高中生物第2节 孟德尔的豌豆杂交实验（二）第2课时学案

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1．孟德尔获得成功的原因
(1)正确选用豌豆作实验材料是成功的首要条件。
(2)对相对性状遗传的研究，从一对到多对
①生物的性状多种多样，根据自由组合定律，如果有n对性状自由组合，后代的性状组合会有2n种，这是很难统计的。
②孟德尔采取了由单因素(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)对实验结果进行统计学分析
孟德尔运用了统计学的方法对实验结果进行了统计，从而发现了生物性状的遗传在数量上呈现一定的比例，并最终解释了这些现象。
(4)运用假说—演绎法这一科学方法。
(5)创新地验证假说
孟德尔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，并归纳出了分离定律和自由组合定律。
2．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等。
③等位基因：指控制相对性状的基因，如D和d。
(2)孟德尔被后人公认为“遗传学之父”。
3．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。
(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。
判断对错(正确的打“√”，错误的打“×”)
1．孟德尔把数学方法引入生物学的研究，是超越前人的创新。( )
2．孟德尔提出了遗传因子、表型、基因型的概念。( )
3．表型相同的生物，基因型一定相同。( )
4．孟德尔在以豌豆为材料所做的实验中，通过杂交实验发现问题，然后提出假设进行解释，再通过测交实验进行验证。( )
5．杂交育种不需筛选可获得优良品种。( )
6．根据孟德尔遗传规律可推断遗传病患病概率。( )
提示：1．√
2．× 表型和基因型是由丹麦生物学家约翰逊提出来的。
3．× 表型相同的生物，基因型不一定相同。
4．√
5．× 杂交育种需经过筛选获得优良品种。
6．√
自由组合定律的应用
1．杂交育种
(1)过程
①培育杂合子品种
选取符合要求的纯种双亲杂交(♀×)→F1(即为所需品种)。
②培育隐性纯合子品种
选取符合要求的双亲杂交(♀×)→F1eq \(―→,\s\up8(⊗))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
a．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，自交至不发生性状分离为止。
b．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，选择后代不发生性状分离的F2个体。
(2)优点：操作简便，可以把多个品种的优良性状集中在一起。
(3)缺点：获得新品种的周期长。
2．遗传病概率的计算
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：m·(1－n)；
(2)只患乙病的概率：n·(1－m)；
(3)甲、乙两病同患的概率：m·n；
(4)甲、乙两病均不患的概率：(1－m)·(1－n)；
(5)患病的概率：1－(1－m)·(1－n)；
(6)只患一种病的概率：m·(1－n)＋n·(1－m)。
以上规律可用下图帮助理解：
1．动物中优良品种的选育与植物的杂交育种有什么不同？
提示：植物的杂交育种一般需要连续自交，既保留了优良品种又能不断提高纯合比例；动物如果需要获得双隐性个体，一旦出现即是所需，如果需要获得显性个体，可以通过一次测交实验来鉴定其是否为纯合优良品种。
2．现有小麦品种AAbb和aaBB，为培育出aabb的优良品种，是否需要连续自交？
提示：不需要。
3．人类的多指对手指正常为显性，先天聋哑为隐性。一个多指男子(其母正常)与一外观正常的女子结婚，生了一个多指且聋哑的孩子(多指的致病基因为A，先天聋哑的致病基因为b)。
(1)请写出这对夫妇的基因型。
提示：AaBb、aaBb。
(2)他们生出不携带任何致病基因的孩子的可能性为多少？
提示：1/8。
1．有一种软骨发育不全的遗传病，两个患这种病的人(其他性状正常)结婚，他们所生的第一个孩子得白化病和软骨发育不全，第二个孩子性状全部正常。假设控制这两种病的基因的遗传符合基因的自由组合定律，请预测他们再生一个孩子同时患两种病的概率是( )
A．1/16 B．1/8
C．3/16 D．3/8
C [两个患有软骨发育不全的人(其他性状正常)结婚，他们所生的第一个孩子得白化病和软骨发育不全，第二个孩子性状全部正常，可知软骨发育不全是由显性基因决定的，白化病是由隐性基因决定的，并可以推断出此夫妇的基因型均为AaBb(假设白化病相关基因用A、a表示，软骨发育不全相关基因用B、b表示)，他们再生一个孩子同时患两种病的概率是1/4×3/4＝3/16。]
2．在家兔中黑色(B)对褐色(b)为显性，短毛(E)对长毛(e)为显性，这两对基因是独立遗传的。现有纯合黑色短毛兔和褐色长毛兔。请回答下列问题：
(1)试设计培育能稳定遗传的黑色长毛兔的育种方案(简要程序)。
第一步：_____________________________________________；
第二步：_____________________________________________；
第三步：_____________________________________________。
(2)此现象符合____________定律。
[解析] 黑色长毛是亲本中没有的性状组合，亲本杂交，性状进行重新组合才能获得该性状组合，可利用自由组合定律解决该育种问题。具体方案是亲本杂交获得F1，F1雌雄个体相互交配获得F2，在F2中获得需要的类型，最后通过测交对基因型进行鉴定，选出纯合个体。
[答案] (1)黑色短毛兔×褐色长毛兔→F1 F1雌雄个体相互交配得到F2，从F2中选出黑色长毛兔 F2中黑色长毛兔×褐色长毛兔(测交)，其后代不出现褐色长毛兔的亲本即为纯合黑色长毛兔 (2)自由组合
自由组合定律的解题技巧
1．分析自由组合问题的“三字诀”
2．巧用子代性状分离比推测亲本的基因型
(1)9∶3∶3∶1⇒(3∶1)(3∶1)⇒(Aa×Aa)(Bb×Bb)⇒AaBb×AaBb。
(2)1∶1∶1∶1⇒(1∶1)(1∶1)⇒(Aa×aa)(Bb×bb)⇒AaBb×aabb或Aabb×aaBb。
(3)3∶3∶1∶1⇒(3∶1)(1∶1)⇒(Aa×Aa)(Bb×bb)或(Aa×aa)(Bb×Bb)⇒AaBb×Aabb或AaBb×aaBb。
(4)3∶1⇒(3∶1)×1⇒(Aa×Aa)(BB×B_)或(Aa×Aa)(BB×bb)或(Aa×Aa)(bb×bb)或(AA×A_)(或Aabb或aaBb)或(AA×aa)(Bb×Bb)或(aa×aa)(Bb×Bb)⇒AaBB×AaB_或AaBB×Aabb或AABb×A_Bb或AABb×aaBb。
3．常见类型分析
(1)配子类型及概率的问题
①AaBbCc产生的配子种类数：2(A、a)×2(B、b)×2(C、c)＝8(种)。
②AaBbCc产生ABC配子的概率：eq \f(1,2)(A)×eq \f(1,2)(B)×eq \f(1,2)(C)＝eq \f(1,8)。
(2)子代的基因型及概率问题
①AaBbCc与AaBBCc杂交，求子代的基因型种类，可将其分解为3个分离定律：
Aa×Aa→后代有3种基因型(1AA∶2Aa∶1aa)；
Bb×BB→后代有2种基因型(1BB∶1Bb)；
Cc×Cc→后代有3种基因型(1CC∶2Cc∶1cc)。
所以，后代中有3×2×3＝18(种)基因型。
②AaBbCc与AaBBCc杂交，后代中AaBBcc出现的概率：eq \f(1,2)(Aa)×eq \f(1,2)(BB)×eq \f(1,4)(cc)＝eq \f(1,16)。
(3)子代的表型类型及概率的问题
①AaBbCc与AabbCc杂交，求其杂交后代可能出现的表型种类数，可分解为3个分离定律：
Aa×Aa→后代有2种表型(3A_∶1aa)；
Bb×bb→后代有2种表型(1Bb∶1bb)；
Cc×Cc→后代有2种表型(3C_∶1cc)。
所以，后代中有2×2×2＝8(种)表型。
②AaBbCc与AabbCc杂交，后代中出现A_Bbcc的概率：3/4×1/2×1/4＝3/32。
多对相对性状的自由组合问题
多对相对性状的自由组合问题是指3对或3对以上的相对性状，它们的遗传符合自由组合定律。n对相对性状的遗传结果如下表所示：
注：表中最下行的数学通式适用于n对基因均杂合的情况下，若不都是杂合的，则该数学通式不适用。
1．小麦抗锈病(T)对易染锈病(t)为显性，高秆(D)对矮秆(d)为显性，两对基因独立遗传。用抗锈病矮秆小麦与抗锈病高秆小麦杂交获得的F1小麦中，抗锈病高秆1 051株、易染锈病矮秆351株、抗锈病矮秆1 103株、易染锈病高秆342株，则两亲本的基因型可能是( )
A．TTdd、TtDdB．Ttdd、TtDd
C．Ttdd、TTDdD．ttDd、TtDd
B [分别分析两对相对性状，F1小麦中，抗锈病与易染锈病的比例约为3∶1，说明双亲均为杂合子Tt；高秆与矮秆的比例约为1∶1，说明亲本中高秆小麦为杂合子Dd。综合分析，两亲本的基因型可能是Ttdd、TtDd，B项正确。]
2．假定某植物5对等位基因是相互自由组合的，杂交组合AaBBCcDDEe×AaBbCCddEe产生的后代中，2对等位基因杂合、3对等位基因纯合的个体所占的比例是( )
A．1/2B．1/4
C．1/16 D．1/64
B [根据基因分离定律，分对计算，其中DD×dd一定得到Dd，在剩下的4对基因组合中，出现杂合子和纯合子的概率都是1/2；要满足题意，则需要除D、d之外的4对基因组合中，有一对为杂合子，另外三对均为纯合子，其概率：4×1/2×1/2×1/2×1/2＝1/4；其中4是指“在4对基因组合(Aa×Aa，Bb×BB，Cc×CC，Ee×Ee)中，有且只有一对出现杂合体的情况有4种”，每一次出现一杂三纯的概率都是1/2×1/2×1/2×1/2。]
玉米是主要的高产粮食作物，为了提高玉米的产量，在农业生产中玉米使用的都是杂交种，杂交玉米的性状不能稳定遗传，因此农民每年都需要购买玉米杂交种，请回答下列有关问题：
由设问(2)关键信息“长期培育长果穗黄粒(AaBb)杂交种玉米”可知，必须先获得AABB和aabb(或AAbb、aaBB)，并由此确定选择和培育的方案。同时AABB和aabb(或AAbb、aaBB)需要自交留种。
1．玉米从种子发芽到新种子成熟，整个过程需90～150天，玉米是一种雌雄同株的植物，其顶部开雄花，下部开雌花，是遗传学研究的良好材料。尝试写出玉米是遗传学研究的良好材料的三点理由。(科学思维)
提示：玉米开单性花，雌雄同株，去雄容易；子代多且生长期短；具有易于区分的相对性状。
2．现有长果穗(A)白粒(b)和短果穗(a)黄粒(B)两个玉米杂合子品种，为了达到长期培育长果穗黄粒(AaBb)杂交种玉米的目的，请你以遗传图解并简要说明的形式，设计出你的育种方案。(科学探究)
提示：方案一：
方案二：
[课堂小结]
1．孟德尔利用豌豆杂交实验研究遗传规律，其获得成功的原因不包括( )
A．运用统计学方法分析实验结果
B．科学地设计实验程序，提出假说并进行验证
C．始终坚持同时分析多对相对性状
D．选用了非常适合的实验材料
C [孟德尔遗传实验是先研究一对相对性状的遗传，再研究多对性状的遗传，C错误。]
2．下列有关基因、基因型、表型、等位基因的说法中，错误的是( )
A．基因的概念是由丹麦生物学家约翰逊提出的
B．黄色圆粒豌豆的基因型有4种
C．黄色皱粒豌豆的基因型均相同
D．Y与y是等位基因，Y与r是非等位基因
C [黄色皱粒豌豆的基因型有Yyrr、YYrr，C错误。]
3．小麦的高秆(D)(易倒伏)对矮秆(d)(抗倒伏)是显性，抗病(R)对易病(r)是显性，两对基因独立遗传。现用纯合的高抗与矮易品种杂交，F2中出现抗倒抗病类型的概率是( )
A．9/16 B．3/16
C．1/16D．3/4或1/4
B [由题干信息可知：F1基因型为DdRr，F1自交产生的F2：D_R_∶D_rr∶ddR_∶ddrr＝9∶3∶3∶1。F2中出现抗倒伏抗病类型的基因型为1/16ddRR、2/16ddRr，即F2中出现抗倒抗病类型的概率是3/16。B正确。]
4．鸡冠的形状由两对基因(A和a，B和b)控制，这两对基因的遗传符合基因的自由组合定律，且与性别无关。据下表回答问题：
杂交组合 甲：核桃状×单片状→F1：核桃状、玫瑰状、豌豆状、单片状
乙：玫瑰状×玫瑰状→F1：玫瑰状、单片状
丙：豌豆状×玫瑰状→F1：全是核桃状
(1)甲组杂交方式在遗传学上称为________，甲组杂交F1四种表型比例是____________________。
(2)让乙组后代F1中玫瑰状冠的鸡与另一纯合豌豆状冠的鸡杂交，杂交后代表型及比例在理论上是__________________。
(3)让丙组F1中的雌雄个体交配，后代表现为玫瑰状冠的有120只，那么表现为豌豆状冠的杂合体理论上有________只。
(4)基因型为AaBb与Aabb的个体杂交，它们的后代基因型的种类有________种，后代中纯合子所占比例为________。
[解析] (1)甲组为双杂合个体与隐性纯合子杂交，叫测交，测交后代有4种表型，且比例为1∶1∶1∶1。(2)乙组杂交后代F1玫瑰状个体的基因型为2/3Aabb、1/3AAbb，和纯合的豌豆状冠(aaBB)鸡杂交，后代中出现核桃状冠的概率是1/3＋2/3×1/2＝2/3，出现豌豆状冠的概率是2/3×1/2＝1/3，比例为2∶1。(3)丙组中，由F1全是核桃状，可推出亲代基因型为aaBB、AAbb，F1基因型为AaBb，F1中雌雄个体杂交，符合常规的自由组合定律，F2中玫瑰状冠的鸡为1/16AAbb＋2/16Aabb＝120(只)，故杂合的豌豆状冠(2/16aaBb)个体理论上有80只。(4)基因型为AaBb、Aabb的个体杂交，后代的基因型种类为3×2＝6(种)，纯合子所占的比例为1/2×1/2＝1/4。
[答案] (1)测交 1∶1∶1∶1 (2)核桃状∶豌豆状＝2∶1 (3)80 (4)6 1/4
课标内容要求
核心素养对接
阐明有性生殖中基因自由组合使得子代的基因型和表型有多种可能，并可由此预测子代的遗传性状。
1．科学思维：归纳总结核心概念间的关系。感悟科学研究的一般规律，提高科学素养。
2．科学探究：体验孟德尔遗传实验的科学方法和创新思维。
3．社会责任：认同孟德尔敢于质疑的科学精神，大胆的想象和创新精神。
相对性
状对数
等位基
因对数
F1配子
F1配子可能组合数
F2基因型
F2表型
种类
比例
种类
比例
种类
比例
1
1
2
1∶1
4
3
1∶2∶1
2
3∶1
2
2
22
(1∶1)2
42
32
(1∶2∶1)2
22
(3∶1)2
3
3
23
(1∶1)3
43
33
(1∶2∶1)3
23
(3∶1)3
…
…
…
…
…
…
…
…
…
n
n
2n
(1∶1)n
4n
3n
(1∶2∶1)n
2n
(3∶1)n
知 识 网 络 构 建
核 心 语 句 背 诵
1.等位基因是指控制相对性状的基因。
2.基因型：与表型有关的基因组成。
3.生物个体的基因型相同，表型不一定相同；表型相同，基因型也不一定相同。表型受基因型和环境的共同影响。
4.杂交育种是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。
5.分离定律和自由组合定律在生物的遗传中具有普遍性。
项目
基因组合
A、B同
时存在
(A_B_型)
A存在、
B不存在
(A_bb型)
B存在、
A不存在
(aaB_型)
A和B都
不存在
(aabb型)
鸡冠形状
核桃状
玫瑰状
豌豆状
单片状