資源簡(jiǎn)介

(共33張PPT)
第一章 遺傳的細(xì)胞基礎(chǔ)
第二節(jié) 分離定律
受科學(xué)發(fā)展水平的限制，人們對(duì)遺傳的認(rèn)識(shí)曾經(jīng)很膚淺，基本上認(rèn)同“混合遺傳學(xué)說”，即具有黑與白性狀的親代在簡(jiǎn)單融合后得到了具有灰性狀的子代。但是，科學(xué)家在觀察生物的許多遺傳現(xiàn)象后，并不認(rèn)同這樣的觀點(diǎn)，他們一直在探索生物的遺傳規(guī)律。那么，科學(xué)家是如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來探索遺傳規(guī)律的呢
孟德爾是如何設(shè)計(jì)豌豆的雜交實(shí)驗(yàn)的
事實(shí)：
1.在孟德爾所處的19世紀(jì)，人們相信“混合遺傳學(xué)說”。
2.孟德爾對(duì)此并不認(rèn)同，他鍥而不舍地設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行研究。在豌豆花色遺傳的雜交實(shí)驗(yàn)(圖1-2-1)中，第一代所有植株都開紫色花，并不是親代的紫色與白色融合后的“淡紫色”
從上述事實(shí)可以看到，孟德爾利用雜交方法開展豌豆花色遺傳的實(shí)驗(yàn)，得到了“混合遺傳學(xué)說”不能解釋的遺傳結(jié)果。孟德爾通過雜交實(shí)驗(yàn)進(jìn)行探究，發(fā)現(xiàn)了生物遺傳的哪些規(guī)律呢
分離定律
孟德爾通過觀察發(fā)現(xiàn)，一種生物的同一種性狀常常具有不同的表現(xiàn)類型，我們稱之為相對(duì)性狀。孟德爾首先選擇具有一對(duì)相對(duì)性狀的豌豆親本(P)進(jìn)行雜交實(shí)驗(yàn)。
孟德爾的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)說明了什么
事實(shí)：孟德爾選擇豌豆的7對(duì)相對(duì)性狀分別進(jìn)行雜交實(shí)驗(yàn)，得到子一代(F1)后，再讓F1進(jìn)行自交，得到子二代(F2)，最后統(tǒng)計(jì)F2中每對(duì)相對(duì)性狀的分離數(shù)據(jù)(表1-2-1)。
以孟德爾做過的紫色花豌豆和白色花豌豆的雜交實(shí)驗(yàn)為例，紫色花豌豆無論作母本(正交)還是作父本(反交)，雜交后產(chǎn)生的F1均為紫色花豌豆。孟德爾把 F1表現(xiàn)出來的親本性狀稱為顯性性狀，如紫色花性狀；把F1沒有表現(xiàn)出來的親本性狀稱為隱性性狀，如白色花性狀。F1植株自花授粉(自交)后產(chǎn)生的F2中，有些植株表現(xiàn)顯性性狀，有些植株表現(xiàn)隱性性狀(圖1-2-2)。他把這種在雜種后代中出現(xiàn)顯性性狀和隱性性狀的現(xiàn)象，稱為性狀分離。
孟德爾對(duì)豌豆的7對(duì)相對(duì)性狀分別進(jìn)行了雜交實(shí)驗(yàn)，得到了各種數(shù)據(jù)。再通過對(duì)這些數(shù)據(jù)的處理和分析。發(fā)現(xiàn)F2中表現(xiàn)顯性性狀的植株與表現(xiàn)隱性性狀的植株在數(shù)量比例上接近3:1。他對(duì)這一結(jié)果的解釋是，在來自母本的雌性生殖細(xì)胞和來自父本的雄性生殖細(xì)胞中存在著控制性狀的遺傳因子，這些遺傳因子在親本體細(xì)胞中是成對(duì)存在的。他用大寫字母代表顯性遺傳因子，用小寫字母代表隱性遺傳因子。
例如，控制高莖性狀的遺傳因子D和控制矮莖性狀的遺傳因子d為一對(duì)遺傳因子。遺傳因子組成相同的個(gè)體(如DD或dd)稱為純合子，遺傳因子組成不同的個(gè)體(如Dd)稱為雜合子。當(dāng)豌豆植株體細(xì)胞中的遺傳因子組成為DD或Dd時(shí)，所結(jié)的豌豆表現(xiàn)出高莖性狀：當(dāng)豌豆植株體細(xì)胞中的遺傳因子組成為dd時(shí)，所結(jié)的豌豆表現(xiàn)出矮莖性狀(圖1-2-3)。
純合高莖親本(DD)和純合矮莖親本(dd)雜交產(chǎn)生雜合子F1(Dd)，F(xiàn)1體細(xì)胞中的D為顯性遺傳因子，d為隱性遺傳因子，所以F1表現(xiàn)出由顯性遺傳因子(D)控制的高莖性狀。
孟德爾認(rèn)為，在雜合子F1(Dd)體細(xì)胞中，遺傳因子D和d分別獨(dú)立存在，因此在形成生殖細(xì)胞時(shí)，F(xiàn)1可以產(chǎn)生數(shù)量相等的D型和d型雄配子，也可以產(chǎn)生數(shù)量相等的D型和d型雌配子。在F1自花授粉時(shí)，不同類型的雌雄配子之間的結(jié)合是隨機(jī)的，而且結(jié)合的概率相等，如豌豆D型雄配子，既可以和D型雌配子結(jié)合，又可以和d型雌配子結(jié)合，且結(jié)合成DD和Dd的機(jī)會(huì)相等(圖1-2- 4)。
由雜合子F1(Dd)自交獲得的F2產(chǎn)生三種類型的遺傳因子組成，即DD、Dd和dd，植株分別表現(xiàn)為高莖、高莖和矮莖。如果F2植株的數(shù)量足夠多，那么，高莖和矮莖的兩種豌豆在數(shù)量上的比例約為3:1，遺傳因子組成為DD、Dd和dd的三種豌豆在數(shù)量上的比例約為1:2:1。
模擬動(dòng)物性狀分離比的雜交實(shí)驗(yàn)
實(shí)踐：
1.四人一組，每組準(zhǔn)備兩個(gè)小罐，分別標(biāo)記為1號(hào)罐和2號(hào)罐。每個(gè)罐中均有100個(gè)圍棋子，其中黑子和白子都是各50個(gè)。1號(hào)罐中的棋子代表動(dòng)物雌配子，2號(hào)罐中的棋子代表動(dòng)物雄配子；黑子代表遺傳因子A，白子代表遺傳因子a。將每個(gè)罐中的棋子充分混合均勻。
2.分別從兩個(gè)小罐內(nèi)隨機(jī)抓取一個(gè)棋子，放在一起，表示雌雄配子隨機(jī)結(jié)合形成的受精卵類型。每次記錄受精卵類型后，將抓取的棋子各自放回原來的小罐，重新混合均勻。重復(fù)20次并歸納結(jié)果。統(tǒng)計(jì)全班所有小組的數(shù)據(jù)，計(jì)算“遺傳因子組成比”和“性狀分離比”(表1-2-2)。
孟德爾開展的以一對(duì)相對(duì)性狀為研究對(duì)象的雜交實(shí)驗(yàn)及其對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的解釋，被后來的科學(xué)家表述為分離定律，即控制同一性狀的遺傳因子在體細(xì)胞中成對(duì)存在，在形成配子的過程中，成對(duì)的遺傳因子分別進(jìn)入不同的配子中。
孟德爾為了證實(shí)自己對(duì)性狀分離現(xiàn)象推斷的正確性，又創(chuàng)新設(shè)計(jì)了測(cè)交的實(shí)驗(yàn)方法。他認(rèn)為，如果將雜種F1(Dd)和隱性純合親本(dd)雜交，F(xiàn)1產(chǎn)生兩種類型配子(D和d)，隱性純合親本只產(chǎn)生一種類型配子(d)，那么，雌雄配子結(jié)合產(chǎn)生兩種后代，分別表現(xiàn)為高莖(Dd)和矮莖(dd)，兩種豌豆的數(shù)量之比應(yīng)為 1:1。測(cè)交實(shí)驗(yàn)結(jié)果完全證實(shí)了他的推斷，證明了F1是雜合子(圖1-2-5)。
孟德爾獲得成功的原因
1822 年 7 月 22 日，孟德爾出生在奧地利的一個(gè)貧苦農(nóng)民家庭，自幼愛好園藝。他在21歲時(shí)成為修道士，接著被推薦到維也納大學(xué)學(xué)習(xí)自然科學(xué)，完成學(xué)業(yè)后回到修道院，就開始了豌豆雜交實(shí)驗(yàn)(圖1-2-6)。孟德爾挑選出34個(gè)豌豆品種用于實(shí)驗(yàn)。在長(zhǎng)達(dá)8年的豌豆雜交實(shí)驗(yàn)中，孟德爾對(duì)不同世代的豌豆性狀和數(shù)量進(jìn)行了細(xì)致的觀察、記錄和分析，終于發(fā)現(xiàn)了生物遺傳的規(guī)律。
孟德爾被稱為“遺傳學(xué)的奠基人”，他之所以能取得如此重大的成就，原因是多方面的。正確地選用實(shí)驗(yàn)材料是孟德爾獲得成功的首要原因。豌豆是嚴(yán)格的自花傳粉、閉花授粉植物，在自然狀態(tài)下豌豆一般為純合子；豌豆具有一些穩(wěn)定的、容易區(qū)分的相對(duì)性狀(如花有紫色和白色性狀)，而且成熟后的豆粒(種子)都留在豆莢中，這些都有利于實(shí)驗(yàn)者的觀察和計(jì)數(shù)。
知識(shí)鏈接
經(jīng)典遺傳學(xué)的主要實(shí)驗(yàn)材料——豌豆
豌豆(右圖)是一年生草本，高90~180cm。小葉長(zhǎng)圓形至卵圓形；托葉葉狀，基部耳狀，包圍葉柄。莢果長(zhǎng)橢圓形，內(nèi)有堅(jiān)紙質(zhì)襯皮?；ü?~5月，花白色或紫色、單生或 1~3 朵排列成總狀腋生，花柱內(nèi)側(cè)有須毛，花瓣蝴蝶形。根據(jù)種子形狀的不同，可分為圓粒和皺粒種子。
孟德爾選擇豌豆做實(shí)驗(yàn)，原因除了自花傳粉、閉花授粉外，還包括豌豆一次能繁殖產(chǎn)生許多后代，容易收集大量數(shù)據(jù)用于分析。此外，豌豆花大而易于人工授粉，這也是將其作為實(shí)驗(yàn)材料的原因之一。
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。在分析生物性狀時(shí)，孟德爾開始只研究一對(duì)相對(duì)性狀的遺傳情況。例如，他在研究種子的形狀時(shí)不考慮子葉的顏色，而在研究豆莢的顏色時(shí)不考慮豆莢的形狀。在弄清一對(duì)相對(duì)性狀的遺傳情況后，他再進(jìn)行兩對(duì)或更多對(duì)相對(duì)性狀的遺傳研究。
應(yīng)用數(shù)學(xué)方法對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行處理和分析是孟德爾獲得成功的又一個(gè)重要原因。在進(jìn)行豌豆的雜交實(shí)驗(yàn)時(shí)，他對(duì)不同世代、不同性狀的個(gè)體數(shù)量都進(jìn)行了詳細(xì)記載，并用數(shù)學(xué)方法處理和分析數(shù)據(jù)，探尋其中的規(guī)律。
更重要的是，孟德爾還科學(xué)地設(shè)計(jì)了實(shí)驗(yàn)程序。他從觀察和分析著手，提出問題，作出假設(shè)，通過精心設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，運(yùn)用演繹與推理等思維方式得出結(jié)論，并獨(dú)創(chuàng)了測(cè)交的實(shí)驗(yàn)方法檢驗(yàn)結(jié)論。當(dāng)然，他所具有的持之以恒的探索精神和嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的科學(xué)態(tài)度也是他獲得成功的重要原因。
分離定律的應(yīng)用
分離定律既有助于人們正確地解釋生物的遺傳現(xiàn)象，也能指導(dǎo)動(dòng)植物的育種工作。例如，在小麥育種中，人們發(fā)現(xiàn)麥穗無芒與有芒為一對(duì)相對(duì)性狀，無芒為顯性性狀，有芒為隱性性狀(圖1-2-7)。現(xiàn)有一株無芒小麥，如果該株小麥的自交后代不發(fā)生性狀分離，說明它為無芒性狀純合子，其后代都具有無芒性狀：如果該株小麥的自交后代發(fā)生性狀分離，說明它為雜合子，這就需要讓無芒小麥植株繼續(xù)自交，直到無芒性狀不再發(fā)生性狀分離為止，才能獲得無芒性狀純合子。
分離定律在醫(yī)學(xué)上也有一定應(yīng)用價(jià)值，我們可以應(yīng)用分離定律判斷某些遺傳病的發(fā)病概率。例如，人類的一種先天性聾啞是由隱性遺傳因子(a)控制的遺傳病。如果一個(gè)患者的雙親都表現(xiàn)正常，根據(jù)分離定律推斷，患者的雙親就一定都是雜合子(Aa)。在他們的子代中，先天性聾啞的發(fā)病概率是 1/4。
知識(shí)鏈接
乘法原理和加法原理
遺傳學(xué)中概率問題的解決會(huì)用到數(shù)學(xué)中的乘法原理和加法原理。
乘法原理 如果一個(gè)事件是否發(fā)生不影響另一個(gè)事件發(fā)生的概率，那么這兩個(gè)事件同時(shí)或相繼發(fā)生的概率是它們各自發(fā)生概率的乘積。例如，拋出一枚硬幣，落在地上時(shí)正面和反面都有可能朝上，那么各自的概率是 1/2。若兩枚硬幣同時(shí)拋出，那它們都正面朝上的概率是多大呢？由于這兩個(gè)事件稱為相互獨(dú)立事件，兩枚硬幣都正面朝上的概率就是 1/4(1/2×1/2)。
加法原理 不能同時(shí)發(fā)生的兩個(gè)事件叫做互斥事件。互斥事件出現(xiàn)的概率是它們各自概率之和。例如。如果一對(duì)夫妻每胎生育一個(gè)，不是男孩就是女孩，屬互斥事件。那么，生育一個(gè)男孩或一個(gè)女孩的概率就是1(1/2+1/2)。
課外探究 探究紫色花豌豆是否為純合子
孟德爾利用豌豆設(shè)計(jì)了多種雜交實(shí)驗(yàn)，其中通過紫色花豌豆和白色花豌豆的雜交實(shí)驗(yàn)，得出結(jié)論：紫色花和白色花是一對(duì)相對(duì)性狀，由一對(duì)遺傳因子控制。
提出問題
實(shí)驗(yàn)大棚里種植的紫色花豌豆已經(jīng)結(jié)出了莢果(含種子)，這些紫色花豌豆的種子是否為純合子？將紫色花豌豆的種子種下去后，長(zhǎng)成的植株會(huì)開出一定比例的紫色花和白色花嗎
推薦器材
紫色花豌豆種子；大號(hào)花盆及盆托、花園土、腐殖質(zhì)、松土用的小鏟子、澆水壺、細(xì)木條(作豌豆莖蔓纏繞支架用)等。
作出假設(shè)
針對(duì)提出的問題作出假設(shè)。例如，針對(duì)“紫色花豌豆的種子是否為純合子”的問題，可根據(jù)分離定律，作出假設(shè):“紫色花豌豆的種子，其自交后代若出現(xiàn)性狀分離，就是雜合子，若不出現(xiàn)性狀分離，就是純合子”。
設(shè)計(jì)和實(shí)施實(shí)驗(yàn)
1.將豌豆種子浸泡在清水中，待種子吸水膨脹備用。
2.將花園土和腐殖質(zhì)按一定比例混合后裝入大號(hào)花盆中。
3.取處理過的豌豆種子放入土中，離土表約2 cm，澆透水。
建議：
(1)豌豆栽培溫度不宜過高；生長(zhǎng)期室溫為10~15℃，有利于出苗和植株生長(zhǎng)；開花期室溫為15~20℃，有利于植株開花。
(2)參與實(shí)驗(yàn)的同學(xué)，在每一個(gè)大花盆中適時(shí)播種紫色花豌豆種子10粒，全班播種的種子總數(shù)要盡量多一些(不少于50粒)。
(3)及時(shí)澆水、松土，出苗后及時(shí)將花盆放在窗臺(tái)上，給予充足的光照。
(4)設(shè)計(jì)統(tǒng)計(jì)表格，在開花期及時(shí)觀察和記錄紫色花和白色花的數(shù)量，計(jì)算性狀分離比。
在陽臺(tái)上放穩(wěn)盆栽植株，防止掉落傷人。
結(jié)果與分析
用遺傳學(xué)知識(shí)解釋實(shí)驗(yàn)結(jié)果，與同學(xué)和老師交流探究結(jié)論和成功經(jīng)驗(yàn)。

展開更多......

收起↑