【同步学案】1.1孟德尔的豌豆杂交实验（一）

第1节 孟德尔的豌豆杂交实验（一）
一、豌豆用作遗传实验材料的优点
1．优点
豌豆的特点 优势
自花传粉、闭花受粉，自然状态下，一般都是纯种 用豌豆做人工杂交实验，结果既可靠，又容易分析
具有易于区分的性状且能够稳定地遗传给后代 实验结果易于观察和分析
花较大 易于做人工杂交实验
子代个体数量较多 用数学统计方法分析结果更可靠，且偶然性小
2．人工异花传粉的过程
去雄：除去母本未成熟花的全部雄蕊
　↓
套袋：套上纸袋，避免外来花粉的干扰
　↓
传粉：待去雄花的雌蕊成熟时，采集另一植株的花粉，涂在去雄花的雌蕊的柱头上
　↓
再套袋：防止外来花粉的干扰，保证杂交所得到的种子是人工授粉后所结
3．相关概念
(1)自交：遗传因子组成相同的个体之间的交配，植物的自花传粉、同株异花传粉均属于自交。
(2)相对性状：一种生物的同一种性状的不同表现类型。
强化记忆：
如图为豌豆的一对相对性状遗传实验过程图解，请仔细读图并回答下列问题：
(1)该实验中父本是矮茎豌豆，母本是高茎豌豆。
(2)操作①是什么？应该在什么时期进行？为什么？
提示　去雄；花蕾期；避免自花传粉。
(3)该过程中进行两次套袋的目的是什么？
提示　避免外来花粉的干扰。
二、一对相对性状的杂交实验
1．实验过程
实验过程 说明
P(亲本)　　高茎×矮茎 ↓ F1(子一代)　　高茎 ↓ F2(子二代) 高茎∶矮茎 比例接近　　 3 ∶ 1 (1)P具有相对性状； (2)性状 (3)F1全部表现为显性性状； (4)F2出现性状分离现象，分离比为3∶1
2．实验中相关符号及含义
符号 P F1 F2 × ♀ ♂
含义 亲本 子一代 子二代 杂交 自交 母本或雌配子 父本或雄配子
3．相关概念
(1)杂交：遗传因子组成不同的个体间的相互交配。
(2)正交和反交：正交和反交是相对而言的，若甲类型个体作父本，乙类型个体作母本，称为正交，则甲类型个体作母本，乙类型个体作父本，称为反交。
(3)显性性状：具有相对性状的两纯合亲本杂交，子一代显现出来的性状。
(4)隐性性状：具有相对性状的两纯合亲本杂交，子一代未显现出来的性状。
(5)性状分离：杂种后代中同时出现显性性状和隐性性状的现象。
强化记忆：
1．在一对相对性状的杂交实验中，随机从F2中选出4株豌豆，是否一定是3株高茎和1株矮茎植株？为什么？
提示　不一定；3∶1的性状分离比是在对F2中高茎与矮茎的个体进行数量统计后分析得出的数量关系，统计的数量越多越接近于3∶1，否则有可能偏离这一比例。
2．请根据孟德尔豌豆杂交实验，归纳显、隐性性状的判断方法。
(1)根据子代性状判断
①具有相对性状的纯合亲本杂交 子代只表现出一种性状 子代所表现的性状为显性性状。
②具有相同性状的亲本杂交 子代表现出不同性状 子代所表现的新性状为隐性性状。
(2)根据子代性状分离比判断
具有一对相对性状的亲本杂交 F1自交 F2中性状分离比为3∶1 分离比为“3”的性状为显性性状。
三、对分离现象的解释
1．提出假说
(1)生物的性状是由遗传因子决定的。
(2)在体细胞中，遗传因子是成对存在的。
(3)生物体在形成生殖细胞——配子时，成对的遗传因子彼此分离，分别进入不同的配子中。配子中只含有每对遗传因子中的一个。
(4)受精时，雌雄配子的结合是随机的。
2．用遗传图解解释分离现象
(1)配子的结合方式：4种。
(2)遗传因子组成：3种，分别为DD、Dd、dd，其比例为1∶2∶1。
(3)产生后代的性状表现：2种，分别为高茎、矮茎，其比例为3∶1。
【拓展延伸】　规范的遗传图解应该包括以下几个基本要点
(1)左侧标注。一般在遗传图解的左侧用遗传学符号或文字做出鲜明的标识，代表这一行表示的内容，起到引领作用。如：P、配子、F1、F2等。
(2)要明确写出亲代和子代的遗传因子组成、性状表现。有时还需要在亲代旁边标上父本、母本(或♀、♂符号)，尤其是题中明确要求了父本和母本、要区分正交和反交时。
(3)要写出杂交(×)、自交( )符号，以及表示遗传因子在上下代之间传递关系的箭头(注意不是线段)。
(4)要写出最后一代的相关比例。
3．相关概念
(1)显性遗传因子：决定显性性状的遗传因子为显性遗传因子，用大写字母表示。
(2)隐性遗传因子：决定隐性性状的遗传因子为隐性遗传因子，用小写字母表示。
(3)纯合子：遗传因子组成相同的个体，如DD、dd。
(4)杂合子：遗传因子组成不同的个体，如Dd。
强化记忆：
1．F1在形成配子时形成两种比例相等的雌(或雄)配子，F1个体产生的雌、雄配子总数之比也是1∶1吗？
提示　不是，一般雄配子数量远远多于雌配子数量。
2．若F1遗传因子组成为Dd，从配子的形成和随机组合角度分析，在F2中出现性状分离比3∶1的原因是什么？
提示　F1产生配子时D、d相互分离，雌雄个体中配子均为D∶d＝1∶1，受精时雌雄配子随机组合，F2中有1/4DD、1/2Dd表现为显性性状，1/4dd表现为隐性性状。
【归纳总结】孟德尔遗传实验需要满足的条件
(1)子一代个体形成的不同类型的雌配子或雄配子活力应相同。
(2)雌、雄配子结合的机会相等。
(3)子二代不同遗传因子组成的个体存活率相等。
(4)遗传因子间的显隐性关系是完全显性。
(5)观察的子代样本数目足够多。
四、性状分离比的模拟实验
1．实验目的
通过模拟实验，理解遗传因子的分离和配子的随机结合与性状之间的数量关系，体验孟德尔的假说。
2．模拟内容
用具或操作 模拟对象或过程
甲、乙两个小桶 雌、雄生殖器官
小桶内的彩球 雌、雄配子
不同彩球的随机组合 雌、雄配子的随机结合
3．操作步骤
→→→→→
4．分析结果、得出结论
(1)彩球组合类型数量比：DD∶Dd∶dd≈1∶2∶1。
(2)彩球组合类型之间的数量比代表的是显、隐性性状数量比：显性∶隐性≈3∶1。
【注意事项】　(1)盛放彩球的容器最好为圆柱形小桶或其他圆柱形容器，以便摇动时彩球能够充分混匀。
(2)彩球的规格、质地要统一，手感要相同，以避免人为的误差。
(3)每个小桶内两种彩球的数量必须相等。
(4)每次抓取时要闭上眼睛，左手随机抓取甲桶内彩球，同时右手随机抓取乙桶内彩球，避免从一个小桶内同时抓取两个彩球。做完一次模拟实验后，将彩球放回原桶(切记不能将两个桶中的彩球相混)，必须充分摇匀彩球，再做下一次模拟实验。
(5)要认真观察每次的组合情况，记录统计要如实、准确；统计数据时不能主观更改实验数据。
(6)要多次抓取并进行统计，这样才能接近理论值。
阅读教材“性状分离比的模拟实验”相关内容，思考下列问题：
(1)每个桶中放入数量相等的两种彩球的含义是：两种彩球分别模拟含有显性、隐性两种遗传因子的配子，且F1产生的两种配子数量相等。
(2)实验中，甲、乙两个小桶内的彩球数量都是20个，这符合自然界的实际情况吗？
提示　不符合。自然界中，一般雄配子的数量远远多于雌配子的数量。
(3)分别从两个桶内随机抓取一个彩球组合在一起，模拟了雌雄配子形成和随机结合的过程。
(4)为什么每次把抓出的小球放回原桶并且摇匀后才可再次抓取？
提示　为了使代表雌、雄配子的两种彩球被抓出的机会相等。
(5)理论上，实验结果应是：彩球组合DD∶Dd∶dd＝1∶2∶1，但有位同学抓取4次，结果是DD∶Dd＝2∶2，这是不是说明实验设计有问题？
提示　不是。DD∶Dd∶dd＝1∶2∶1是一个理论值，如果统计数量太少，不一定会符合DD∶Dd∶dd＝1∶2∶1的理论值，统计的数量越多，越接近该理论值。
【归纳总结】　两个小桶中小球总数可以不相等，但每个小桶中代表D和d的小球数量一定相等，因为F1产生的雄配子的数量远远大于雌配子的数量，雌配子中D∶d＝1∶1，雄配子中D∶d＝1∶1。
五、对分离现象解释的验证
1．验证方法
测交法，即让F1与隐性纯合子杂交。
2．遗传图解
3．实验结果：测交后代中的高茎与矮茎植株的数量比接近1∶1。
4．实验结论：孟德尔的假说是正确的。
特别提醒　测交的作用
(1)测定F1产生的配子的种类和比例。
(2)测定F1的遗传因子组成。
(3)预测F1在形成配子时遗传因子的行为(根本目的)。
杂交、自交和测交在遗传中各有不同的用途，请分析以下遗传问题：
(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子还是杂合子？
提示　让该高茎豌豆自交，若后代全为高茎豌豆，则该豌豆是纯合子，若后代发生性状分离，则该豌豆是杂合子。
(3)羊的白毛对黑毛是显性，现在有一只白毛公羊，如何鉴定其遗传因子组成是纯合还是杂合？
提示　让该白毛公羊和多只黑毛母羊交配，子代如果出现黑毛羊，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。
【温馨提示】　(1)对于植物来说，最简单的方法是自交法。(2)测交法的前提条件是已知性状的显隐性。待测对象若为雄性动物，应与多个隐性雌性个体交配，以产生更多的后代，使结果更有说服力。
六、分离定律和假说—演绎法
1．分离定律
(1)描述对象：有性生殖生物。
(2)发生时间：在形成配子时。
(3)内容：在生物的体细胞中，控制同一性状的遗传因子成对存在，不相融合；在形成配子时，成对的遗传因子发生分离，分离后的遗传因子分别进入不同的配子中，随配子遗传给后代。
2．假说—演绎法
一般程序：发现问题→提出假说→演绎推理→实验验证→得出结论。
易错警示　
(1)孟德尔所作假设的核心是成对的遗传因子在形成配子时发生分离。
(2)“演绎≠测交实验”：“演绎”不同于测交实验，前者只是设计测交实验，预测测交结果，后者则是进行实验结果的验证。
(3)符合基因分离定律并不一定就会出现特定的性状分离比(针对完全显性)。原因如下：
①F2中3∶1的性状分离比必须在统计大量子代后才能得到；若子代数目较少，则不一定符合预期的分离比。
②致死现象可能会导致性状分离比发生变化，如隐性致死、显性纯合致死等。
强化记忆：
1．最能体现分离定律实质的是：F1产生配子的比例为1∶1。
2．请归纳一对遗传因子的遗传是否遵循分离定律的验证方法：
(1)测交法：F1×隐性纯合子 子代两种性状的数量比为1∶1 F1产生两种数量相等的配子，遵循分离定律。
(2)自交法：F1子代性状分离比为3∶1 F1产生了两种数量相等的配子，遵循分离定律。
(3)花粉鉴定法(以水稻花粉为例)
①过程：非糯性与糯性水稻的花粉遇碘呈现不同的颜色，用纯种的非糯性水稻和纯种的糯性水稻杂交，取F1的花粉放在载玻片上，加一滴碘液，在显微镜下观察。
②结果：半数花粉呈蓝黑色，半数花粉呈橙红色，遵循分离定律。
【应用】　分离定律的解题思路
分离定律的问题主要有两种类型：正推型和逆推型。
(1)由亲代推断子代的遗传因子组成、性状表现及其概率(正推型)。
亲本 子代遗传因子组成 子代性状表现
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)由子代推断亲代的遗传因子组成(逆推型)。
方法一：遗传因子填充法。
先根据亲代性状表现写出能确定的遗传因子，如显性性状的遗传因子组成可用A_来表示，那么隐性性状的遗传因子组成只有一种aa，根据子代中一对遗传因子分别来自两个亲本，可推出亲代中未知的遗传因子。
方法二：隐性纯合子突破法。
如果子代中有隐性个体存在，它往往是逆推过程中的突破口，因为隐性个体是纯合子(aa)，因此亲代遗传因子组成中必然都有一个a遗传因子，然后再根据亲代的性状表现做进一步的推断。
方法三：根据分离定律中的规律性比值来直接判断。
①若子代性状分离比为显性∶隐性＝3∶1，则双亲一定是杂合子(Aa)，即Aa×Aa→3A_∶1aa。
②若子代两种性状的数量比为显性∶隐性＝1∶1，则双亲一定是测交类型，即Aa×aa→1Aa∶1aa。
③若子代只有显性性状，则双亲至少有一个为显性纯合子，即AA×AA或AA×Aa或AA×aa。
④若子代只有隐性性状，则双亲一定都是隐性纯合子(aa)，即aa×aa→aa。
七、性状显、隐性的判断方法
设A、B为一对相对性状，可通过以下两种方法来判断显隐性。用表现A、B性状的个体进行如下杂交实验且子代数量足够多。
(1)定义法(或杂交法)
若A×B→A，则A为显性，B为隐性。
若A×B→B，则B为显性，A为隐性。
若A×B→既有A，又有B，则无法判断显隐性。
(2)自交法
若AA，则A为纯合子，判断不出显隐性。
若A既有A，又有B，则A为显性，B为隐性。
若B既有A，又有B，则B为显性，A为隐性。
方法(1)适用于纯种，方法(2)适用于杂种，若不知是否纯合，可综合两种方法来判断。
八、纯合子与杂合子的实验鉴别方法
区分纯合子与杂合子的原则是：纯合子能稳定遗传，自交后代不发生性状分离；杂合子不能稳定遗传，自交后代往往会发生性状分离。实验鉴别的方法有三种：
(1)测交法(常用于动物的鉴别)
待测个体×隐性纯合子
↓
结果分析
(2)自交法(常用于植物的鉴别)
待测个体
↓
结果分析
(3)花粉鉴别法
杂合子的某些性状可以从花粉的比例直接鉴定，如非糯性与糯性水稻的花粉遇碘呈现不同的颜色。
九、杂合子(Aa)连续自交和自由交配的相关计算
自交是指遗传因子组成相同的个体交配，植物是指自花传粉或同株异花传粉。
自由交配是指群体中不同个体随机交配，遗传因子组成相同或不同的个体之间都可以进行交配。
(1)自交的相关计算
①遗传因子组成为Aa的个体连续自交，第n代的比例分析：
当杂合子(Aa)自交n代后，后代中的杂合子(Aa)所占比例为，纯合子(AA＋aa)所占比例为1－，其中AA、aa所占比例分别为(1－)×。当n无限大时，纯合子比例接近100%。这就是自花传粉植物(如豌豆)在自然情况下一般为纯合子的原因。
Fn 杂合子 纯合子 显性纯合子 隐性纯合子 显性性状个体 隐性性状个体
所占比例 1－ － － ＋ －
②杂合子、纯合子所占比例的坐标曲线图
(2)自由交配的相关计算
例如，某群体中遗传因子组成为AA的个体占1/3，遗传因子组成为Aa的个体占2/3。
①列举交配组合
可利用棋盘法进行列表统计，以防漏掉某一交配组合。自由交配的方式有4种，列表分析如下：
♀ ♂ 1/3AA 2/3Aa
1/3AA 1/3AA(♂)×1/3AA(♀) 1/3AA(♂)×2/3Aa(♀)
2/3Aa 2/3Aa(♂)×1/3AA(♀) 2/3Aa(♂)×2/3Aa(♀)
②列举配子比例
另外，也可利用棋盘法列出雌雄配子的比例进行解答，先计算含A雄配子的比例：1/3＋2/3×1/2＝2/3，含a雄配子的比例为1－2/3＝1/3，含A雌配子和含a雌配子的比例也分别为2/3和1/3。列表分析如下：
♀ ♂ 2/3A 1/3a
2/3A 4/9AA 2/9Aa
1/3a 2/9Aa 1/9aa
十、特殊情况下的性状分离比
1．不完全显性
具有相对性状的纯合亲本杂交，F1显现中间类型的现象。例如，红花的遗传因子组成为AA，白花的遗传因子组成为aa，杂合子的遗传因子组成为Aa，开粉红花。这种情况下，F2的性状分离比不是3∶1，而是1∶2∶1。
2．致死现象
(1)配子致死：指致死遗传因子在配子时期发生作用，从而不能形成有活力的配子的现象。
(2)合子致死：指致死遗传因子在胚胎时期或幼体阶段发生作用，从而不能形成活的幼体或个体夭折的现象。
如：Aa×Aa
↓
∶aa
　 3　 　∶1
3．从性遗传
(1)从性遗传是指由常染色体上遗传因子控制的性状，在性状表现上受个体性别影响的现象，又称性控遗传。比如牛、羊角的遗传，人类秃顶，蝴蝶颜色的遗传等。
(2)从性遗传的本质：性状表现＝遗传因子组成＋环境条件(性激素种类及含量差异)。
4．人类ABO血型的决定方式
IAIA、IAi―→A型血；IBIB、IBi―→B型血；
IAIB―→AB型血(共显性)；ii―→O型血。
前后代遗传的推断及概率运算比正常情况要复杂。
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