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第2課時　孟德爾獲得成功的原因、分離定律的應用
課標內容要求 核心素養對接
闡明有性生殖中基因的分離使得子代的基因型和表型有多種可能，并由此預測子代的遺傳性狀。 1．科學思維：理解孟德爾推理分離定律的過程及在解題中的應用，培養歸納與概括、演繹與推理以及邏輯分析能力。
2．科學探究：嘗試在科學探究中運用數字統計方法；體驗孟德爾遺傳實驗的科學方法和創新思維并應用于實踐中。
一、孟德爾獲得成功的原因
1．孟德爾被稱為“遺傳學的奠基人”。
2．正確地選用實驗材料是孟德爾獲得成功的首要原因
(1)豌豆是嚴格的自花傳粉、閉花授粉植物，在自然狀態下豌豆一般為純合子。
(2)豌豆具有一些穩定的、容易區分的相對性狀(如花有紫色和白色性狀)。
(3)成熟后的豆粒(種子)都留在豆莢中，這些都有利于實驗者的觀察和計數。
3．由單因子到多因子的研究方法也是孟德爾獲得成功的重要原因。
(1)在分析生物性狀時，孟德爾開始只研究一對相對性狀的遺傳情況。
(2)在弄清一對相對性狀的遺傳情況后，他再進行兩對或更多對相對性狀的遺傳研究。
4．應用數學方法對實驗結果進行處理和分析是孟德爾獲得成功的又一個重要原因。
5．更重要的是，孟德爾還科學地設計了實驗程序。他從觀察和分析著手，提出問題，作出假設，通過精心設計實驗，運用演繹與推理等思維方式得出結論，并獨創了測交的實驗方法檢驗結論。
6．當然，他所具有的持之以恒的探索精神和嚴謹求實的科學態度也是他獲得成功的重要原因。
二、分離定律的應用
1．分離定律既有助于人們正確地解釋生物的遺傳現象，也能指導動植物的育種工作。
2．分離定律在醫學上也有一定應用價值，我們可以應用分離定律判斷某些遺傳病的發病概率。
判斷對錯(正確的打“√”，錯誤的打“×”)
1．豌豆是嚴格自花傳粉、閉花授粉植物。 (　　)
2．“若F1產生配子時成對的遺傳因子分離，則測交后代中兩種性狀比接近1∶1”屬于孟德爾在發現分離定律時的“作出假設”過程。 (　　)
3．多指癥由顯性基因控制，一對夫婦，丈夫多指，妻子正常，婚后生了一個手指正常的孩子，這對夫妻再生一手指正常女孩的概率為1/2。 (　　)
4．已知一批遺傳因子組成為DD和Dd的豌豆種子，其數目之比為1∶1，將這批種子種下，自然狀態下(假設結實率相同)其子一代中遺傳因子組成為DD的種子所占的比例為1/2。 (　　)
[答案]　1．√
2．×　提示：演繹就是從一般性的前提出發，通過推導即“演繹”，得出具體陳述或個別結論的過程，即從一般到特殊的推理過程。孟德爾在發現分離定律時的演繹過程：若假說成立，則F1產生配子時，成對的遺傳因子會分離，測交后代會出現比例接近1∶1的兩種性狀。
3．×　提示：這對夫妻再生一手指正常女孩的概率為1/4。
4．×　提示：子一代中遺傳因子組成為DD的種子所占比例為1/2＋1/2×1/4＝5/8。
　孟德爾獲得成功的原因
1．首要原因：正確地選用實驗材料
選用豌豆作實驗材料的優點：
(1)嚴格的自花傳粉、閉花授粉植物。
(2)在自然狀態下一般為純合子，保證雜交實驗的準確性。
(3)具有一些穩定的、容易區分的相對性狀，使獲得的實驗結果比較可靠。
2．重要因素
(1)采用由單因子到多因子的研究方法。孟德爾首先觀察和分析一對相對性狀的差異，最大限度地排除各種干擾，發現了基因的分離定律，在此基礎上，再將不同性狀綜合起來分析研究發現了基因的自由組合定律。
(2)應用數學方法分析處理實驗結果。孟德爾收集了大量的數據并精確地進行統計分析，排除了結果的偶然性。
(3)科學設計實驗程序，首創了測交方法。孟德爾通過對實驗數據的分析發現了問題，然后合理地提出假說進行解釋，并且設計了測交實驗來驗證假說，證實了其推斷的正確性，最后得出了基因的分離定律。
(4)具有堅忍的意志和持之以恒的探索精神，嚴謹求實的科學態度和正確的研究方法。
1．下列關于孟德爾雜交實驗獲得成功的原因分析，錯誤的是(　　)
A．實驗材料好，豌豆是自花傳粉、閉花授粉的植物，且有易于區分的性狀
B．由現象到本質，通過觀察F1產生的配子種類及比例來解釋性狀分離現象
C．從簡單到復雜，先研究一對相對性狀的遺傳，再進行多對相對性狀遺傳的研究
D．研究方法科學，先提出假說解釋現象，再通過演繹推理和測交實驗驗證假說
B　[孟德爾雜交實驗獲得成功的原因之一是取材正確，即選取豌豆作為實驗材料，而豌豆是一種嚴格的自花傳粉、閉花授粉植物，且具有易于區分的相對性狀，A項正確；由現象到本質，通過觀察F2產生的性狀種類及比例提出假說，來解釋性狀分離現象，B項錯誤；孟德爾雜交實驗獲得成功的原因之一是從簡單到復雜，先研究一對相對性狀的遺傳，再進行多對相對性狀遺傳的研究，C項正確；孟德爾運用的研究方法科學，先提出假說解釋現象，再通過演繹推理和測交實驗驗證假說，D項正確。]
2．(多選)孟德爾在探索遺傳規律時，運用了“假說—演繹法”，下列相關敘述中正確的是(　　)
A．“一對相對性狀的遺傳實驗和結果”屬于假說的內容
B．“測交實驗”是對推理過程及結果的檢驗
C．“生物性狀是由遺傳因子決定的”“體細胞中遺傳因子成對存在”“配子中遺傳因子成單存在”“受精時雌雄配子隨機結合”屬于假說內容
D．“F1(Dd)能產生數量相等的兩種配子(D∶d＝1∶1)”屬于推理內容
BCD　[孟德爾通過豌豆一對相對性狀的雜交實驗，在觀察和數學統計分析的基礎上，發現了F2中高莖豌豆與矮莖豌豆的分離比為3∶1，從而提出“該分離比出現的原因是什么”這一問題；通過推理和想象，提出“生物性狀是由遺傳因子決定的”“體細胞中遺傳因子成對存在”“配子中遺傳因子成單存在”“受精時雌雄配子隨機結合”等假說；根據這些假說，推出F1(高莖)的遺傳因子組成及其產生配子的類型，進一步推出F2中各種豌豆的遺傳因子組成及其比例，最后通過巧妙地設計“測交實驗”檢驗演繹推理的結論。選項A屬于問題和現象，是事實不是假說。]
　分離定律的應用
1．基因分離定律的應用
(1)正確解釋某些遺傳現象
根據性狀分離現象，判斷某些遺傳病的顯隱性關系，如果患病的雙親生出無病的孩子，即“有中生無”，則該病肯定是顯性遺傳病；如果正常的雙親生出患病的孩子，即“無中生有”，則該病一定是隱性遺傳病。
(2)指導農作物的育種實踐
①如果選用的品種是隱性性狀，則隱性性狀一旦出現，即可穩定遺傳。
②如果選用的品種是顯性性狀，需通過連續自交的方法選育，直到后代不發生性狀分離為止，一般要經過5～6代的選育。
③若優良性狀為雜合子，兩個純合的不同性狀個體雜交后代就是雜合子，但每年都要育種。
(3)預防遺傳病的發生
①顯性基因控制的遺傳病
例如，人類的多指是受顯性基因控制的，如果雙親的一方為多指(AA或Aa)，他們的子女中患多指的概率為1或1/2。
②隱性基因控制的遺傳病
每人都可能是5～6種不同的隱性致病基因的攜帶者。近親結婚的雙親從共同祖先獲得相同隱性基因的概率增加，后代患隱性遺傳病的概率增加，因此要禁止近親結婚。
2．分離定律的驗證方法
(1)自交法：若自交后代的性狀分離比為3∶1，則證明雜種F1產生了兩種比例相等的配子，即成對的遺傳因子發生分離。
(2)測交法：若測交后代的性狀分離比為1∶1，則證明雜種F1產生了兩種比例相等的配子，即成對的遺傳因子發生分離。
(3)花粉鑒定法：取雜合子的花粉，對花粉進行特殊處理后，用顯微鏡觀察并計數，若花粉粒類型(顏色)比例為1∶1，則可直接驗證基因的分離定律。
3．用分離定律進行概率計算的方法
(1)用分離定律進行概率計算時會運用到數學中的乘法原理和加法原理
①乘法原理：如果一個事件是否發生不影響另一個事件發生的概率，那么這兩個事件同時或相繼發生的概率是它們各自發生概率的乘積。
②加法原理：不能同時發生的兩個事件叫做互斥事件。互斥事件出現的概率是它們各自概率之和。
(2)概率計算中的常用方法
①用經典公式計算：概率＝某性狀或遺傳因子組合數/總性狀或組合數。一般呈現方式為分數或百分數。如AA∶Aa＝1∶2，則Aa的概率為2/3。
②用配子的概率計算：個體的遺傳因子組成是由雌、雄配子共同決定的，因此，利用雌、雄配子出現的概率及乘法原理和加法原理，可以計算后代中某種遺傳因子組成(或性狀表現類型)出現的概率。
　利用分離定律的解題方法
1．由親代推斷子代的遺傳因子組成、表現類型(正推法)
親本組合 子代遺傳因子組成及比例 子代表現類型及比例
AA×AA AA 全是顯性
AA×Aa AA∶Aa＝1∶1 全是顯性
AA×aa Aa 全是顯性
Aa×Aa AA∶Aa∶aa＝1∶2∶1 顯性∶隱性＝3∶1
Aa×aa Aa∶aa＝1∶1 顯性∶隱性＝1∶1
aa×aa aa 全是隱性
(1)若親代中有顯性純合子(AA)，則子代一定表現為顯性性狀(A_)。
(2)若親代中有隱性純合子(aa)，則子代中一定含有隱性遺傳因子(_a)。
2．由子代推斷親代的遺傳因子組成、表現類型(逆推法)
(1)遺傳因子填充法
先根據親代性狀表現寫出能確定的遺傳因子，如顯性性狀的遺傳因子組成可用A_來表示，那么隱性性狀的遺傳因子組成只有一種aa，根據子代中一對遺傳因子分別來自兩個親本，可推出親代中未知的遺傳因子組成。
(2)隱性突破法
如果子代中有隱性個體存在，隱性個體是純合子(aa)，因此親代遺傳因子組成中必然都有一個a基因，再根據親代的表現類型做進一步的推斷。
(3)根據分離定律中規律性比值來直接判斷
①若后代性狀分離比為顯性∶隱性＝3∶1，則雙親一定是雜合子(Aa)。即Aa×Aa→3A_∶1aa。
②若后代性狀分離比為顯性∶隱性＝1∶1，則雙親一定是測交類型。即Aa×aa→1Aa∶1aa。
③若后代只有顯性性狀，則雙親至少有一方為顯性純合子(AA)。即AA×AA或AA×Aa或AA×aa。
1．一對性狀表現正常的夫婦，他們的雙親也正常，但男方有一個患白化病的妹妹，女方有一個患白化病的哥哥，這對夫婦生出白化病孩子的概率為(　　)
A．1/4　　　B．1/9　　　C．4/9　　　D．1/16
B　[根據題意，雙親正常，生有患白化病的孩子，可推知白化為隱性性狀，相關遺傳因子用A、a表示。男方有一個患白化病的妹妹，則男方父母的遺傳因子組成均為Aa，其后代遺傳因子組成及比例是1/4AA、1/2Aa、1/4aa，而男方表現正常，其遺傳因子組成不會是aa，只可能是AA或Aa，且兩者的比例為1∶2，因此他的遺傳因子組成為Aa的概率為2/3；同理，女方的遺傳因子組成為Aa的概率也為2/3。他們生出白化病孩子的概率為(2/3)×(2/3)×(1/4)＝1/9。]
2．將親本遺傳因子組成為Aa的植物進行連續的自交，并逐代淘汰其中的隱性個體，則在子三代中淘汰了隱性個體后，Aa所占的比例是(　　)
A．2/3 B．2/5
C．2/33 D．2/9
D　[遺傳因子組成為Aa的該植物連續自交，且每代子代中均去除aa個體，子一代中AA占1/3，Aa占2/3；子一代自交，子二代中是1/3AA＋2/3Aa×(1/4AA＋1/2Aa＋1/4aa)，淘汰掉aa以后，得到的后代F2是3/5AA＋2/5Aa；子二代自交，子三代中是3/5AA＋2/5Aa×(1/4AA＋1/2Aa＋1/4aa)，則AA占3/5＋(2/5)×(1/4)＝7/10，Aa占(2/5)×(1/2)＝2/10，aa占(2/5)×(1/4)＝1/10，淘汰掉aa以后，Aa所占的比例為2/10÷(7/10＋2/10)＝2/9。]
3．(2019·全國卷Ⅲ)玉米是一種二倍體異花傳粉作物，可作為研究遺傳規律的實驗材料。玉米子粒的飽滿與凹陷是一對相對性狀，受一對等位基因控制。回答下列問題：
(1)在一對等位基因控制的相對性狀中，雜合子通常表現的性狀是________。
(2)現有在自然條件下獲得的一些飽滿的玉米子粒和一些凹陷的玉米子粒，若要用這兩種玉米子粒為材料驗證分離定律，寫出兩種驗證思路及預期結果。
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[解析]　(1)控制相對性狀的一對等位基因(遺傳因子)中顯性基因通常對隱性基因呈完全顯性作用，因此雜合子通常表現為顯性性狀。 (2)若要驗證基因分離定律，則必須獲得雜合子。然而這兩類自然條件下獲得的玉米子粒，我們不能確定它們的顯、隱性及是否為雜合子，因此該驗證實驗就得分情況討論。思路一：①讓兩種玉米分別自交，若某些玉米自交后，子代出現3∶1的性狀分離比，則可驗證分離定律；②若這些玉米自交子代均不發生性狀分離，則都為純合子，讓其雜交，得到的子代為雜合子，再讓其自交，后代出現3∶1的性狀分離比，則可驗證分離定律，或者對得到的雜合子進行測交，子代出現1∶1的性狀分離比，也可驗證分離定律。思路二：①讓這兩種玉米雜交，如果F1都表現一種性狀，則F1為雜合子，再讓F1自交或對其測交，得到的子代出現3∶1或1∶1的性狀分離比，則可驗證分離定律；②如果F1表現兩種性狀且比例為1∶1，則可驗證分離定律。
[答案]　(1)顯性性狀
(2)①兩種玉米分別自交，若某些玉米自交后，子代出現3∶1的性狀分離比，則可驗證分離定律。
②兩種玉米分別自交，在子代中選擇兩種純合子進行雜交，F1自交，得到F2，若F2中出現3∶1的性狀分離比，則可驗證分離定律。
③讓子粒飽滿的玉米和子粒凹陷的玉米雜交，如果F1都表現一種性狀，則用F1自交，得到F2，若F2中出現3∶1的性狀分離比，則可驗證分離定律。
④讓子粒飽滿的玉米和子粒凹陷的玉米雜交，如果F1表現兩種性狀，且表現為1∶1的性狀分離比，則可驗證分離定律。
[課堂小結]
知 識 網 絡 構 建 核 心 語 句 背 誦
1．孟德爾被稱為“遺傳學的奠基人”。
2．孟德爾科學地設計了實驗程序。從觀察和分析著手，提出問題，作出假設，通過精心設計實驗，運用演繹與推理等思維方式得出結論，并獨創了測交的實驗方法檢驗結論。
3．乘法原理：如果一個事件是否發生不影響另一個事件發生的概率，那么這兩個事件同時或相繼發生的概率是它們各自發生概率的乘積。
4．加法原理：不能同時發生的兩個事件叫做互斥事件。互斥事件出現的概率是它們各自概率之和。
1．下列有關孟德爾豌豆雜交實驗的敘述，正確的是(　　)
A．孟德爾在豌豆開花時進行去雄和授粉，實現親本的雜交
B．孟德爾研究豌豆花的構造時，無須考慮雌蕊、雄蕊的發育程度
C．孟德爾根據親本中不同個體的性狀來判斷親本是否純合
D．孟德爾利用了豌豆自花傳粉、閉花授粉的特性
D　[本題考查孟德爾的豌豆雜交實驗，意在考查學生對豌豆雜交實驗的理解。應在花蕾期去雄，花成熟后授粉，A錯誤；研究豌豆花的構造時，應考慮雌蕊、雄蕊的發育程度，B錯誤；性狀相同，遺傳因子組成不一定相同，孟德爾根據子代是否發生性狀分離來判斷親本是否純合，C錯誤；孟德爾以豌豆為實驗材料，利用了豌豆自花傳粉、閉花授粉的特性，這樣可避免外來花粉的干擾，D正確。]
2．(多選)番茄果實的顏色由一對遺傳因子A、a控制，下表是關于番茄果實顏色的3個雜交實驗及其結果。下列分析正確的是(　　)
實驗組 親本性狀 F1的性狀和植株數目

紅果 黃果
1 紅果×黃果 492 504
2 紅果×黃果 997 0
3 紅果×紅果 1 511 508
A．番茄的果實顏色中，黃色為隱性性狀
B．實驗組1的親本遺傳因子組成：紅果為AA，黃果為aa
C．實驗組2的F1紅果番茄均為雜合子
D．實驗組3的F1中黃果番茄的遺傳因子組成可能為Aa
AC　[根據實驗組2或實驗組3可判斷紅色相對于黃色為顯性性狀，A項正確；實驗組1中，子代紅果∶黃果≈1∶1，由此可推知其親本的遺傳因子組成：紅果為Aa，黃果為aa，B項錯誤；實驗組2中，子代全為紅果，則親本的遺傳因子組成為紅果AA，黃果aa，F1紅果番茄均為雜合子Aa，C項正確；實驗組3中，子代紅果∶黃果≈3∶1，由此可推知親本的遺傳因子組成均為Aa，F1中黃果番茄的遺傳因子組成為aa，D項錯誤。]
3．對兩株高莖玉米(已知高莖為顯性性狀)分別進行同株異花傳粉和異株異花傳粉的兩次實驗(假設每株玉米產生的后代數量相等且都能存活)。下列對其后代性狀的敘述，錯誤的是(　　)
A．自交后代可能沒有性狀分離，全為顯性類型
B．自交后代可能出現1∶1的性狀分離比
C．雜交后代可能出現3∶1的性狀分離比
D．雜交后代可能沒有性狀分離，全為顯性類型
B　[當高莖玉米的遺傳因子組成為AA時，自交后代可能沒有性狀分離，全為顯性類型，A正確；無論高莖玉米的遺傳因子組成為AA還是Aa，自交后代都不可能出現1∶1的性狀分離比，B錯誤；當兩株高莖玉米的遺傳因子組成均為Aa時，雜交后代可出現3∶1的性狀分離比，C正確；當兩株玉米的遺傳因子組成均為AA，或者一方為AA、另一方為Aa時，雜交后代沒有性狀分離，全為顯性類型，D正確。]
4．人類某種遺傳病的遺傳因子組成為EE都患病，Ee有1/3患病，ee都正常。一對新婚夫婦表現正常，妻子的母親是Ee患者，她的父親和丈夫的家族中均無該病患者，請推測這對夫婦的子女中患病的概率是(　　)
A．1/4　　　B．1/10　　　C．1/12　　　D．1/15
D　[該新婚夫婦中的女性的遺傳因子組成為Ee或ee，由于遺傳因子組成為Ee的個體有1/3患病，ee都正常，所以該正常女性的遺傳因子組成為Ee的概率是(1/2)×(2/3)÷[1－(1/2)×(1/3)]＝2/5，ee占3/5，由于丈夫的家庭中無該患者，所以丈夫的遺傳因子組成為ee。則這對新婚夫婦的子女的遺傳因子組成為Ee的概率是(2/5)×(1/2)＝1/5。由于遺傳因子組成為Ee的人有1/3患病，ee的人都正常，所以這對夫婦的子女中患病的概率是(1/5)×(1/3)＝1/15。綜上分析，D正確，A、B、C錯誤。]
5．牛的毛色有黑色和棕色，如兩頭黑牛交配，產生了一頭棕色小牛。請回答下列問題：
(1)黑色和棕色哪種毛色是顯性性狀？________。
(2)若用B與b表示牛的毛色的顯性遺傳因子與隱性遺傳因子，寫出上述兩頭黑牛及子代棕牛的遺傳因子組成：________、________、________。
(3)上述兩頭黑牛產生一黑色子牛的可能性是________。若上述兩頭黑牛產生一頭黑色子牛，該子牛為純合子的可能性是________。要判斷這頭黑色子牛是純合子還是雜合子，與其交配的牛最好選用(　　)
A．純種黑牛 B．雜種黑牛
C．棕牛 D．以上都不對
(4)若用X雄牛與多頭雜種雌牛相交配，共產生20頭小牛，若小牛全為黑色，則X雄牛的遺傳因子組成最可能是________；若子代中14頭牛為黑色，6頭牛為棕色，則X雄牛的遺傳因子組成最可能是________。
[解析]　(1)(2)兩頭黑牛交配，產生了一頭棕色小牛，說明親本含有棕色基因，親本表現為黑色，說明黑色為顯性性狀。親本黑牛均為雜合子(Bb)，子代的遺傳因子組成及其概率為1/4BB、1/2Bb、1/4bb，子代棕牛為隱性純合子(bb)。 (3)親本黑牛均為雜合子Bb，產生一黑色子牛的可能性是1/4＋1/2＝3/4。該黑色子牛為純合子的可能性是(1/4)/(1/4＋1/2)＝1/3。要判斷這頭黑色子牛是純合子還是雜合子，應選擇測交方案，即選擇隱性純合子棕牛與其交配。 (4)用X雄牛與多頭雜種雌牛相交配，共產生20頭小牛，若小牛全為黑色，則X雄牛最可能為顯性純合子，遺傳因子組成為BB；若子代中14頭為黑色，6頭為棕色，則X雄牛含有棕色基因，遺傳因子組成最可能是Bb。
[答案]　(1)黑色　(2)Bb　Bb　bb　(3)3/4　1/3　C　(4)BB　Bb

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