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第1章 遗传因子的发现
第2节 孟德尔的豌豆杂交实验（二）教案
★教学目标
生命观念：分析自由组合定律的实质，阐释生命的延续性，建立进化与适应的观点；能够运用自由组合定律解释的生活中常见的遗传现象，渗透生命观念
科学思维：认识孟德尔自由组合定律的内容，体会其对自由组合现象的解释和验证，分析各遗传因子的自由组合，掌握自由组合定律的实质，培养科学思维。
科学探究：学会从单因子到多因子的分析方法，并用于杂交实验的研究，通过“假说-演绎法”解释孟德尔从两对相对性状杂交实验到自由组合定律的结论的基本思路，培养归纳与演绎的科学思维，进一步体会假说-演绎法。
社会责任：形成严谨、求实的科学态度和勇于质疑、敢于创新的科学精神。
★教学重点难点
教学重点：1.自由组合现象的解释，阐明自由组合定律；
2.以孟德尔的遗传实验为素材进行科学方法教育；
3.运用分离定律解释一些遗传现象。
教学难点：对自由组合现象的解释。
★教学过程
一、导入新课
小组讨论，问题探讨
观察花园里的豌豆植株，孟德尔发现就子叶颜色和种子形状来看，包括两种类型：一种是黄色圆粒的，一种是绿色皱粒的。
讨论：
1.决定子叶颜色的遗传因子对决定种子形状的遗传因子会不会有影响呢？
提示：不影响。决定子叶颜色的遗传因子和决定种子形状的遗传因子具有一定的独立性，二者的分离和组合是互不干扰的，因此它们之间不会相互影响。
2.黄色的豌豆一定是饱满的、绿色的豌豆一定是皱缩的吗？
提示：不一定。在生活中，也可以看到黄色皱缩的豌豆及绿色饱满的豌豆。
【教师】提出疑问：为什么院子里只要是黄色豌豆都是饱满的圆粒，只要是绿色豌豆都是干瘪的皱粒？
【追问】控制粒型的遗传因子和控制颜色的遗传因子之间有必然的联系吗？
【学生】思考，并尝试回答。
【教师】一对相对性状的分离对其他性状有没有影响呢？在发现了一对相对性状遗传规律的基础上，孟德尔又对豌豆两对相对性状的遗传进行了研究。
进而引出本节学习内容——孟德尔的豌豆杂交实验（二）
【教师】带领学生回顾科学方法——假说-演绎法。
在观察和分析基础上提出问题以后，通过推理和想象提出解释问题的假说，根据假说进行演绎推理，推出预测的结果，再通过实验来检验。如果实验结果与预测相符，就可以认为假说是正确的，反之，则可以认为假说是错误的。这是现代科学研究中常用的一种科学方法，叫作假说--演绎法。
①观察现象，提出问题→②分析问题，作出假说→③演绎推理→④实验验证→⑤得出结论
二、讲授新课
（一）两对相对性状的遗传实验（观察现象，提出问题）
【教师】展示黄色圆粒豌豆和绿色皱粒豌豆的杂交实验示意图。
【讲解】孟德尔用纯种黄色圆粒豌豆和纯种绿色皱粒豌豆作亲本进行杂交，无论是正交还是反交，结出的种子（F1）都是黄色圆粒。
【教师】提出问题：黄色和绿色、圆粒和皱粒中显性性状、隐性性状分别是什么呢？
【学生】分析黄色圆粒豌豆和绿色皱粒豌豆的杂交实验示意图，思考并回答问题。
【教师讲解】根据显、隐性性状的定义分析，子代只有黄色，说明黄色为显性性状；子代只有圆粒，说明圆粒为显性性状。这表明黄色和圆粒都是显性性状，绿色和皱粒都是隐性性状。
【教师】展示黄色圆粒豌豆和绿色皱粒豌豆的杂交实验示意图。
【讲解】孟德尔又让F1自交，在产生的F2中，出现了黄色圆粒和绿色皱粒，这当然在意料之中的。奇怪的是，F2中还出现了亲本所没有的性状组合。
【教师】提出问题：F2出现新的性状组合是什么？
【学生】通过分析豌豆的杂交实验示意图，尝试回答。
F2亲本类型（黄色圆粒和绿色皱粒）
F2重组类型（黄色皱粒和绿色圆粒）
【教师】再次提出疑问：为什么会出现新的性状组合呢？它们之间有什么数量关系吗？
【学生】结合遗传图解和上述问题，小组进行讨论，并进行全班交流。
【教师】倾听、指导小组讨论、交流。
【讲解】孟德尔同样对F2生物性状类型进行了数量统计：在总共得到的556粒种子中，黄色圆粒、绿色圆粒、黄色皱粒和绿色皱粒的数量依次是315、108、101和32，它们的数量比接近9：3：3：1。
对每一对相对性状单独进行分析，结果发现每一对相对性状的遗传都遵循了分离定律。
【教师讲解】（1）上述分析表明，只看一对相对性状，无论是豌豆种子的粒形还是子叶的颜色，依然遵循分离定律，也就是说控制种子形状的遗传因子的遗传，与控制子叶颜色的遗传因子的遗传是互不干扰的。
【提出疑问】那么，将两对相对性状的遗传一并考虑，不同性状之间发生了新的组合，是否控制两对相对性状的遗传因子也发生了组合呢？
【学生】思考问题。
【教师讲解】（2）F2中粒色分离比为黄色：绿色=3：1，粒形的分离比为圆粒∶皱粒=3：1。表明豌豆的粒色和粒形的遗传都遵循分离定律。
【教师讲解】（3）F2有四种性状表现，其中绿色圆粒、黄色皱粒是不同于两亲本性状的重新组合类型，
表明不同性状的组合是自由的、随机的。
而如果把两对性状联系在一起分析，F2出现的四种：
黄圆：黄皱：绿圆：绿皱，接近于9：3：3：1
【教师】提出问题：从数学的角度分析，F2四种性状表现比例9：3：3：1 与3：1有何关系？这对理解两对相对性状的遗传结果有什么启示？
【学生】小组讨论，回答问题。
提示：9：3：3：1是（3：1）2的展开式。
从数学的角度分析，（3：1）2的展开式为9：3：3：1，即9：3：3：1的比例可以表示为两个3：1的乘积。对于两对相对性状的遗传结果，如果对每一对相对性状单独进行分析，如分别只考虑圆和皱、黄和绿一对相对性状的遗传时，其性状的数量比是圆粒：皱粒=（315+108）：（101+32）≈3：1，黄色：绿色=（315+101）：（108+32）≈3：1。即每一对相对性状的遗传都遵循分离定律，这无疑说明两对相对性状的遗传结果可以表示为它们各自遗传结果的乘积，即9：3：3：1来自于（3：1）2。
【教师】通过观察实验现象，提出问题：F2为什么会出现新的性状组合，且子代比例为9：3：3：1？
（二）对自由组合现象的解释——假说（分析问题，作出假说）
【教师】展示黄色圆粒豌豆和绿色皱粒豌豆杂交实验的分析图解。
【孟德尔首先假设】豌豆的圆粒和皱粒分别由遗传因子R、r控制，黄色和绿色分别由遗传因子Y、y控制。
【学生】结合图解，思考并填写对应个体的遗传因子组成。
【学习任务】填写对应个体的遗传因子组成：
P 黄色圆粒（YYRR）×绿色皱粒（yyrr）
↓
F1 黄色圆粒（YyRr）
↓
F2 黄色圆粒 绿色圆粒 黄色皱粒 绿色皱粒
（Y_R_） （yyR_） （Y_rr） （yyrr）
（1）亲本的遗传因子组成：
纯种黄色圆粒：YYRR→产生的配子：YR
纯种绿色皱粒：yyrr→产生的配子：yr
（2）F1的遗传因子组成为YyRr，表现为黄色圆粒。
【孟德尔作出假说】F1在产生配子时，每对遗传因子彼此分离，不同对的遗传因子可以自由组合。
这样F1产生的雌配子和雄配子各有4种。
（3）F1产生配子的类型及比例：
类型：YR、yR、Yr、yr，比例为：1：1：1：1。
【教师讲解】受精时，雌雄配子的结合是随机的。雌雄配子的结合方式有16种；遗传因子的组合形式有9种；性状表现有4种。
【教师】棋盘法展示黄色圆粒豌豆与绿色皱粒豌豆杂交实验的分析图解。
（4）F1产生配子时，雌雄配子随机结合，则
①F1产生的4种雄配子和4种雌配子的种类和比例均为YR：yR：Yr：yr=1：1：1：1。
②四种雌雄配子结合机会均等，其结合方式为16种。
③在这些组合中，遗传因子的组合类型有9种。
④F2的表现型共有4种，比例为9：3：3：1。
【总结】孟德尔作出的假说内容
（1）两对相对性状分别由两对遗传因子控制。
（2）F1产生配子时，每对遗传因子彼此分离，不同对的遗传因子可以自由组合。
（3）F1产生的雌配子和雄配子各有4种，且它们之间的数量比为1：1：1：1。
（4）受精时，雌雄配子的结合是随机的。
【思考】要得到遗传因子组成为YyRr的黄色圆粒豌豆，亲代除黄色圆粒和绿色皱粒外，还可以有哪些类型？
提示：黄色皱粒（遗传因子组成为YYrr）和绿色圆粒（遗传因子组成为yyRR）杂交，可以获得遗传因子组成为YyRr的黄色圆粒豌豆。
【思考】如果不用字母，而是用中文或英文的词或句子来代表遗传因子，左图该怎样呈现？用字母作为符号，在孟德尔的推理过程中起到了什么作用？
提示：用中文或英文的词或句子来代表遗传因子，表述黄色圆粒与绿色皱粒豌豆杂交实验的分析图解会非常繁琐，而用字母作为符号分析遗传图解就简便多了。用字母作为符号呈现思维过程，也利于不同语言、不同地区的人交流。
提问：如何验证上述解释是否正确呢？
（三）对自由组合现象解释的验证（演绎推理，实验验证）
【教师】孟德尔又设计了测交实验，让杂交子一代（YyRr）与隐性纯合子（yyrr）杂交。同样，孟德尔依据假说，演绎推理出测交实验结果（预期结果）。
黄色圆粒：黄色皱粒：绿色圆粒：绿色皱粒=1：1：1：1。
【总结】验证方法：测交，即让F1（YyRr）与隐性纯合子（yyrr）杂交。
【教师】请同学们以小组为单位，通过课本中给出的资料，尝试画一下测交实验图解。
【学生】小组合作，尝试画出测交实验图解。
遗传图解（测交实验理论推测）
【教师】展示黄色圆粒豌豆与绿色皱粒豌豆测交实验的分析图解以及黄色圆粒豌豆与绿色皱粒豌豆测交实验的结果。
【演绎推理】
【实验验证】
在孟德尔所做的测交实验中，无论是以F1作母本还是作父本，结果都与预测相符。
测交实验的结果符合预期的设想，因此证明解释是正确的。从而证实了：F1是杂合体，遗传因子组成为YyRr，产生了 YR、Yr、yR、yr 四种等比例的配子
测交实验分析：
（1）由测交后代的遗传因子组成及比例可推知杂种子一代的遗传因子组成为YyRr。杂种子一代产生的配子类型及比例为YR：yR：Yr：yr=1：1：1：1。
（2）通过测交实验的结果可证实：杂种子一代在形成配子时，决定同一性状的成对的遗传因子彼此分离，决定不同性状的遗传因子自由组合。
（四）自由组合定律
【教师讲述】孟德尔在他所研究的豌豆相对性状中，任选两种相对性状进行杂交实验，结果都是一样的。这种情况在其他生物体上也常常看到。后人把这一遗传规律成为孟德尔第二定律，也叫作自由组合定律。
【总结】自由组合定律的内容。
控制不同性状的遗传因子的分离和组合是互不干扰的；在形成配子时，决定同一性状的成对的遗传因子彼此分离，决定不同性状的遗传因子自由组合。
适用条件：（1）真核生物的性状遗传；（2）有性生殖的生物的性状遗传；（3）细胞核遗传；（4）两对或两对以上相对性状的遗传。
【思考】孟德尔在总结遗传规律时，是否用到了归纳法？
提示：归纳法是从一类事物的一个个具体事实中总结出这类事物共性的逻辑思维方法。孟德尔在进行豌豆杂交实验时，研究了7对相对性状各自的遗传结果，发现F2种显性性状个体与隐性性状个体的数量比约为3：1，由此总结出遗传因子的传递规律，这个过程中就运用了归纳法。
（五）孟德尔实验方法的启示
【教师讲述】在孟德尔之前，也有不少学者做过动物和植物的杂交实验，也观察到了生物遗传中的性状分离现象，但是都未能总结出遗传的规律。为什么孟德尔能够取得成功呢？
【合作探究】阅读课本P12思考讨论，分析孟德尔获得成功的原因，并完成讨论题。
【学生】小组合作探究，回答问题。
讨论：
1.用豌豆作杂交实验的材料有哪些优点？这说明实验材料的选择在科学研究中起着怎样的作用？
提示：豌豆适于作杂交实验材料的优点有：
（1）具有稳定的易于区分的相对性状，如高茎和矮茎，高茎高度为1.5～2.0 m，矮茎高度仅为0.3 m左右，易于观察和区分；
（2）豌豆严格自花传粉，在自然状态下可以获得纯种，纯种杂交可获得杂合子；
（3）豌豆花比较大，易于做人工杂交实验。孟德尔正是因为选用了豌豆做杂交实验，才能有效地从单一性状到多对性状研究生物遗传的基本规律，才能对遗传实验结果进行量化统计。若孟德尔一味地用山柳菊做实验，就很可能揭示不了生物遗传的规律，所以科学地选择实验材料是科学研究取得成功的重要保障之一。
2.如果孟德尔没有对实验结果进行统计学分析，他能不能对分离现象作出解释？
提示：如果孟德尔没有对实验结果进行统计学分析，他很难对分离现象作出解释。因为通过数学统计，孟德尔发现了生物性状的遗传在数量上呈现一定的数学比例，这引发他揭示其实质的兴趣。同时这也使孟德尔意识到数学概率也适用于生物遗传的研究，从而将数学方法引入对遗传实验结果的处理和分析中。
3.孟德尔对分离现象的解释在逻辑上环环相扣，十分严谨。他为什么还要设计测交实验进行验证呢？
提示：一种正确的假说，仅能解释已有的实验结果是不够的，还应该能够预测另外一些实验的结果，并通过实验来验证。如果实验结果与预测相符，就可以认为假说是正确的；反之，则认为假说是错误的。孟德尔基于他对豌豆杂交实验作出的假说，设计测交实验，其实验结果与预测相符，由此证明自己提出的假说是正确的。
4.孟德尔使用不同的字母作为代表不同遗传因子的符号，这与他在大学进修过数学有没有关系？这对他进行逻辑推理有什么帮助？
提示：有关系。数学包含许多符号，数学符号也被普遍应用于概括、表述和研究数学的过程中。孟德尔创造性地应用符号体系，并用于表达抽象的科学概念，和应用数学符号研究数学有异曲同工之妙，这与他曾在大学进修过数学有关。数学符号能简洁、准确地反映数学概念的本质。孟德尔用这种方法，也更加简洁、准确地反映抽象的遗传过程，使他的逻辑推理更加顺畅。
5.除了创造性地运用科学方法，你认为孟德尔获得成功的原因还有哪些？
（1）扎实的知识基础和对科学的热爱。孟德尔在维也纳大学进修时，通过对自然科学的学习，使他具有生物类型是可变的、可以通过杂交产生新的生物类型等进化思想。同时孟德尔还学习数学，使他受到“数学方法可以应用于各门自然科学之中”的思想影响，产生应用数学方法解决遗传学问题的想法，使孟德尔成为第一个认识到概率原理能用于预测遗传杂交实验结果的科学家。
（2）严谨的科学态度。孟德尔对杂交实验的研究是从观察遗传现象出发，提出问题，作出假设，然后设计实验验证假设的研究方法。这在当时是一种新的研究思路，光是豌豆的杂交实验，他就没有局限于对实验结果的简单描述和归纳。
（3）创造性地应用科学符号体系。科学符号体系能够更简洁、准确地反映抽象的遗传过程。
（4）勤于实践。孟德尔在豌豆杂交实验中，连续进行了8年的研究，并且对每次实验的结果进行统计分析，从中发现了前人没有发现的问题和规律。
（5）敢于向传统挑战。孟德尔通过实验研究，提出了“颗粒遗传”的思想，这是对传统遗传观念的挑战。
【归纳总结】孟德尔成功的原因
1.正确选用豌豆作为实验材料。
2.采取了由单因素（即一对相对性状）到多因素（即两对或两对以上相对性状）的研究方法。
3.运用了统计学的方法对实验结果进行了统计。
4.创新性地设计了测交实验，证实了对实验现象的解释，验证了假说的正确性。
5.运用假说—演绎法这一科学方法。
（六）孟德尔遗传规律的再发现
【教师】组织学生阅读教材P12-13页孟德尔遗传规律的再发现文字部分，同时画出相关的再发现内容，并尝试进行概括总结。
【学生】阅读教材，画出孟德尔遗传规律的再发现文字，并进行概括。
【师生共同归纳概括】
1.1866年孟德尔将研究结果整理成论文《植物杂交的试验》发表,遗憾的是这一重要成果却没有引起人们的重视，一直沉寂了30多年。
2.1900年三位科学家分别重新发现了孟德尔的论文，他们做了许多与孟德尔实验相似的观察，并且认识到孟德尔提出的理论的重要意义。
3.1909年丹麦生物学家约翰逊给孟德尔的“遗传因子”一词起了一个新名字，叫作“基因”（gene），并提出表型（也叫表现型）和基因型的概念。
（1）表型：生物个体表现出来的性状，如豌豆的高茎和矮茎；
（2）基因型：与表现型有关的基因组成，如高茎豌豆的基因型是DD或Dd，矮茎豌豆的基因型为dd；
（3）等位基因：控制相对性状的基因，如D与d。（杂合子才含有等位基因）
4.纯合子：由相同基因的配子结合成的合子发育成的个体（也称纯合体、纯种），体细胞中成对的基因都为相同基因。如DD、dd、YYRR、yyRRdd。
5.杂合子：由不同基因的配子结合成的合子发育成的个体（也称杂合体、杂种），体细胞中成对的基因至少有一对为等位基因。如Dd、YyRr、yyRr、yyRRDd。
6.书写基因型的注意事项：（1）成对基因之间不得插入其他基因；（2）等位基因中显性基因写在隐性基因的前面。
7.基因型是性状表现的内在因素；表现型是基因型的表现形式。表现型相同的基因型不一定相同；基因型相同的表现型不一定相同。
【总结】表型 = 基因型 + 环境因素影响
（七）孟德尔遗传规律的应用
【教师讲述】分离定律和自由组合定律在生物的遗传中具有普遍性。掌握这些定律不仅有助于人们正确地解释生物界普遍存在的遗传现象，还能预测杂交后代的类型和它们出现的概率，这在动植物育种和医学实践等方面具有重要意义。
【归纳总结】孟德尔穿规律在杂交育种和医学实践方面的应用。
1.杂交育种
在杂交育种工作中，人们有目的地将具有不同优良性状的两个亲本进行杂交，使两个亲本的优良性状结合在一起，再筛选出所需要的优良品种。例如：小麦的抗倒伏（D）对易倒伏（d）为显性，易染条锈病（T）对抗条锈病（t）为显性。小麦患条锈病或倒伏，会导致减产甚至绝收。现有两个不同品种的小麦，一个品种抗倒伏，但易染条锈病（DDTT）；另一个品种易倒伏，但能抗条锈病（ddtt）。如何培育出既抗倒伏又抗条锈病的纯种（DDtt）？
【小组活动】请同学们小组为单位，通过课本中给出的资料，尝试画一下易倒伏抗条锈病的实验图解。
经过选择和培育，就可以得到既抗倒伏又抗条锈病的纯种（DDtt）。
2.医学实践
在医学实践中，人们可以依据分离定律和自由组合定律，对某些遗传病在后代中的患病概率作出科学的推断，从而为遗传咨询提供理论依据。
【例如】人类的白化病是一种由隐性基因（a）控制的遗传病，如果一个患者的双亲表型正常，双亲的后代中患病概率是多少？
根据分离定律可知，患者的双亲一定都是杂合子（Aa），则双亲的后代中患病概率是1/4。
【例如】父亲为多指患者（由显性致病基因A控制），母亲表现型正常，他们婚后却生了一个手指正常但患先天聋哑的孩子（由隐性致病基因b控制）。推测：
（1）这对夫妇以及孩子的基因型？父亲：AaBb；母亲：aaBb；孩子：aabb
（2）这对夫妇的后代中可能出现的表现型及其概率是多少？
多指不患聋哑3/8；多指聋哑1/8；不患多指聋哑1/8；不患多指不患聋哑3/8。
（八）课堂小结
★板书设计
1.2 孟德尔的豌豆杂交实验（二）
一、两对相对性状的杂交试验
二、对自由组合现象的解释和验证
三、自由组合定律
四、孟德尔实验方法的启示（分析孟德尔获得成功的原因）
五、孟德尔遗传定律的再发现
六、孟德尔遗传定律的应用

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