑顺序的。

同样,组合也有组合数(number of combination),从n个元素中取出m个元素的组合数记为林业(Forestry)杂交基因分析与子代性状简述-第4张图片

计算公式为:林业(Forestry)杂交基因分析与子代性状简述-第5张图片

一般地说,正常杂交应考虑组合而非排列,而我们要用到排列,虽然那个“组合”已经在我的教程里挂了一个月,还没有高中的大佬指出

这也就是说,本模组的杂交时的基因遗传是考虑顺序的。

正常杂交时因为等位基因中每两个不同型必有一个是显性,所以任意两异基因同对时,顺序均已确定,故不考虑顺序,是组合。

算了,多说无益,直接上图。林业(Forestry)杂交基因分析与子代性状简述-第6张图片

(别喷了,自己画的)

由此可见,哪个基因在前面,哪个就是显性基因。

这也解释了某个基因时而是显性时而是隐性的现象。

但请注意:此处讨论的性状不包括性别,在林业原版及部分附属模组中,植物无性别区分,蜜蜂与蝴蝶子代雌性数量固定(子代雌性蜜蜂数为1,蝴蝶尚待考证)。

在上图中,两个不同基因相结合可形成两组基因型,由此,我们继续推导出一切有可能的情况。

顺带一提,笔者将这种神奇的基因组合称为反孟德尔式杂交(Anti-Mendelian Hybridization),村规私设,请勿模仿

下面,定义基因N代表的性状为N,P(N)为子代显性状N的概率。

并且仅针对于一种性状而言,其它性状不会造成干扰,各自独立。

同时,笔者会利用排列数公式计算各情况的可能性

一、纯种杂交

设亲代双方基因型均为AA,令其杂交

实质:两同基因结合

结论:子代基因必为AA,即P(A)=1

二、二基因同异杂交

先解读一下类型名称,“二基因”指在同一性状基因中,亲代双方间仅存在两种基因,“同异”指亲代中一方为纯种,另一方为混血(基因)的情况

设亲代基因型分别为A1A1,A1A2

实质:杂交过程如图

林业(Forestry)杂交基因分析与子代性状简述-第7张图片此时,亲代共四种生殖细胞(A1,A1,A1,A2),子代任取两种进行排列,排列数为林业(Forestry)杂交基因分析与子代性状简述-第8张图片

其中含A1且在前的排列共9种,含A2的且在前的排列共3种,所以显A1的概率为9/12=0.75,A2的概率为3/12=0.25

A1A1结合概率为0.5,A1A2结合概率为0.5,在后者情况下,显A1与显A2概率各占0.5,与计算结果相符

结论:子代基因型有三种,且A1A1:A1A2:A2A1=2:1:1

即P(A1)=0.75,P(A2)=0.25

三、二基因异异杂交

“异异”指亲代双方基因型在同一性状中,均为混血

设亲代基因型均为A1A2

实质:杂交过程如图

林业(Forestry)杂交基因分析与子代性状简述-第9张图片其中含A1且在前的排列共6种,含A2的且在前的排列共6种,由排列数公式计算得显A1的概率为6/12=0.5,显A2的概率为6/12=0.5

结论:子代基因型有四种,且A1A1:A1A2:A2A1:A2A2=1:1:1:1

即P(A1)=0.5,P(A2)=0.5

四、二基因同同杂交

“同同”指亲代在同一性状中,双方均为纯种的情况

设亲代基因型分别为A1A1,A2A2

实质:还是看图

林业(Forestry)杂交基因分析与子代性状简述-第10张图片这是二基因情况下最简单的图谱,其中含A1且在前的排列共6种,含A2的且在前的排列共6种,由排列数公式计算得显A1的概率为6/12=0.5,显A2的概率为6/12=0.5

结论:子代基因型有两种,且A1A2:A2A1=1:1

即P(A1)=0.5,P(A2)=0.5

五、三基因单同混交

“三基因”指亲代中同种性状仅有三种基因的情况,“单同”指亲代仅有一方为纯种,“混交”是杂交的特殊形式,一般指不同种(一般为同界)生物相杂交,在本文中用于描述多种基因结合的情况

设亲代基因型分别为A1A1,A2A3

实质:三种不同基因混交,属于本模组中的常见现象,过程如图所示

林业(Forestry)杂交基因分析与子代性状简述-第11张图片

排列数仍是12,此时其中含A1且在前的排列共6种,含A2的且在前的排列共3种,含A3的且在前的排列共3种,故显A1的概率为6/12=0.5,A2的概率为3/12=0.25,A3的概率为3/12=0.25

结论:子代基因型有四种,且A1A2:A1A3:A2A1:A3A1=1:1:1:1

即P(A1)=0.5,P(A2)=0.25,P(A3)=0.25

六、三基因对同混交

“对同”指在同种性状中,亲代双方基因型间有一个相同基因(即两个均为混血)的情况

设亲代基因型分别为A1A2,A2A3

注意:此处重复的基因为A2,而前面均为A1,在计算时请先分辨重复基因,再套入公式进行计算

实质:如遗传图谱林业(Forestry)杂交基因分析与子代性状简述-第12张图片

此时其中含A1且在前的排列共3种,含A2的且在前的排列共6种,含A3的且在前的排列共3种,故显A1的概率为3/12=0.25,A2的概率为6/12=0.5,A3的概率为3/12=0.25

结论:子代基因型共七种,且A1A2:A2A1:A2A2:A1A3:A3A1:A2A3:A3A2=1:1:2:1:1:1:1

即P(A1)=0.25,P(A2)=0.5,P(A3)=0.25

七、四基因混交

“四基因”指在同一性状中,亲代基因型具有四种基因的情况,即双方均为混血,且基因型中基因各不相同的情况

设亲代基因型分别为A1A2,A3A4

实质:该情况最为常见,也不必绘制图谱,通过枚举即可

此时其中含A1且在前的排列共3种,含A2的且在前的排列共3种,含A3的且在前的排列共3种,含A4的且在前的排列共3种,故显A1的概率为3/12=0.25,A2的概率为3/12=0.25,A3的概率为3/12=0.25,A4的概率为3/12=0.25

结论:子代基因型共八种,任意两基因均能组成两组基因型,每组基因型概率均等

即P(A1)=0.25,P(A2)=0.25,P(A3)=0.25,P(A4)=0.25


以上即所有情况,列举完毕。

结论:

在林业(Forestry)中,两同一物种生物杂交时,同一性状基因:

  1. 纯种杂交时,子代均为纯种

  2. 二基因杂交时,若亲代两基因数目均等,则子代分别显两性状,概率均等,若两基因数目不等,则子代显两性状概率比为3:1,其中基因数目多者概率大

  3. 三基因混交时,子代显三种性状概率比始终为2:1:1,基因数目多者,概率较大

  4. 四基因混交时,子代显四种性状机会均等

计算必要注意事项

我,作为本教程的作者,在此斗胆直言:

但凡逐字看过上面内容,都能大致清楚林业杂交遗传机理。

所以,看不懂的暂且莫喷,重新读几遍即可,比你学线代微积分容易的多


但是有很多玩家在实际应用的过程中不会算数,这可了得?

所以,敝人列举几个常用的公式,以便各位同好进行预期计算。

  1. 若想求子代中显某性状(或含某基因组)的大致数量,公式为:

    c(数量)≈a(总数)×p(单次概率,见上表)

  2. 若想求子代中至少n个个体显某性状(或含某基因组)的概率,公式如下:林业(Forestry)杂交基因分析与子代性状简述-第13张图片

    其中,中下标i=n意指i最小值取n,中上标a意指i最大值取a,横过来的“M”读作“sigma”,功能为将右侧i取上下界内(含上下界)所有整数值时的所有代数式作连加运算。

    看不懂?它其实等价于右式,只是更严谨的表述(毕竟a=n+1时右式就不正确了)。

  3. 若想求子代中同时显n种非相对性状概率,公式如下:林业(Forestry)杂交基因分析与子代性状简述-第14张图片

    其中多数符号和上式意义一致,其中的希腊字母是pi,即π的大写形式,功能相似,只是连加变为连乘,p与下标意为某种性状(或基因)的单次遗传概率,共n种。

  4. 若想求同时显n种非相对性状的子代大致数量,则须将三式与一式进行复合求解,即将三式结果代入一式计算。

  5. 若想求子代中至少p个个体显q类某性状(或含q类某基因组)的概率,则须将三式与二式进行复合求解,即将三式结果代入二式计算。

什么?还要更高阶的复合公式?

我认为,以子代如此少的数量,不足以支撑这样高阶的复合公式,而且诸君应该用不到,即使用到了也可以自行推导,毕竟基础公式都已写出。

什么?还要子n代的计算公式?

在林业中,只有亲代和子一代的研究是最有价值的,因为子n代的性状取决于子(n-1)代,所以诸君完全能按照首两代的结果进行递推,仅是计算量大了点,同学们加油(毕导音)

什么?还要考虑突变的计算公式?

我只能说两句:

  1. 我确信它有一种美妙的模型,但是这里空白太小,写不下。

  2. 但凡会点偷代码的手艺(不特指某国产沙盒游戏)就不会问这个问题,请自己去林业模组的两千多个文件夹,上万条代码里寻找秘密。

如果还有某些计算上的问题,欢迎到下方评论区文明交流,或是对照教科书和上面公式看看自己算错了些什么。

最后,非常重要的一件事,如果上文表述或公式出现错误,请在下方评论区反馈,敝人将不胜感激。

实践测试与应用

(我是占位符)

结语

全文总结

本文主要探讨了,在林业(Forestry)模组中,物种的遗传趋势,与不同情况下,子代的性状与基因分布。通过比对探究,我们了解到在正常杂交中,物种基因遵照组合的方式进行分布,而在本模组中,物种基因遵照排列的方式进行分布,并使用排列数公式,与绘制非孟德尔式遗传图谱,计算子代各性状与基因型的获得概率,给出了一定的计算方式,使玩家能够进行粗略的预期计算。最后,我们针对上述模型和公式,进入游戏做了实验,进行验证,在(占位)次实验中。对于模型,在(占位)次采样中,多数试验结果与模型相似,但还有(占位)的误差,多次试验后,我们发现试验次数越多,结果越趋近于模型,这证明了本模型的正确性。对于公式,我们针对代码,绘制了(占位)的遗传流程图,共计(占位)张,通过分析流程图,我们确定了公式的准确性。此外,我们还针对(占位)的实际场景与问题,为玩家提供了应用的实例,供玩家对照应用。

教程之外的话

注:本段与教程无任何关系,可直接跳过至下方评论区,但是我希望各位能看完

经过两个月的艰苦奋斗,我终于写完了这篇教程的大致框架。

下面这段话是会考前的珍贵资料:


Emmmm.....

诚如各位所见,这里什么也没有。

敝人此时正值地生会考前夕,没有过多的精力进入游戏进行实验验证。

而且启动器也出了故障.....

.....好罢,等放假有时间了,我会回来把这几句话划掉的。

还请期待。


我还是那句话,当个乐子看过去即可。

这篇教程是我在精神与肉体处于极点的情况下写出的,这段时间里,胃痛与腹泻已是家常便饭,往往只是熬两个小时的夜,第二天起床,便会头痛不已。

我曾不止一度以为我早已罹患抑郁,每天夜深人静,我便会不由自主地对空说话——对某个幻想出的人说话、对某个仅有一面之缘的人说话、对不知多少年后的我说话。

在这样的情况下,坚持写教程完全出于热爱。

热爱理科,热爱研究,热爱这个和谐的社区。

我曾在冬至时,在户外站上三个小时,验证太阳高度角模型,曾为了计算风阻下的抛体运动轨迹,从零开始学微积分,直到凌晨三点不合眼,曾为了一段教程,从名词连语法到标点,到处翻书,反复修改二十余次。数理化真的有种神奇的魔力,它能使一些人永远厌烦理科,也能使一些人永远热爱理科。

我曾听好友推窗兄说,他所处的班级,终日只有谎言与暴戾,优者无可优,劣者犹劣,无法与任何人交谈,但身处社区,人都是友善的,环境总是守序的,他为百科撰文,完全自发。这也是我决定写教程的理由。

其实每个教程作者,都可算作一个科研工作者,而科研工作,最为重要的是实事求是。

实事求是,便是说实话了。只是四个字,许多人却为此丢过性命。一个揭发欺凌者的同学,最终被欺凌致死;一个披露企业丑闻的记者,最后被抛尸荒野;一个坚持立场的公职人员,却因压力自缢而亡。

如此多的例子,我们是数不过来的,容我简短地讲述一番,舍命求真理的故事。

很久以前,地中海沿岸是学术圣地,但是一个叫希帕索斯的,勇于追求真理的人,却被毕达哥拉斯的学生扔进了大海。他发现了无理数,发现了违背他们老师提出真理的反例,于是他便不能继续活着,众学徒将其谋杀,再伪装成捍卫真理的勇士,不知各位读者如何想。

往后推数百年,又有哥白尼,他确是凭着严密的推导,提出“日心说”,无疑,这又是一个忤逆宗教与旧知识的理论。就在教廷提出逮捕哥白尼后不久,他死于贫病交加。这教廷未害成哥白尼,却杀死了布鲁诺,又加害于伽利略,两个敢于抵抗旧势力的人。

一九四六年,伟大的民主战士李公朴、闻一多,为了争取民主和平,争取政协会议的重开,相继倒在特务的枪口下。“而他只不过用口说说话,用笔写写字,而所写的,所说的,无非是一个没有失掉良心的中国人的话”。他们虽不是科学家,但都是为了真理而献身的人。

综上所述,我认为,每个为人们写作的人,每个实事求是的人,都是值得敬佩的。

为众人抱薪者,不可使其冻毙于风雪!

为众人引路者,不可使其困厄于荆棘!

我相信,正义是杀不完的,因为真理永远存在!

人最宝贵的是生命。每个人的生命只有一次。人的一生应该这样度过:当回首往事的时候,他不会因虚度年华而悔恨,也不会因为碌碌无为而羞愧。在临终的时候,他能够说:“我把所有的生命和精力,都献给了世界上最壮丽的事业——为人类的解放而斗争。”

——奥斯特洛夫斯基《钢铁是怎样炼成的》

感谢各位能看到这里,我明白这种东西放在教程里很水,也很无用,但这可以说我六分之一多的人生中的力量之源,相信这种力量能够推动更多人心存希望,心向光明。毕竟希望在任何时代,都是和钻石一样珍贵的东西。

又及:希望各位不要按动推荐按钮,教程是写给需要的人看的,如果有人真的需要,他必然会自己来找。在此化身姜太公,线放长,愿者都来上钩(笑)。

鸣谢

猝不及防突然收尾,第一时间却不知要感谢谁。

那就————

感谢站长重生,非常及时地给我答疑解惑,本篇的公式与杂交遗传图解都是靠站长的提示贴上去的。

感谢推窗兄,在本篇的写作过程中,给予我技术上的支持与写作范例,本篇的开头参考了推窗兄的直线交点方程找要塞与原始人发家史。

感谢泽瑞兄,在写作过程中给予我理论支持,本篇中“等位基因”与“自由组合定律”“分离定律”就是泽瑞兄告诉我的。

感谢加一姐,在理论研究中充当敝人的出气筒,一位文科女几乎每天中午都要听我讲高等数学知识,苦了加一姐。

感谢夏漱姐,作为敝人文章的首位评论员,在模型构建初期,给予我持续试错并不断修改直至成型的动力。

感谢坩埚(通流琥珀金制),为我提供线性代数的实践应用模型,为我下一项研究提供方向及思路。

感谢鸭梨不酸,在拍视频闲暇之余为我提供几分欢乐,使我不至于过度封闭而抑郁不已。

感谢模组百科,打发了我近五年的无聊时光,使得我结识了一大堆同好们(敝人2018年入站)。

感谢B站,给我推荐了许多高等数学、大学物理、流体力学的优质课程以及扒代码、写模组的教程。

感谢人教社,提供了从小学到高中—大学衔接的所有数理化电子课本。

感谢公式编辑器,没有它就不会有连加与连乘符,以及同列上下标与多级下标。

最后感谢我自己,这不得每个细胞都感谢一遍?

差点忘了最重要的事——

特别感谢:所有看完教程的读者,愿你们明天会更好。

参考资料

济南出版社《义务教育教科书  生物学》

    第四单元  物种的延续

        第四章  生物的遗传与变异

            第一节  遗传的物质基础

            第二节  性状的遗传

            第四节  生物的变异

人民教育出版社《普通高中教科书  生物学  必修2》

    第一章  遗传因子的发现

人民教育出版社《普通高中教科书  数学  必修(A版)》

    第十章  概率

        10.1  随机事件与概率

        10.2  事件的相互独立性

人民教育出版社《普通高中教科书  数学  选择性必修(A版)》

    第六章  计数原理

        6.2  排列与组合

    第七章  随机变量及其分布

        7.2  离散型随机变量及其分布列

推窗子《论如何用两颗末影之眼找出末地传送门——基于直线方程寻找坐标的问题研究》

推窗子《群峦玩家进化史——群峦传说:次时代完全教程》