解题思路：基因的自由组合定律的实质是在减数分裂过程中，在同源染色体分离的同时，非同源染色体上的非等位基因之间自由组合．表现型=基因型+环境，基因型是表现型的内因，表现型相同，基因不一定相同．测交是与隐性纯合子杂交，能验证杂（纯）合子和测定基因型．孟德尔遗传实验需要满足的条件有：①子一代个体形成的配子数相等且生活力相同；②雌雄配子结合的机会相等；③子二代不同基因型的个体存活率相同；④遗传因子间的显隐性关系为完全．
A、基因位于染色体上，有些基因之间有基因相互作用，如人的身高和体重，另外同源染色体上的非等位基因，则不能自由组合，A错误；
B、杂合子与纯合子基因组成不同，性状表现可以相同，如豌豆的Dd与DD都表现为高茎，B错误；
C、测交实验可用于检测F1的基因型，还可检测F1产生配子的种类及比例，C错误；
D、F2的9：3：3：1性状分离比一定依赖于子一代形成的配子数相等且生活力相同，且雌雄配子的随机结合，D正确．
故选：D．
点评：
本题考点： 基因的自由组合规律的实质及应用；基因的分离规律的实质及应用．
考点点评： 本题考查遗传实验和遗传规律的相关知识，意在考查考生具备验证简单生物学事实的能力，并能对实验现象和结果进行解释、分析和处理．