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第2節 孟德爾的豌豆雜交實驗(二)
第2課時　孟德爾遺傳規律的應用
【自主預習】
一、孟德爾成功的原因
1.選材得當:正確選用　豌豆　作實驗材料是成功的首要條件。
2.科學地確定研究對象:先研究　一　對相對性狀,再研究　多　對相對性狀。
3.科學的統計方法:對實驗結果進行　統計學分析　。
4.科學的實驗程序設計:運用　假說—演繹法　,即發現問題→提出假說→演繹推理→實驗驗證→得出結論。
二、孟德爾遺傳規律的再發現
1.1909年,丹麥生物學家　約翰遜　將“遺傳因子”命名為　基因　,并提出了　表型　和　基因型　的概念。
(1)表型:指生物個體表現出來的　性狀　,如豌豆的高莖和矮莖。
(2)基因型:指與表型有關的　基因組成　,如DD、Dd、dd。
(3)等位基因:指控制　相對性狀　的基因,如D和d。
(4)純合子(純種):每對基因都　純合　才是純種,如YYRR(穩定遺傳)。
(5)雜合子(雜種):只要有一對基因　雜合　就是雜種,如YyRr、YyRR(不穩定遺傳)。
2.表型和基因型的關系
(1)表型相同的個體,基因型　不一定　相同。
(2)基因型相同的個體,表型　不一定　相同。
(3)基因型是生物性狀表現的內因,而表型是生物性狀表現的外部形式。
(4)表型是　基因型　(控制)和　環境　(影響)共同作用的結果。
3.孟德爾被后人公認為“　遺傳學之父　”。
三、孟德爾遺傳規律的應用
1.雜交育種
(1)概念:有目的地將具有不同優良性狀的兩個親本　雜交　,使兩個親本的　優良性狀　組合在一起,再　篩選　出所需要的優良品種。
(2)優點:可以把多個親本的優良性狀集中在一個個體上。
(3)現有兩種小麥,分別具有一種優良性狀(如矮稈、抗病等),可采用下列育種程序進行作物育種:
PF1X
若選育的X為顯性優良純種,則需要連續自交篩選,直至不再發生性狀分離;若選育的X為隱性優良純種,則只要出現該性狀個體即可。
2.醫學實踐:人們可以依據　分離定律和自由組合定律　,對某些遺傳病在后代中的　患病概率　作出科學的推斷,從而為　遺傳咨詢　提供理論依據。
【合作探究】
任務1　交流分享孟德爾實驗方法的啟示,認同科學精神
活動1　閱讀課本P12~13,分析歸納孟德爾實驗方法的啟示及孟德爾遺傳規律的再發現
1.孟德爾曾花了幾年時間研究山柳菊,結果卻并不理想,其原因主要有哪些
提示　①山柳菊沒有既容易區分又可以連續觀察的相對性狀;②山柳菊有時進行有性生殖,有時進行無性生殖;③山柳菊的花小,難以做人工雜交實驗。
2.分析孟德爾雜交實驗成功的原因。
提示　①實驗材料:科學正確地選用豌豆作為實驗材料是成功的首要條件。②研究對象:在對生物的性狀進行分析時,孟德爾首先只針對一對相對性狀進行研究,再對兩對或多對相對性狀進行研究。③科學方法:對實驗結果進行統計學分析,即將數學的方法引入對遺傳實驗結果的處理和分析中。④嚴密程序:運用假說—演繹法,科學地設計實驗方案,按發現問題→提出假說→演繹推理→實驗驗證→總結規律的科學實驗程序進行研究。⑤自身素質:孟德爾具有扎實的知識基礎、嚴謹求實的科學態度,熱愛科學,勤于思考,勇于向傳統挑戰。
3.孟德爾使用不同的字母作為代表不同遺傳因子的符號,這與他在大學進修過數學有沒有關系 這對他進行邏輯推理有什么幫助
提示　有關系。數學符號能簡潔、準確地反映數學概念的本質,孟德爾創造性地應用符號體系,更加簡潔、準確地反映抽象的遺傳過程,使他的邏輯推理更加順暢。
4.表型相同,基因型不一定相同。基因型相同,表型就一定相同嗎 D和D、d和d、D和d都是等位基因嗎 為什么
提示　不一定,表型是基因型與環境共同作用的結果。只有D和d是等位基因。因為只有控制相對性狀的基因是等位基因,D和D、d和d控制的是相同性狀,是相同基因。
認知生成
與遺傳規律相關的概念
例1　(2022·商丘階段練)山柳菊為異花傳粉植物,具有發達的根系,易從根系上再生出新植株。孟德爾最初曾使用山柳菊研究遺傳,但結果不理想,后改用豌豆,終獲成功,可見實驗材料的選擇對實驗成功與否非常關鍵。下列相關敘述錯誤的是(　　)。
A.山柳菊植株不能閉花傳粉,無法保證顯性個體一定為純合子
B.山柳菊能夠進行無性繁殖,會對子代表型的統計造成干擾
C.山柳菊有既易于區分又可以連續觀察的相對性狀
D.山柳菊花小,難以做人工雜交實驗
【答案】　C
【解析】　山柳菊與豌豆不同,其不能閉花傳粉,因此顯性個體存在雜合子,即無法保證顯性個體一定為純合子,A正確;山柳菊能夠進行無性繁殖,導致親代和子代的性狀一致,從而對子代表型的統計造成干擾,B正確;山柳菊沒有既容易區分又可以連續觀察的相對性狀,C錯誤。
對點練1　(2023·安陽聯考)擬南芥為十字花科植物,有多種區分明顯的性狀,如莖的中上部有不分枝、分枝,莖的下部有單毛、叉毛,基生葉有倒卵形、匙形,莖葉有披針形、橢圓形等。擬南芥是自花傳粉、閉花受粉植物,用理化因素處理時突變率很高,容易獲得各種代謝功能的缺陷型,且植株小,結籽多。擬南芥基因組大約有12 500萬堿基對,細胞中含有5對染色體。實驗室栽植的擬南芥品種在發芽后4周開花,開花4~6周后可采集種子。下列關于擬南芥作為遺傳學實驗材料的說法,錯誤的是(　　)。
A.擬南芥具有多對易于區分的相對性狀,便于實驗結果的數據統計
B.擬南芥自然條件下為純種,用其做人工雜交實驗,結果可靠且易分析
C.擬南芥植株小,結籽多,生長周期短,因此使用它作為實驗材料可減少用地面積,縮短實驗時間
D.擬南芥的基因組小,染色體條數少,因此開花周期短
【答案】　D
【解析】　擬南芥的基因組小,染色體條數少,與開花周期無關,D錯誤。
任務2　運用孟德爾遺傳規律分析和解決實際問題
活動2　了解我國育種專家的育種工作及成就,分析育種實例并回答以下問題
　　小麥的抗倒伏(D)對易倒伏(d)為顯性,易染條銹病(T)對抗條銹病(t)為顯性。小麥患條銹病或倒伏,會導致減產甚至絕收。現有兩個不同品種的小麥,一個品種抗倒伏,但易染條銹病(DDTT);另一個品種易倒伏,但能抗條銹病(ddtt)。將這兩個品種的小麥雜交,在F2中就會出現新類型(如DDtt或Ddtt)。繼續繁育它們,經過選擇和培育,就可以得到既抗倒伏又抗條銹病的純種(DDtt)。
1.將上述實例中的育種過程用遺傳圖解表示。
提示　
2.哪一代個體最早表現出優良性狀
提示　子二代。
3.子二代具有顯性優良性狀的品種都能穩定遺傳嗎 為什么
提示　不都能。Ddtt個體的后代仍會出現易倒伏抗病的個體。
4.如何才能得到穩定遺傳的優良品種
提示　選擇表型為抗倒伏抗條銹病的個體連續自交多代。
5.結合育種過程,分析雜交育種的優缺點。
提示　優點:操作簡便,可以把多個品種的優良性狀集中在一起。缺點:獲得新品種的周期長。
6.對于植物雜交育種,培育顯性純合子品種需要連續多代自交,所需時間太長,有什么方法可以縮短育種周期嗎
提示　假設每年只繁殖一代,從播種到收獲種子計為一年。
第一年:種植親代,雜交,收獲F1種子;
第二年:種植F1,自交,收獲F2種子;
第三年:種植F2,獲得表型符合要求的植株類型,同時讓該植株類型自交,收獲F3種子,分單株保存;
第四年:分別種植符合要求的F3,觀察是否發生性狀分離,不發生性狀分離的為合乎要求的新品種。
認知生成
　　根據不同的育種目的,雜交育種在操作時會有以下幾種情況。
1.培育雜合子品種
選取符合要求的純種雙親雜交(♀×♂)→F1(所需品種)。
2.培育隱性純合子品種
選取符合要求的雙親雜交(♀×♂)→F1→F2→選出表型符合要求的個體種植并推廣。
3.培育顯性純合子品種
(1)植物:選擇具有不同優良性狀的親本雜交,獲得F1,F1自交獲得F2,鑒別、選擇需要的類型,連續自交至不發生性狀分離為止。
(2)動物:選擇具有不同優良性狀的親本雜交,獲得F1,F1雌雄個體交配獲得F2,鑒別、選擇需要的類型與隱性類型測交,選擇后代只有一種性狀的F2個體。
例2　下列關于動植物育種的操作,錯誤的是(　　)。
A.植物雜交育種獲得F1后,可以采用不斷自交的方法選育新品種
B.哺乳動物雜交育種獲得F2后,可采用測交選出純合個體
C.植物雜交育種獲得F2后,可通過測交選出新品種
D.若用植物的營養器官進行繁殖,則只要后代出現所需性狀即可留種
【答案】　C
【解析】　雜交育種中得到F1后,F1自交產生的F2中會出現新的雜合類型,因此可以采用不斷自交的方法選育新品種,A正確;F2出現所需的性狀后,對于動物可采用測交的方法選出F2中的純合個體,B正確;植物雜交育種得到的F2出現性狀分離,選擇有所需性狀的個體連續自交,直到不發生性狀分離,即可得到所需的品種,C錯誤;無性繁殖的后代不發生性狀分離,因此用植物的營養器官來繁殖,雜交后代出現所需性狀后即可留種,D正確。
對點練2　水稻高稈(D)對矮稈(d)為顯性,抗稻瘟病(R)對易感稻瘟病(r)為顯性,兩對性狀獨立遺傳,用一個純合易感病矮稈(抗倒伏)品種與一個純合抗病高稈(易倒伏)品種雜交。下列說法錯誤的是(　　)。
A.F2中既抗病又抗倒伏個體的基因型為ddRR和ddRr
B.F2中既抗病又抗倒伏的個體占3/16
C.上述育種方法叫雜交育種
D.從F2中可以直接選育出矮稈抗病新品種
【答案】　D
【解析】　純合易感病矮稈的基因型是ddrr,純合抗病高稈的基因型是DDRR,二者雜交的F1為高稈抗病(DdRr),F1自交產生的F2出現性狀分離,既抗病又抗倒伏的新類型占3/16,基因型有ddRR和ddRr,上述育種方法屬于雜交育種,A、B、C正確;從F2中不能直接選育出矮稈抗病新品種,D錯誤。
活動3　了解遺傳規律在醫學實踐中的應用,閱讀情境回答以下問題
　　一個正常的女人與一個并指(Bb)的男人結婚,他們生了一個患白化病但手指正常的孩子。控制這兩對性狀的基因獨立遺傳。
1.該夫婦的基因型是什么
提示　這個孩子的基因型應為aabb(與白化病相關的基因用A/a表示),故這對夫婦中,女方的基因型為Aabb,男方的基因型為AaBb。
2.依據該夫婦的基因型推斷,他們再生一個孩子并指的概率是多少 白化病的概率是多少
提示　孩子并指的概率應為1/2,白化病的概率應為1/4。
3.若他們再生一個孩子:
(1)只患并指的概率是　　　　。
提示　只患并指的概率為并指概率-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　只患白化病的概率為白化病概率-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為男孩出生率×白化病概率×并指概率=(1/2)×(1/4)×(1/2)=1/16。
(4)只患一種病的概率是　　　　。
提示　只患一種病的概率為并指概率×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　患病的概率為1-正常(非并指且非白化病)概率=1-(1/2)×(3/4)=5/8。
認知生成
　　當兩種遺傳病之間具有“自由組合”關系時,各種患病情況概率如下:
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、乙兩病同患的概率是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只患一種病的概率是m(1-n)+n·(1-m)=m+n-2mn。
以上規律可用下圖幫助理解:
例3　人類多指(T)對正常指(t)為顯性,正常(A)對白化(a)為顯性,決定不同性狀的基因自由組合。一個家庭中,父親多指,母親正常,他們有一個患白化病但手指正常的孩子,則再生一個孩子只患一種病和患兩種病的概率分別是(　　)。
　　　　　　 　　　　　　 　　　　　　
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】　據題推知,父親的基因型為TtAa,母親的基因型為ttAa。后代患多指的概率為1/2,患白化病的概率為1/4,故后代只患一種病的概率為(1/2)×(1/4)(只患白化病)+(1/2)×(3/4)(只患多指)=1/2,患兩種病的概率為(1/2)×(1/4)=1/8。
對點練3　一對正常夫婦,雙方都有耳垂,結婚后生了一個白化且無耳垂的孩子,若這對夫婦再生一個孩子,孩子有耳垂但患白化病的概率是(　　)。(控制這兩對性狀的基因獨立遺傳)
A.3/8 B.3/16
C.3/32 D.5/16
【答案】　B
【解析】　假設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。由于這對正常夫婦都有耳垂,結婚后生了一個白化(aa)且無耳垂(cc)的孩子,因此兩人的基因型均為AaCc,則再生一個孩子有耳垂但患白化病(aaC_)的概率是(1/4)×(3/4)=3/16,B正確。
素能提升　復等位基因(科學思維能力)
控制相對性狀的基因,叫作等位基因,有時也會存在兩種以上的等位基因,遺傳學上把這種等位基因稱為復等位基因,如我們常見的ABO血型系統就是由復等位基因決定的。目前已經明確,ABO血型系統受3個等位基因控制,分別是A基因IA、B基因IB和O基因i。A基因和B基因是常染色體顯性基因,O基因是無效等位基因。 ABO血型可根據紅細胞是否具有抗原來判定:具有A抗原是A型,具有B抗原是B型,兩個抗原都有是AB型,兩個抗原皆無是O型。
例4　(2023·寧波聯考)人類ABO血型由IA、IB和i控制,IA對i為顯性,IB對i為顯性,IA與IB為共顯性。一對血型為A型和B型的夫婦已生有一個O型血女兒,此夫婦再生一個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】　由題意可知,這對夫婦生了一個O型血的女兒(基因型為ii),說明這對夫婦都是雜合子,基因型為IAi和IBi。若這對夫婦再生一個孩子,IAi×IBi→1/4IAIB、1/4IAi、1/4IBi、1/4ii,孩子是O型血(ii)的概率是1/4,又因為生男孩的概率為1/2,故此夫婦再生一個O型血男孩的概率是(1/4)×(1/2)=1/8,A正確。
對點練4　(2023·豐臺期末)ABO血型及其對應基因型如下表,某家庭孩子的血型是AB型和O型,則此夫婦的血型是(　　)。
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,說明雙親都含有i,故雙親的基因型應為IAi和IBi,即此夫婦的血型是A型和B型。
【隨堂檢測】
課堂小結 課堂小測
判斷正誤。 (1)假說中具有不同遺傳因子組成的配子之間隨機結合,體現了自由組合定律的實質。 (×) (2)在相同的環境下,表型相同,基因型一定相同。 (×) (3)兩種遺傳病一定遵循孟德爾的自由組合定律。 (×)
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