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、在实践中，测交也可用来鉴定某一显性个体的基因型和它形成的配子类型及其比例；C错误．
D、F2的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： 对分离现象的解释和验证；孟德尔遗传实验．
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．