A、非同源染色体上的非等位基因之间遵循自由组合定律，A错误；B、杂合子与纯合子基因组成不同，但性状表现可能会相同，如AA和Aa，B错误；C、孟德尔巧妙设计的测交方法能用于检测F1的基因型和F1产生配子的种类及比例，C错误；D、F2的3：1性状分离比实现的条件之一是雌雄配子的随机结合，D正确．故选：D．
