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第一节　孟德尔对基因分离规律的探索
内容索引
01
02
03
自主预习 新知导学
合作探究 释疑解惑
课堂小结
课标定位
1.理解分离定律,能运用分离定律解释生活中常见的一对相对性状的遗传现象并预测子代的遗传性状。
2.理解假说、演绎等科学思维方法。
3.通过模拟、实验等科学探究过程,阐明基因分离定律的实质。
素养阐释
1.基于对分离定律的理解,形成结构与功能观、整体与局部观等生命观念。
2.能够运用假说、演绎等科学思维方法,构建基因分离定律的数学模型,阐释基因遗传定律的本质。
3.培养科学探究的意识。
4.关注遗传学发展,能够运用基因的分离规律分析现实问题。
自主预习 新知导学
一、孟德尔进行豌豆杂交实验
1.豌豆性状的选择
(1)选用豌豆作为实验材料的优点
①豌豆是自花闭花授粉植物,自然情况下都是纯合种,这是成功进行实验的前提和保证。
②豌豆具有稳定且容易区分的相对性状。
(2)孟德尔重点关注了7对性状。
2.实验方案的设计
(1)针对7对相对性状,设计了7个独立的实验。
(2)每个实验都进行杂交(用符号“×”表示),包括正交和反交。
(3)杂交的程序(以紫花和白花豌豆为例)
正交:确定母本(紫花)和父本(白花)→去掉紫花的花药→把白花的花粉涂抹在紫花的柱头上→获得子一代(F1)→F1自花授粉→获得子二代(F2)。
(4)常用符号的含义
3.实验结果观察与统计
(1) (2)
4.结论
(1)否定了混合遗传学说;(2)F1都仅表现其中一个亲本的性状,F2却出现了两个亲本的性状,且F2中两个亲本性状的比例均非常接近3∶1。
二、孟德尔提出性状遗传分离规律的假说
1.数学模型的使用
(1)相关概念
①相对性状:同种生物同一性状在个体间的不同表现。
②显性性状:在孟德尔的杂交实验中,能在子一代中显现出来的性状。
③隐性性状:在孟德尔的杂交实验中,不能在子一代中显现出来的性状。
(2)数学模型:AA×aa→F1 F2(AA+2Aa+aa)
(3)孟德尔豌豆杂交实验分析(以高秆豌豆与矮秆豌豆杂交为例)
2.严谨的科学实验态度及推理
孟德尔的分析和排查:第一,就某一性状来讲,使用的亲本是纯合体;第二,每个杂交实验只关注一对相对性状;第三,排除了因生长发育和环境因素对种子造成的影响;第四,分析了杂交植株的数目对F2比例的影响,说明F2的分离比为3∶1是建立在子代个体数目较多的基础上。
3.分离现象的普遍性和分离规律假说的提出
(1)分离现象的普遍性:其他植物杂交实验结果与豌豆杂交实验结果
完全吻合。
(2)孟德尔分离规律假说
①生物的性状由细胞内成对的遗传因子决定,一个遗传因子为显性,一个为隐性;
②生殖细胞内只含有成对遗传因子的一个;
③F1的表型取决于其细胞内所含有的显性遗传因子;
④F1产生两种类型的配子,雌、雄配子结合后,F2出现三种遗传类型,但表型比例接近3∶1。
图解(黄色豌豆种子与绿色豌豆种子杂交)
4.测交实验验证分离规律假说
(1)验证方法:测交法,即用遗传因子类型未知的显性个体与隐性个体进行杂交,鉴定显性个体基因型的方法。
(2)验证过程(用遗传图解分析)
(3)结果:紫花85株,白花81株,测交后代分离比接近1∶1,符合预期的设想。
(4)结论:证实F1是杂合体,产生C和c两种配子,这两种配子的比例是1∶1。
三、科学家解释孟德尔的分离规律
1.相关概念
(1)等位基因:决定同一性状的一对遗传因子是一对等位基因。
(2)基因型:生物的基因组成称为基因型。
(3)表型:能够识别的性状被称为表型。
2.解释的要点(以豌豆茎秆的高矮为例)
(1)T和t是位于一对同源染色体上的一对等位基因,分别控制豌豆的高秆和矮秆这一对相对性状。
(2)高秆纯合体的基因型为 TT ,矮秆纯合体的基因型为 tt ,亲本TT只能产生一种类型的配子( T ),亲本tt也只能产生一种类型的配子( t )。
(3)F1的基因型为 Tt ,由于T对t为显性,F1 的表型为高秆。
(4)当F1自交时,可产生的雌、雄配子分别有两种,T和t。雌、雄配子结合产生的全部F2中, TT∶Tt∶tt=1∶2∶1,表型的比例为高秆∶矮秆=3∶1。
四、科学家重新发现孟德尔遗传规律
1.分离定律的内容
一对基因在杂合体中保持相对独立。杂合体形成配子时,每对等位基因
彼此分开,分别进入不同的配子,形成两种数目相同的配子。杂合体自交后,子二代基因型分离比为显性纯合∶显性杂合∶隐性纯合=1∶2∶1。子二代表型比为显性性状∶隐性性状=3∶1。
2.不遵循分离定律的特殊遗传现象:细胞质遗传、表观遗传、基因的显隐性关系受生理和环境因素的影响、不完全显性等都不遵循分离定律。
五、模拟遗传因子分离的现象
1.模拟内容
2.实验步骤
(1)在两个围棋罐内放入两种色彩的棋子各50粒,黑子代表含有基因B的配子,白子代表含有基因b的配子。
(2)将棋子混合均匀后,两手同时从2个罐中各抓取一粒围棋子,记录抓取结果。
(3)将棋子放回,重新混合均匀。再次随机抓取,重复50次左右,记录每次抓取结果。
(4)统计抓取组合为BB(黑+黑)、Bb(黑+白)、bb(白+白)的次数,计算3种组合比例。
(5)统计全班同学的数据。
3.分析结果,得出结论
组合类型数量比为BB∶Bb∶bb=1∶2∶1,不同组合代表的显隐性性状的数量比为显性∶隐性≈3∶1。
【预习检测】
1.判断正误。
(1)豌豆一般都是纯种,原因是豌豆为严格的自花闭花授粉植物,不受外界花粉的干扰。(　　)
(2)豌豆种子的高秆和圆滑是一对相对性状。(　　)
(3)运用假说、演绎等方法验证的实验结果总与预期相符。(　　)
(4)符合分离定律并不一定出现3∶1的性状分离比。(　　)
(5)孟德尔巧妙设计的测交方法只能用于检测F1的基因型。(　　)
(6)在生物的体细胞中,控制同一性状的遗传因子成对存在,相对独立。
(　　)
(7)基因分离发生在减数分裂形成配子过程中。(　　)
√
×
×
√
×
√
√
2.在孟德尔的一对相对性状的杂交实验中,子一代只有高茎性状,子二代出现高茎∶矮茎≈3∶1的性状分离比。下列解释与此无关的是(　　)。
A.子一代含有的控制矮茎的遗传因子没有表现出来
B.每个个体产生的雌、雄配子的数量相等
C.必须有足量的子二代个体
D.各种配子的活力和每个个体适应环境的能力相同
答案:B
3.决定测交后代的种类和比例的是下列各项中的(　　)。
A.亲本的基因型
B.F1配子的种类和比例
C.隐性个体的配子
D.显性基因
答案:B
合作探究 释疑解惑
知识点一
孟德尔进行豌豆杂交实验
问题引领
1.用豌豆作为杂交实验材料的最大优势是什么
提示:豌豆是严格的自花闭花授粉植物,故在自然状态下都是纯种;而且豌豆相对性状明显、易于区分,用其作为杂交实验材料,结果既可靠,又易于分析。
2.为什么去雄不能在开花以后进行
提示:由于豌豆是自花闭花授粉植物,在花开放之前就完成了传粉过程,所以去雄不能在开花以后进行。
归纳提升
1.豌豆杂交实验的主要步骤和注意事项
(1)主要步骤:去除母本的花药和人工涂抹父本的花粉。
(2)注意事项:①去除花药的时机一定是在花蕾期,即花药成熟前,不能等开花后;
②去除母本的花药时,要干净彻底,不要伤及柱头。
2.正确理解正交和反交
正交和反交是相对的,若用品种甲做母本、品种乙做父本叫正交,那么用品种甲做父本、品种乙做母本叫反交。杂交实验为了确保实验结果的可靠性,正交、反交都必须做,而且正交、反交的结果相同。
典型例题
有些植物的花为两性花(即一朵花中既有雄蕊,又有雌蕊),有些植物的花为单性花(即一朵花中只有雄蕊或雌蕊)。下列有关植物杂交育种的说法,正确的是(　　)。
A.用开两性花的植物进行人工杂交实验,需要对父本进行去雄处理
B.用开单性花的植物进行人工杂交实验的基本操作程序是去雄→套袋→授粉→套袋
C.无论是两性花植物,还是单性花植物,在进行杂交实验的过程中都需要套袋
D.提供花粉的植株称为母本
答案:C
解析:用开两性花的植物进行人工杂交实验,需要对母本进行去雄处理。用开单性花的植物进行人工杂交实验的基本操作程序是套袋→授粉→套袋。无论是两性花植物还是单性花植物,在杂交过程中都需要套袋,其目的是避免外来花粉的干扰。提供花粉的植株称为父本,接受花粉的植株称为母本。
【变式训练】
在孟德尔的豌豆杂交实验中,必须对母本采取的措施是(　　)。
①开花前人工去除花药　②开花后人工去除花药　③自花授粉前人工去除花药　④去除花药后自然授粉　⑤去除花药后人工授粉
A.①④　　 B.②④
C.③⑤ D.①⑤
答案:C
知识点二
孟德尔提出性状遗传分离规律的假说
问题引领
1.孟德尔提出的性状遗传分离规律的假说中,最核心的内容是什么
提示:F1产生两种类型的配子。
2.请根据已有知识分析,为什么体细胞中的遗传因子成对存在,而生殖细胞中只含有成对遗传因子中的一个
提示:在进行减数分裂产生生殖细胞时,成对的遗传因子彼此分离,生殖细胞中只有成对遗传因子中的一个。
3.测交时为什么用隐性纯合体与F1杂交 测交后代的种类和比例取决于什么
提示:隐性纯合体只能产生含隐性遗传因子的配子,该配子与其他配子随机结合后,对子代的性状表现无影响。隐性纯合体与F1杂交,能使F1中各种遗传因子控制的性状全部表现出来,从而推知F1中含有的遗传因子的种类。测交后代的种类和比例取决于F1产生的配子的种类和比例。
4.杂交、自交和测交在遗传中各有不同的用途,请回答下列遗传问题。
(1)已知豌豆豆荚的绿色和黄色是一对相对性状,如何来确定二者的显隐性关系
提示:用纯合的绿豆荚豌豆和纯合的黄豆荚豌豆杂交,子一代显现出来的性状是显性性状。
(2)已知豌豆的高茎对矮茎为显性,现有一株高茎豌豆,如何鉴定该高茎豌豆是纯合体还是杂合体
提示:让该高茎豌豆自交,若后代全为高茎豌豆,则该豌豆是纯合体,若后代发生性状分离,则该豌豆是杂合体。
(3)羊的白毛对黑毛是显性,现有一只白毛公羊,如何鉴定其遗传因子组成是纯合的还是杂合的
提示:让该白毛公羊和多只黑毛母羊交配,子代若出现黑毛羊,则该白毛羊的遗传因子组成为杂合,若子代全为白毛羊,则该白毛羊的遗传因子组成为纯合。
归纳提升
1.有关孟德尔一对相对性状杂交实验的2个易错点
(1)F1自交,F2不一定出现3∶1的性状分离比
①小样本问题
在孟德尔一对相对性状的杂交实验中,F1自交,F2出现3∶1的性状分离比是一种统计学规律。只有样本足够大,才有此规律性。如果子代数目较少,则不一定符合预期的分离比。如2只杂合黑豚鼠杂交,生下的4只小豚鼠不一定是3只黑豚鼠、1只白豚鼠,有可能只有黑豚鼠或只有白豚鼠,也有可能是2只黑豚鼠、2只白豚鼠,还可能是3只白豚鼠、1只黑豚鼠。
②某些 “致死”可能导致遗传分离比发生变化,如隐性致死、纯合致死、显性致死等。
(2)杂合体(Aa)产生雌、雄配子的数量不相等。
一般来说,生物产生的雄配子数远远多于雌配子数。
2.对分离现象解释的验证——测交实验
方法 作用 结果
让F1与隐性纯合类型杂交 (1)测定F1配子的种类及比例 (2)测定F1的基因型 (3)判断F1形成配子时基因的行为 与预期的设想相符,证实了:
(1)F1产生A和a两种类型且比例相等的配子
(2)F1是杂合体,基因型为Aa
(3)F1在形成配子时,等位基因彼此分离
特别提醒 测交法应用的前提是已知生物性状的显隐性。此方法常用于动物遗传因子组成的检测。但待测对象若为生育后代少的雄性动物,注意应与多个隐性雌性个体交配,以使后代产生更多的个体,使结果更有说服力。
典型例题
有关下面遗传图解(图Z4-1-1)的说法,错误的是(　　)。
A.①②表示产生配子的减数分裂过程
B.③表示雌、雄配子随机结合的过程
C.Aa能产生数目相等的配子,即雄配子∶雌配子=1∶1
D.子代中,Aa个体在显性个体中所占的比例为2/3
答案:C
解析:题图中①②均表示减数分裂过程,A项正确。③表示受精作用,雌、雄配子随机结合,B项正确。Aa能产生数目相等的配子,即雄配子中A∶a=1∶1,雌配子中A∶a=1∶1,但产生的雄配子数远多于雌配子数,C项错误。子代中,Aa个体在显性个体中所占的比例为2/3,D项正确。
图Z4-1-1
【变式训练】
1.一对相对性状的纯合亲本杂交,子二代中(　　)。
A.所有的统计结果都等于3∶1
B.统计的样本足够大时才符合3∶1
C.性状按3∶1的比例出现
D.统计的样本越小越接近3∶1
答案:B
2.下列关于测交的说法,错误的是(　　)。　
A.通过测交测定F1的基因组成来验证孟德尔假说的科学性
B.测定F1的遗传因子组成是根据F1与隐性个体杂交所得后代性状逆推的
C.之所以选择隐性个体与F1测交,是因为这样可以使F1中的所有遗传因子都能表达出来
D.测交时,对与F1杂交的另一亲本无特殊限制
答案:D
解析:遗传因子决定性状。性状大多是人眼所能见到的,而遗传因子是人眼直接观察不到的,所以研究遗传因子传递规律是根据测交后代的性状表现逆推的方法来进行的。要推知F1的所有遗传因子组成,就必须让F1中的所有遗传因子都表达出来,所以与F1测交的另一亲本必须对F1无任何遮盖作用,也就是说另一亲本必须是隐性纯合体。
知识点三
科学家解释孟德尔的分离规律及重新发现孟德尔遗传规律
问题引领
1.分离规律的细胞学基础是什么 基因分离发生于什么时间
提示:减数分裂过程中同源染色体分离。减数第一次分裂后期。
2.杂合体(Aa)自交,求自交后代某一个体是杂合体的概率。
提示:对这个问题首先必须明确该个体是已知表型还是未知表型。①若已知该个体表型为显性性状,它的遗传因子组成有两种可能性:AA和Aa,且比例为1∶2,所以它是杂合体的概率为2/3。②若该个体未知表型,那么该个体的遗传因子组成有三种可能性:AA、Aa和aa,且比例为1∶2∶1,因此它是杂合体的概率为1/2。
归纳提升
1.分离定律的实质
图Z4-1-2表示一个基因型为Aa的性原细胞产生配子的过程
由图得知,基因型为Aa的生物可
产生A和a两种类型的雌、雄配
子,两种雄配子的比例为1∶1,两
种雌配子的比例也为1∶1。
图Z4-1-2
2.“三法”验证分离定律
(1)自交法:自交后代的性状分离比为3∶1,可验证分离定律。
(2)测交法:测交后代的性状分离比为1∶1,可验证分离定律。
(3)花粉鉴定法:取杂合体的花粉,对花粉进行特殊处理后,用显微镜观察并计数,花粉类型比例为1∶1,可直接验证分离定律。
3.显隐性性状的判断方法
根据子代性状判断:
4.表型与基因型的相互推导
(1)由亲代推断子代的基因型与表型(正推型)
亲本 子代基因型 子代表型
AA×AA AA 全为显性
AA×Aa AA∶Aa=1∶1 全为显性
AA×aa Aa 全为显性
Aa×Aa AA∶Aa∶aa=1∶2∶1 显性∶隐性=3∶1
aa×Aa Aa∶aa=1∶1 显性∶隐性=1∶1
aa×aa aa 全为隐性
(2)由子代推断亲代的基因型(逆推型)
①隐性纯合体突破法:若子代出现隐性性状,则基因型一定是aa,其中一个a来自父本,另一个a来自母本,然后再根据亲代的表型进一步判断。
②分离比法
子代表型 亲本基因型组合 亲本基因型、表型
全显 AA×_ _ 亲本中至少有一个是显性纯合体
全隐 aa×aa 亲本均为隐性纯合体
显∶隐=1∶1 Aa×aa 亲本一方为杂合体,一方为隐性纯合体
显∶隐=3∶1 Aa×Aa 亲本均为杂合体
5.两种自交类型的相关计算
(1)不淘汰任何个体
①杂合体(Aa)连续自交,第n代的比例见下表:
Fn 杂合体 纯合体 显性纯合体 隐性纯合体 显性个体 隐性个体
所占 比例 1/2n 1-1/2n 1/2-1/2n+1 1/2-1/2n+1 1/2+1/2n+1 1/2-1/2n+1
②将上表中的数据转换为坐标曲线图:
图Z4-1-3
由该曲线得到的启示:在育种过程中,选育符合人们要求的个体(显性),可进行连续自交,直到性状不再发生分离为止,即可留种推广使用。
(2)逐代淘汰隐性个体
杂合体(Aa)连续自交,且逐代淘汰隐性个体,自交n代后,显性个体中,纯合体的比例为(2n-1)/(2n+1),杂合体的比例为2/(2n+1)。
典型例题
1.老鼠毛色有黑色和黄色,这是一对相对性状。有下面三组交配组合,请判断四个亲本中是纯合体的是(　　)。
序号 亲本表型组合 子代表型及数目
① 甲(黄色)×乙(黑色) 12(黑)、4(黄)
② 甲(黄色)×丙(黑色) 8(黑)、9(黄)
③ 甲(黄色)×丁(黑色) 全为黑色
A.甲和乙　　B.乙和丙 C.丙和丁 D.甲和丁
答案:D
解析:根据三组杂交组合的子代表型可知,黑色鼠出现的频率高于黄色鼠,且第③组子代全为黑色鼠,说明黑色为显性,黄色为隐性。故甲为隐性纯合体,丁为显性纯合体。
2.豌豆的花色中紫色(A)对白色(a)为显性。一株杂合紫花豌豆连续自交繁殖三代,则子三代中开紫花的豌豆植株和开白花的豌豆植株的比例是
(　　)。
A.3∶1 B.15∶7
C.9∶7 D.15∶9
答案:C
解析:Aa连续自交三代,子一代基因型比例为1∶2∶1,子二代基因型比例为3∶2∶3,子三代基因型比例为7∶2∶7,所以子三代表型比例为9∶7。
【变式训练】
1.一匹家系来源不明的雄性黑马与若干匹雌性红马杂交,生出20匹红马和22匹黑马,你认为这两种亲本马的基因组成可能是(　　)。
A.黑马为显性纯合体,红马为隐性纯合体
B.黑马为杂合体,红马为显性纯合体
C.黑马为隐性纯合体,红马为显性纯合体
D.黑马为杂合体,红马为隐性纯合体
答案:D
解析:具有一对相对性状的纯合体杂交,后代应均为显性性状,A、C两项不符合题意。具有一对相对性状的显性纯合体与杂合体杂交,后代应均为显性,B项不符合题意。具有一对相对性状的杂合体与隐性纯合体杂交,后代显隐性之比为1∶1,D项符合题意。
2.某品种鸡羽毛的颜色由A、a控制,某人做了如下杂交实验:
组别 亲本(P)组合 子一代(F1) 子二代(F2)
表型 黑色(♀)×白色(♂) 黑色 黑色∶白色=3∶1
若F2中黑色羽毛鸡的雌、雄个体数相同,F2黑色羽毛鸡自由交配得F3,则F3中(　　)。　
A.杂合体占5/9 B.黑色个体占8/9
C.杂合体多于纯合体 D.黑色个体都是纯合体
答案:B
解析:由题意可知,黑色羽毛鸡的基因型是A_,白色羽毛鸡的基因型是aa。F2黑色个体中Aa占2/3,AA占1/3,则A配子占2/3,a配子占1/3,在自由交配的情况下,F3中杂合体Aa占2×(2/3)×(1/3)=4/9,纯合体占5/9,黑色个体(A_)占(2/3)×(2/3)+2×(2/3)×(1/3)=8/9。
[素养提升]
分离规律中的分离比异常情况
(1)不完全显性:如等位基因A和a分别控制红花和白花,在完全显性时,基因型为Aa的个体自交后代中红∶白=3∶1;在不完全显性时,基因型为Aa的个体自交后代中红(AA)∶粉红(Aa)∶白(aa)=1∶2∶1。
(2)某些致死现象导致遗传分离比变化:如显性纯合致死,杂合体自交后代比例为2∶1;显性杂合致死,杂合体自交后代比例为1∶1。
(3)表观遗传现象:改变原来的比例。
(4)细胞质遗传:无固定比例。
请根据下列小鼠毛色(由F、f控制)遗传杂交实验,推测胚胎致死个体(不能完成胚胎发育)的基因组成为(　　)。
①黑色× 黑色→黑色
②黄色×黄色→黄色∶黑色=2∶1
③黄色×黑色→黄色∶黑色=1∶1
A.FF　　B.Ff C.ff D.不能确定
答案:A
解析:由②黄色×黄色→ 2黄色∶1黑色判断出黄色为显性,黑色为隐性,且其亲本均为杂合体,其杂交结果应该为黄色∶黑色=3∶1,而实际结果是黄色∶黑色=2∶1,说明显性纯合致死,即FF致死。
课堂小结
本 课 结 束

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