2023-2024学年高一生物人教版（2019）必修第二册 学案 1.2 第2课时 孟德尔遗传规律的应用

第2节 孟德尔的豌豆杂交实验(二)
第2课时　孟德尔遗传规律的应用
【自主预习】
一、孟德尔成功的原因
1.选材得当:正确选用　豌豆　作实验材料是成功的首要条件。
2.科学地确定研究对象:先研究　一　对相对性状,再研究　多　对相对性状。
3.科学的统计方法:对实验结果进行　统计学分析　。
4.科学的实验程序设计:运用　假说—演绎法　,即发现问题→提出假说→演绎推理→实验验证→得出结论。
二、孟德尔遗传规律的再发现
1.1909年,丹麦生物学家　约翰逊　将“遗传因子”命名为　基因　,并提出了　表型　和　基因型　的概念。
(1)表型:指生物个体表现出来的　性状　,如豌豆的高茎和矮茎。
(2)基因型:指与表型有关的　基因组成　,如DD、Dd、dd。
(3)等位基因:指控制　相对性状　的基因,如D和d。
(4)纯合子(纯种):每对基因都　纯合　才是纯种,如YYRR(稳定遗传)。
(5)杂合子(杂种):只要有一对基因　杂合　就是杂种,如YyRr、YyRR(不稳定遗传)。
2.表型和基因型的关系
(1)表型相同的个体,基因型　不一定　相同。
(2)基因型相同的个体,表型　不一定　相同。
(3)基因型是生物性状表现的内因,而表型是生物性状表现的外部形式。
(4)表型是　基因型　(控制)和　环境　(影响)共同作用的结果。
3.孟德尔被后人公认为“　遗传学之父　”。
三、孟德尔遗传规律的应用
1.杂交育种
(1)概念:有目的地将具有不同优良性状的两个亲本　杂交　,使两个亲本的　优良性状　组合在一起,再　筛选　出所需要的优良品种。
(2)优点:可以把多个亲本的优良性状集中在一个个体上。
(3)现有两种小麦,分别具有一种优良性状(如矮秆、抗病等),可采用下列育种程序进行作物育种:
PF1X
若选育的X为显性优良纯种,则需要连续自交筛选,直至不再发生性状分离;若选育的X为隐性优良纯种,则只要出现该性状个体即可。
2.医学实践: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。
【合作探究】
任务1　交流分享孟德尔实验方法的启示,认同科学精神
活动1　阅读课本P12~13,分析归纳孟德尔实验方法的启示及孟德尔遗传规律的再发现
1.孟德尔曾花了几年时间研究山柳菊,结果却并不理想,其原因主要有哪些
提示　①山柳菊没有既容易区分又可以连续观察的相对性状;②山柳菊有时进行有性生殖,有时进行无性生殖;③山柳菊的花小,难以做人工杂交实验。
2.分析孟德尔杂交实验成功的原因。
提示　①实验材料:科学正确地选用豌豆作为实验材料是成功的首要条件。②研究对象:在对生物的性状进行分析时,孟德尔首先只针对一对相对性状进行研究,再对两对或多对相对性状进行研究。③科学方法:对实验结果进行统计学分析,即将数学的方法引入对遗传实验结果的处理和分析中。④严密程序:运用假说—演绎法,科学地设计实验方案,按发现问题→提出假说→演绎推理→实验验证→总结规律的科学实验程序进行研究。⑤自身素质:孟德尔具有扎实的知识基础、严谨求实的科学态度,热爱科学,勤于思考,勇于向传统挑战。
3.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。数学符号能简洁、准确地反映数学概念的本质,孟德尔创造性地应用符号体系,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。
4.表型相同,基因型不一定相同。基因型相同,表型就一定相同吗 D和D、d和d、D和d都是等位基因吗 为什么
提示　不一定,表型是基因型与环境共同作用的结果。只有D和d是等位基因。因为只有控制相对性状的基因是等位基因,D和D、d和d控制的是相同性状,是相同基因。
认知生成
与遗传规律相关的概念
例1　(2022·商丘阶段练)山柳菊为异花传粉植物,具有发达的根系,易从根系上再生出新植株。孟德尔最初曾使用山柳菊研究遗传,但结果不理想,后改用豌豆,终获成功,可见实验材料的选择对实验成功与否非常关键。下列相关叙述错误的是(　　)。
A.山柳菊植株不能闭花传粉,无法保证显性个体一定为纯合子
B.山柳菊能够进行无性繁殖,会对子代表型的统计造成干扰
C.山柳菊有既易于区分又可以连续观察的相对性状
D.山柳菊花小,难以做人工杂交实验
【答案】　C
【解析】　山柳菊与豌豆不同,其不能闭花传粉,因此显性个体存在杂合子,即无法保证显性个体一定为纯合子,A正确;山柳菊能够进行无性繁殖,导致亲代和子代的性状一致,从而对子代表型的统计造成干扰,B正确;山柳菊没有既容易区分又可以连续观察的相对性状,C错误。
对点练1　(2023·安阳联考)拟南芥为十字花科植物,有多种区分明显的性状,如茎的中上部有不分枝、分枝,茎的下部有单毛、叉毛,基生叶有倒卵形、匙形,茎叶有披针形、椭圆形等。拟南芥是自花传粉、闭花受粉植物,用理化因素处理时突变率很高,容易获得各种代谢功能的缺陷型,且植株小,结籽多。拟南芥基因组大约有12 500万碱基对,细胞中含有5对染色体。实验室栽植的拟南芥品种在发芽后4周开花,开花4~6周后可采集种子。下列关于拟南芥作为遗传学实验材料的说法,错误的是(　　)。
A.拟南芥具有多对易于区分的相对性状,便于实验结果的数据统计
B.拟南芥自然条件下为纯种,用其做人工杂交实验,结果可靠且易分析
C.拟南芥植株小,结籽多,生长周期短,因此使用它作为实验材料可减少用地面积,缩短实验时间
D.拟南芥的基因组小,染色体条数少,因此开花周期短
【答案】　D
【解析】　拟南芥的基因组小,染色体条数少,与开花周期无关,D错误。
任务2　运用孟德尔遗传规律分析和解决实际问题
活动2　了解我国育种专家的育种工作及成就,分析育种实例并回答以下问题
　　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)。将这两个品种的小麦杂交,在F2中就会出现新类型(如DDtt或Ddtt)。继续繁育它们,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)。
1.将上述实例中的育种过程用遗传图解表示。
提示　
2.哪一代个体最早表现出优良性状
提示　子二代。
3.子二代具有显性优良性状的品种都能稳定遗传吗 为什么
提示　不都能。Ddtt个体的后代仍会出现易倒伏抗病的个体。
4.如何才能得到稳定遗传的优良品种
提示　选择表型为抗倒伏抗条锈病的个体连续自交多代。
5.结合育种过程,分析杂交育种的优缺点。
提示　优点:操作简便,可以把多个品种的优良性状集中在一起。缺点:获得新品种的周期长。
6.对于植物杂交育种,培育显性纯合子品种需要连续多代自交,所需时间太长,有什么方法可以缩短育种周期吗
提示　假设每年只繁殖一代,从播种到收获种子计为一年。
第一年:种植亲代,杂交,收获F1种子;
第二年:种植F1,自交,收获F2种子;
第三年:种植F2,获得表型符合要求的植株类型,同时让该植株类型自交,收获F3种子,分单株保存;
第四年:分别种植符合要求的F3,观察是否发生性状分离,不发生性状分离的为合乎要求的新品种。
认知生成
　　根据不同的育种目的,杂交育种在操作时会有以下几种情况。
1.培育杂合子品种
选取符合要求的纯种双亲杂交(♀×♂)→F1(所需品种)。
2.培育隐性纯合子品种
选取符合要求的双亲杂交(♀×♂)→F1→F2→选出表型符合要求的个体种植并推广。
3.培育显性纯合子品种
(1)植物:选择具有不同优良性状的亲本杂交,获得F1,F1自交获得F2,鉴别、选择需要的类型,连续自交至不发生性状分离为止。
(2)动物:选择具有不同优良性状的亲本杂交,获得F1,F1雌雄个体交配获得F2,鉴别、选择需要的类型与隐性类型测交,选择后代只有一种性状的F2个体。
例2　下列关于动植物育种的操作,错误的是(　　)。
A.植物杂交育种获得F1后,可以采用不断自交的方法选育新品种
B.哺乳动物杂交育种获得F2后,可采用测交选出纯合个体
C.植物杂交育种获得F2后,可通过测交选出新品种
D.若用植物的营养器官进行繁殖,则只要后代出现所需性状即可留种
【答案】　C
【解析】　杂交育种中得到F1后,F1自交产生的F2中会出现新的杂合类型,因此可以采用不断自交的方法选育新品种,A正确;F2出现所需的性状后,对于动物可采用测交的方法选出F2中的纯合个体,B正确;植物杂交育种得到的F2出现性状分离,选择有所需性状的个体连续自交,直到不发生性状分离,即可得到所需的品种,C错误;无性繁殖的后代不发生性状分离,因此用植物的营养器官来繁殖,杂交后代出现所需性状后即可留种,D正确。
对点练2　水稻高秆(D)对矮秆(d)为显性,抗稻瘟病(R)对易感稻瘟病(r)为显性,两对性状独立遗传,用一个纯合易感病矮秆(抗倒伏)品种与一个纯合抗病高秆(易倒伏)品种杂交。下列说法错误的是(　　)。
A.F2中既抗病又抗倒伏个体的基因型为ddRR和ddRr
B.F2中既抗病又抗倒伏的个体占3/16
C.上述育种方法叫杂交育种
D.从F2中可以直接选育出矮秆抗病新品种
【答案】　D
【解析】　纯合易感病矮秆的基因型是ddrr,纯合抗病高秆的基因型是DDRR,二者杂交的F1为高秆抗病(DdRr),F1自交产生的F2出现性状分离,既抗病又抗倒伏的新类型占3/16,基因型有ddRR和ddRr,上述育种方法属于杂交育种,A、B、C正确;从F2中不能直接选育出矮秆抗病新品种,D错误。
活动3　了解遗传规律在医学实践中的应用,阅读情境回答以下问题
　　一个正常的女人与一个并指(Bb)的男人结婚,他们生了一个患白化病但手指正常的孩子。控制这两对性状的基因独立遗传。
1.该夫妇的基因型是什么
提示　这个孩子的基因型应为aabb(与白化病相关的基因用A/a表示),故这对夫妇中,女方的基因型为Aabb,男方的基因型为AaBb。
2.依据该夫妇的基因型推断,他们再生一个孩子并指的概率是多少 白化病的概率是多少
提示　孩子并指的概率应为1/2,白化病的概率应为1/4。
3.若他们再生一个孩子:
(1)只患并指的概率是　　　　。
提示　只患并指的概率为并指概率-并指又白化病概率=1/2-(1/2)×(1/4)=3/8。
(2)只患白化病的概率是　　　　。
提示　只患白化病的概率为白化病概率-白化病又并指概率=1/4-(1/2)×(1/4)=1/8。
(3)既患白化病又患并指的男孩的概率是　　　　。
提示　既患白化病又患并指的男孩的概率为男孩出生率×白化病概率×并指概率=(1/2)×(1/4)×(1/2)=1/16。
(4)只患一种病的概率是　　　　。
提示　只患一种病的概率为并指概率×非白化病概率+白化病概率×非并指概率=(1/2)×(3/4)+(1/4)×(1/2)=1/2。
(5)患病的概率是　　　　。
提示　患病的概率为1-正常(非并指且非白化病)概率=1-(1/2)×(3/4)=5/8。
认知生成
　　当两种遗传病之间具有“自由组合”关系时,各种患病情况概率如下:
①只患甲病的概率是m·(1-n);
②只患乙病的概率是n·(1-m);
③甲、乙两病同患的概率是m·n;
④正常的概率是(1-m)·(1-n);
⑤患病的概率是1-(1-m)·(1-n)=m+n-mn;
⑥只患一种病的概率是m(1-n)+n·(1-m)=m+n-2mn。
以上规律可用下图帮助理解:
例3　人类多指(T)对正常指(t)为显性,正常(A)对白化(a)为显性,决定不同性状的基因自由组合。一个家庭中,父亲多指,母亲正常,他们有一个患白化病但手指正常的孩子,则再生一个孩子只患一种病和患两种病的概率分别是(　　)。
　　　　　　 　　　　　　 　　　　　　
A.1/2、1/8 B.3/4、1/4
C.1/4、1/4 D.1/4、1/8
【答案】　A
【解析】　据题推知,父亲的基因型为TtAa,母亲的基因型为ttAa。后代患多指的概率为1/2,患白化病的概率为1/4,故后代只患一种病的概率为(1/2)×(1/4)(只患白化病)+(1/2)×(3/4)(只患多指)=1/2,患两种病的概率为(1/2)×(1/4)=1/8。
对点练3　一对正常夫妇,双方都有耳垂,结婚后生了一个白化且无耳垂的孩子,若这对夫妇再生一个孩子,孩子有耳垂但患白化病的概率是(　　)。(控制这两对性状的基因独立遗传)
A.3/8 B.3/16
C.3/32 D.5/16
【答案】　B
【解析】　假设控制白化病的基因用A/a表示,控制耳垂的基因用C/c表示。由于这对正常夫妇都有耳垂,结婚后生了一个白化(aa)且无耳垂(cc)的孩子,因此两人的基因型均为AaCc,则再生一个孩子有耳垂但患白化病(aaC_)的概率是(1/4)×(3/4)=3/16,B正确。
素能提升　复等位基因(科学思维能力)
控制相对性状的基因,叫作等位基因,有时也会存在两种以上的等位基因,遗传学上把这种等位基因称为复等位基因,如我们常见的ABO血型系统就是由复等位基因决定的。目前已经明确,ABO血型系统受3个等位基因控制,分别是A基因IA、B基因IB和O基因i。A基因和B基因是常染色体显性基因,O基因是无效等位基因。 ABO血型可根据红细胞是否具有抗原来判定:具有A抗原是A型,具有B抗原是B型,两个抗原都有是AB型,两个抗原皆无是O型。
例4　(2023·宁波联考)人类ABO血型由IA、IB和i控制,IA对i为显性,IB对i为显性,IA与IB为共显性。一对血型为A型和B型的夫妇已生有一个O型血女儿,此夫妇再生一个O型血男孩的概率是(　　)。
A.1/8 B.1/4
C.1/3 D.1/2
【答案】　A
【解析】　由题意可知,这对夫妇生了一个O型血的女儿(基因型为ii),说明这对夫妇都是杂合子,基因型为IAi和IBi。若这对夫妇再生一个孩子,IAi×IBi→1/4IAIB、1/4IAi、1/4IBi、1/4ii,孩子是O型血(ii)的概率是1/4,又因为生男孩的概率为1/2,故此夫妇再生一个O型血男孩的概率是(1/4)×(1/2)=1/8,A正确。
对点练4　(2023·丰台期末)ABO血型及其对应基因型如下表,某家庭孩子的血型是AB型和O型,则此夫妇的血型是(　　)。
基因型 IAIA或IAi IBIB或IBi IAIB ii
血型 A型 B型 AB型 O型
A.A型和O型 B.AB型和O型
C.A型和B型 D.AB型和B型
【答案】　C
【解析】　AB型的基因型是IAIB,O型的基因型是ii,某家庭孩子的血型是AB型和O型,说明双亲都含有i,故双亲的基因型应为IAi和IBi,即此夫妇的血型是A型和B型。
【随堂检测】
课堂小结 课堂小测
判断正误。 (1)假说中具有不同遗传因子组成的配子之间随机结合,体现了自由组合定律的实质。 (×) (2)在相同的环境下,表型相同,基因型一定相同。 (×) (3)两种遗传病一定遵循孟德尔的自由组合定律。 (×)
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