假說—演繹法探究自由組合定律的過程：
問題1 為什么會出現(xiàn)新的性狀組合呢？它們之間有什么數(shù)量關(guān)系嗎？問題2 兩對相對性狀雜交實驗中F2的9∶3∶3∶1的數(shù)量比與一對相對性狀雜交實驗中F2的3∶1的數(shù)量比有聯(lián)系嗎？
1.觀察現(xiàn)象，提出問題
F1在產(chǎn)生配子時，每對遺傳因子彼此分離，不同對的遺傳因子可以自由組合。這樣F1產(chǎn)生的雌配子和雄配子各有4種：YR、Yr、yR、yr，它們之間的數(shù)量比為1∶1∶1∶1。受精時，雌雄配子的結(jié)合是隨機的。
2.解釋現(xiàn)象，提出假說
3.演繹推理，驗證假說
自由組合定律：控制不同性狀的遺傳因子的分離和組合是互不干擾的；在形成配子時，決定同一性狀的成對的遺傳因子彼此分離，決定不同性狀的遺傳因子自由組合。
環(huán)節(jié)一：孟德爾實驗方法的啟示
閱讀教材“思考·討論”中的文字材料，思考、回答問題，并歸納孟德爾獲得成功的原因。
1.正確選材 孟德爾選取了合適的雜交實驗材料——豌豆。首先，這是一種嚴格的自花傳粉植物，能防止外來花粉的干擾，可形成不同的純合品種，并具有各種穩(wěn)定的、易于區(qū)分的相對性狀；其次，豌豆花較大，便于人工摘除雄蕊和傳粉；最后，豌豆容易栽植，結(jié)實率高，種子數(shù)量多，便于統(tǒng)計分析。
2.統(tǒng)計方法正確 孟德爾采用嚴密的實驗分析方法，詳細地記錄了各世代不同性狀的大量數(shù)據(jù)。在數(shù)據(jù)分析中應(yīng)用數(shù)理統(tǒng)計分析法，從各種類型的數(shù)量關(guān)系中找出遺傳的規(guī)律。同時，這也使孟德爾意識到數(shù)學概率也適用于生物遺傳的研究，從而將數(shù)學方法引入對遺傳實驗結(jié)果的處理和分析中。
3.實驗程序科學 孟德爾運用其獨特的科學思維方式，先從一對相對性狀入手，并對它進行逐代追蹤。例如，在研究株高性狀遺傳時，不考慮花色、種子形狀等其他性狀，當揭示了一對相對性狀的遺傳規(guī)律后，再對兩對或多對相對性狀進行研究，進而又發(fā)現(xiàn)了自由組合定律。正是這種從簡單到復雜、先易后難的科學思維方法使他獲得了成功。
4.研究方法正確 孟德爾成功地應(yīng)用了“假說—演繹”的方法。例如，他在研究中觀察到雜交子代的顯隱性、性狀分離比等現(xiàn)象后，提出了遺傳因子控制遺傳性狀的假設(shè)。為了驗證自己的假設(shè)和推理，他又設(shè)計了許多實驗方法，如測交等。
5. 創(chuàng)造性地應(yīng)用符號體系，并用于表達抽象的科學概念 數(shù)學符號被普遍應(yīng)用于概括、表述和研究數(shù)學的過程中。孟德爾用這種方法，更加簡潔、準確地反映出了抽象的遺傳過程，使他的邏輯推理更加順暢。
環(huán)節(jié)二：孟德爾遺傳規(guī)律的再發(fā)現(xiàn)
資料1 直到1900年，三位不同國籍的科學家分別用不同的實驗材料進行雜交實驗，得出與孟德爾相同的遺傳規(guī)律，并且重新發(fā)現(xiàn)了孟德爾的重要論文，孟德爾的遺傳規(guī)律才得以大放光彩，這也標志著遺傳學的正式誕生。資料2 1909年丹麥生物學家約翰遜提出了“基因”的概念，取代了“遺傳因子”；并提出了表型和基因型的概念。資料3 隨著細胞遺傳學的發(fā)展，人們認識到孟德爾所說的一對遺傳因子實際上就是位于一對同源染色體上的一對等位基因。例如，控制豌豆子葉顏色的Y和y是一對等位基因，控制種子形狀的R和r是一對等位基因。
結(jié)合資料，閱讀教材相關(guān)內(nèi)容，說出表型、基因型、等位基因的概念。
表型：指生物個體表現(xiàn)出來的性狀，如豌豆的高莖和矮莖?；蛐停号c表型有關(guān)的基因組成叫作基因型，如高莖豌豆的基因型是DD或Dd，矮莖豌豆的基因型是dd。等位基因：控制相對性狀的基因，叫作等位基因，如D和d。
非等位基因：控制不同性狀的基因，如Y和R、y和R等。相同基因：如D和D、d和d、R和R。
回顧本章內(nèi)容，說出Dd自交后代表型、基因型的種數(shù)，YyRr自交后代表型、基因型的種數(shù)。推而廣之，說出3對等位基因、4對等位基因……n對等位基因自交后代表型、基因型的種數(shù)。
環(huán)節(jié)三：孟德爾遺傳規(guī)律的應(yīng)用
分離定律和自由組合定律在生物的遺傳中具有普遍性。掌握這些定律不僅有助于人們正確地解釋生物界普遍存在的遺傳現(xiàn)象，還能夠預測雜交后代的類型和它們出現(xiàn)的概率，這在動植物育種和醫(yī)學實踐等方面都具有重要意義。
1.在雜交育種方面的應(yīng)用
基因的分離定律表明：表現(xiàn)顯性性狀的個體可能是顯性純合體，也可能是雜合體；表現(xiàn)隱性性狀的個體則是隱性純合體。因此，如果要選育的優(yōu)良性狀是隱性性狀，只要出現(xiàn)優(yōu)良性狀就可認為是純種；如果要選育的優(yōu)良性狀是顯性性狀，則后代可能出現(xiàn)性狀分離，這時，為了獲得能穩(wěn)定遺傳的品系，需要通過不斷自交的方法逐代選擇所需要的優(yōu)良性狀，最終得到符合要求的新品種。
有一天，你突然發(fā)現(xiàn)一種本來開白花的花卉，出現(xiàn)了開紫花的植株。你立刻意識到它的觀賞價值，于是決定培育這種花卉新品種。當你知道這種花是自花傳粉的以后，將這株開紫花的植株的種子種下去?？上У氖牵陂L出的126株新植株中，有36株是開白花的，這當然不利于商品化生產(chǎn)。怎樣才能獲得開紫花的純種呢？
方案一：將獲得的紫花植株連續(xù)自交并逐代淘汰白花植株，即將每次自交后代的紫花植株選育后再進行自交，拔掉白花植株，直到自交后代中不再出現(xiàn)白花植株。
方案二：紫花植株自交出現(xiàn)性狀分離，選擇子一代紫花植株自交，單株收獲的種子種成株系，子二代不發(fā)生性狀分離的株系及所得種子即為開紫花的純種。
閱讀教材有關(guān)小麥優(yōu)良品種的雜交育種過程。小組合作繪制培育既抗倒伏又抗條銹病的純種小麥的過程的遺傳圖解。
在F2進行選種后，還有沒有其他方式篩選純合抗倒伏抗病個體？
生產(chǎn)實踐中，馬鈴薯品種是雜合體(有一對基因雜合即可稱為雜合體)，通常用塊莖繁殖。現(xiàn)有的馬鈴薯品種有黃肉不抗病和白肉抗病2種，如何選育黃肉抗病的馬鈴薯新品種?
像馬鈴薯、甘薯等可以進行無性繁殖的農(nóng)作物，通過不同品種間的雜交可直接獲得雜種優(yōu)勢。當所需的優(yōu)良性狀組合出現(xiàn)后，無須繼續(xù)雜交，可直接選留所需要的個體，淘汰不符合要求的個體，之后進行無性繁殖即可保持其優(yōu)良性狀。
2.在醫(yī)學實踐方面的應(yīng)用
資料1 高度近視是指近視度數(shù)大于600度、伴有眼軸延長、眼底視網(wǎng)膜和脈絡(luò)膜萎縮性等退行性病變的屈光不正?；颊咴谟啄陼r即可出現(xiàn)近視。李先生和王女士有個兒子患高度近視，他們很想知道如果再生一個孩子，其患高度近視的潛在風險，于是來到遺傳門診進行咨詢。醫(yī)生根據(jù)他們提供的情況預測他們的第二個孩子患高度近視的概率是1/4。資料2 并指是較常見的一種遺傳病，多見于3、4指之間，治療時需手術(shù)分離和全厚皮片移植。通過遺傳咨詢了解到患兒的父母均有并指癥狀，但其姐姐手指正常。
高度近視和并指分別是顯性性狀還是隱性性狀？
資料1 高度近視是指近視度數(shù)大于600度、伴有眼軸延長、眼底視網(wǎng)膜和脈絡(luò)膜萎縮性等退行性病變的屈光不正。患者在幼年時即可出現(xiàn)近視。李先生和王女士有個兒子患高度近視，他們很想知道如果再生一個孩子，其患高度近視的潛在風險，于是來到遺傳門診進行咨詢。醫(yī)生根據(jù)他們提供的情況預測他們的第二個孩子患高度近視的概率是1/4。
醫(yī)生預測李先生和王女士的第二個孩子患高度近視的概率是1/4，依據(jù)是什么？
資料2 并指是較常見的一種遺傳病，多見于3、4指之間，治療時需手術(shù)分離和全厚皮片移植。通過遺傳咨詢了解到患兒的父母均有并指癥狀，但其姐姐手指正常。
夫婦二人再生育一個手指正常的孩子的概率是多少？
有一種軟骨發(fā)育不全的遺傳病，兩個患這種病的人(其他性狀正常)結(jié)婚，所生的第一個孩子患白化病和軟骨發(fā)育不全，第二個孩子性狀都正常。假設(shè)控制這兩種病的基因遺傳符合自由組合定律，請預測，他們再生一個孩子同時患兩種病的概率是多少？
解:假設(shè)軟骨發(fā)育不全和白化病的相關(guān)基因分別用A、a和B、b表示。兩種性狀獨立遺傳，先看軟骨發(fā)育不全的性狀。由題意可知，親本有軟骨發(fā)育不全的遺傳病，后代出現(xiàn)了無此病情況，故軟骨發(fā)育不全的遺傳方式為顯性遺傳，所以親本基因型均為Aa。再看白化病。由題意可知，親本均正常，后代出現(xiàn)了患病情況，故白化病的遺傳方式為隱性遺傳，所以親本基因型均為Bb。綜上，親本中控制兩對相對性狀的基因型均為AaBb。若后代出現(xiàn)同時患兩種病的情況，則基因型應(yīng)為A_bb，概率為3/4×1/4=3/16。
多年來，兩大遺傳定律指導著科學家進行了無數(shù)科學實踐，在培育新品種、預防遺傳病等方面發(fā)揮了極大的作用，在解決糧食問題的同時維護著人類健康，相信對今后的科學發(fā)展依然會有深遠的影響。
環(huán)節(jié)四：概率在遺傳學上的應(yīng)用
1.加法原理和乘法原理(1)加法原理(分類加法計數(shù)原理)
從甲地到乙地，可以乘火車也可以乘汽車，一天中，火車有3班，汽車有2班。那么一天中，乘坐這些交通工具從甲地到乙地共有多少種不同的走法？
一天中乘火車有3種走法,乘汽車有2種走法,每種走法都可以從甲地到乙地,所以共有3+2=5種走法。
做一件事情，完成它可以有n類辦法，在第1類辦法中有m1種不同的方法，在第2類辦法中有m2種不同的方法……在第n類辦法中有mn種不同的方法。那么完成這件事共有N=m1+m2+……+mn種不同的方法。
(2)乘法原理(分步計數(shù)原理)
由A村去B村的道路有3條，由B村去C村的道路有2條。從A村經(jīng)B村去C村，共有多少種不同的走法？
從A村經(jīng)B村去C村有兩步：第一步，由A村去B村(有3種方法)；第二步，由B村去C村(有2種方法)。因此，從A村經(jīng)B村去C村共有3×2=6種不同的走法。
做一件事情，完成它需要分成n個步驟，做第1步有m1種不同的方法，做第2步有m2種不同的方法……做第n步有mn種不同的方法，那么完成這件事有N=m1×m2×……×mn種不同的方法。
2.用概率知識和遺傳規(guī)律解答遺傳題
根據(jù)概率理論和孟德爾定律，如果已知親代的表型和基因型，就可以迅速推算其配子的種類及比例、子代的基因型和表型的種類及比例。
基因型為AaBbCcDD的個體產(chǎn)生的配子中(符合自由組合定律)，ABCD配子所占的比例為______。
每一對等位基因的分離都是獨立事件，應(yīng)用乘法原理。Aa彼此分離，產(chǎn)生A配子的概率是P(A)=1/2,其他3對等位基因以此類推，P(ABCD)=P(A)×P(B)×P(C)×P(D)=1/2×1/2×1/2×1=1/8。
基因型為AaBbCc的個體與基因型為AaBBCc的個體雜交(符合自由組合定律)，其后代中基因型為AabbCC的個體所占的比例為_____，基因型為aaBbCc的個體所占的比例為_____。
逐對計算每對等位基因(Aa×Aa、Bb×BB、Cc×Cc)中符合要求的基因型的概率，再用乘法原理計算結(jié)果。基因型為AabbCC的個體所占的比例為1/2×0×1/4=0；基因型為aaBbCc的個體所占的比例為1/4×1/2×1/2=1/16。
1.某玉米植株產(chǎn)生的配子種類及比例為YR∶Yr∶yR∶yr=1∶1∶1∶1。若該個體自交，后代中基因型為YyRR的個體所占的比例為 ( )A.1/16 B.1/8C.1/4 D.1/2
2.下列有關(guān)孟德爾遺傳規(guī)律的說法錯誤的是 ( )A.孟德爾解釋分離現(xiàn)象時，提出了生物體的性狀是由遺傳因子決定的B.孟德爾發(fā)現(xiàn)分離定律與自由組合定律的過程運用了假說—演繹法C.基因型為AaBb的個體自交，F(xiàn)1一定有4種表型和9種基因型D.葉綠體與線粒體的基因控制的性狀，其遺傳不遵循孟德爾遺傳規(guī)律

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第2節(jié) 孟德爾的豌豆雜交實驗（二）

版本： 人教版 (2019)

年級： 必修2《遺傳與進化》

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