第1節(jié)孟德爾的豌豆雜交試驗一

1、第1節(jié)孟德爾的豌豆雜交實驗（一）問題探討人們曾經(jīng)認為兩個親本雜交后，雙親的遺傳物質會在 子代體內發(fā)生混合，使子代表現(xiàn)出介于雙親之間的性狀。 就像把一瓶藍墨水和一瓶紅墨水倒在一起，混合液是另外 一種顏色，再也無法分出藍色和紅色。這種觀點也稱做融 合遺傳。討論：1 .按照上述觀點，當紅牡丹與白牡丹雜交后，子代 的牡丹花會是什么顏色？2 .你同意上述觀點嗎？說說你的理由。本節(jié)聚焦： 孟德爾一對相對性狀的雜交實驗是怎樣設計的？ 孟德爾為解釋實驗結果作了哪些假設？他又設計了什么實驗來驗證假 設？ 分離定律的內容是什么？19世紀中期，在奧地利的一所修道院里（現(xiàn)捷克境內），來了一位叫孟德爾（G.J.Mend

2、el , 18221884）的年輕人。當時誰都不會想到，半個多世紀以后，他會因為在遺傳學上的重大 發(fā)現(xiàn)而名垂青史。孟德爾從小喜愛自然科學，由于家境貧寒，21歲便做了修道士。后來，他被派到維也納 大學進修自然科學和數(shù)學。回到修道院后，他利用修道院的一小塊園地，種植了豌豆、山柳 菊、玉米等多種植物，進行雜交實驗，潛心研究了8年。其中豌豆的雜交實驗非常成功，孟德爾通過分析豌豆雜交實驗的結果，發(fā)現(xiàn)了生物遺傳的規(guī)律。為什么用豌豆做遺傳實驗容易取得成功？圖I 1籟豆花（剖面）豌豆是自花傳粉植物（圖1-1）,而且是閉花受粉，也就是豌豆花在未開放時，就已經(jīng)完 成了受粉，避免了外來花粉的干擾。所以豌豆在自然狀態(tài)

3、下一般都是純種，用豌豆做人工雜 交實驗（圖1-2）,結果既可靠，又容易分析。兩性花的花粉，落到同一 朵花的雌蕊柱頭上的過程叫 做自花傳粉，也叫自交。豌豆 花的結構很適合自花傳粉，這 是因為呈蝶形的花冠中，有一 對花瓣始終緊緊地包裹著雄 蕊和雌蕊。兩朵花之間的傳粉過程叫做異花 傳粉。不同植株的花進行異花傳粉時， 供應花粉的植株叫做父本 （3）,接受花 粉的植株叫做母本（?）。孟德爾在做 雜交實驗時，先除去未成熟花的全部雄 蕊，這叫做去雄。然后，套上紙袋。待 雌蕊成熟時，采集另一植株的花粉，撒在去雄花的雌蕊的柱頭上，再套上紙 袋。豌豆植株還具有易于區(qū)分的性狀（character ）。例如，豌豆植株

4、中有高莖（高度1.52.0m） 的，也有矮莖（高度0.3m左右）的；有結圓粒種子的，也有結皺粒種子的。像這樣，一種生 物的同一種性狀的不同表現(xiàn)類型，叫做相對性狀（relative character ）。這些性狀能夠穩(wěn)定 地遺傳給后代。用具有相對性狀的植株進行雜交實驗，實驗結果很容易觀察和分析。孟德爾經(jīng)過仔細觀察，從34個豌豆品種中選擇了 7對相對性狀（如莖的高度、種子的形 狀、子葉的顏色、花的位置等）做雜交實驗（圖 1-3）。孟德爾注意到不同品種的豌豆之間同時具有多對相對性狀。為了便于分析，他首先對每 一對相對性狀的遺傳分別進行研究。一對相對性狀的雜交實驗孟彳惠爾用純種高莖豌豆與純種矮莖豌豆

5、作親本（用P表示）進行雜交（cross）。他驚奇地發(fā)現(xiàn)，無論用高莖豌豆作母本（正交），還是作父本（反交），雜交后產(chǎn)生的第一代（簡稱 子一代，用Fi表小）總是局莖的（圖1-4）。X雜知為什么子一代都是高莖而沒有矮莖的呢？孟德爾帶著疑惑，用子一代自交，結果在第二代（簡稱子二代，用 E表示）植株中，不 僅有高莖的，還有矮莖的。為什么子二代中矮莖性狀又出現(xiàn)了呢？看來矮莖性狀在子一代中只是隱而未現(xiàn)。孟彳惠爾把Fi中顯現(xiàn)出來的性狀，叫做顯性性狀（dominant character ），如高莖；未顯現(xiàn) 出來的性狀，叫做隱性性狀（recessive character ），如矮莖。在雜種后代中，同時出現(xiàn)顯

6、性性狀和隱性性狀的現(xiàn)象叫做性狀分離。孟德爾沒有停留在對實驗現(xiàn)象的觀察與描述上，而是對 F2中不同性狀的個體進行數(shù)量統(tǒng) 計，分析F2中高莖植株與矮莖植株之間的數(shù)量關系。結果發(fā)現(xiàn)在所得的 1064株F2植株中， 787株是高莖，277株是矮莖，高莖與矮莖的數(shù)量比接近 3：1。F2中出現(xiàn)3 ： 1的性狀分離比是偶然的嗎？孟德爾還對豌豆的其他6對相對性狀進行了雜交實驗，實驗結果如表 1-1。表1-1孟德爾做的豌豆雜交實驗的結果性狀F2的表現(xiàn)顯性隱性顯性：隱性種子的形狀圓粒5474皺粒18502.96: 1莖的高度局莖787矮莖2772.84: 1子葉的顏色黃色6022綠色20013.01 : 1種皮的

7、顏色灰色705白色2243.15: 1豆莢的形狀飽滿882不飽滿2992.95: 1豆莢的顏色（未成熟）綠色428黃色1522.82: 1花的位置腋生651頂生2073.14: 1看來，F(xiàn)2中出現(xiàn)3 ： 1的性狀分離比不是偶然的。是什么原因導致遺傳性狀在雜種后代中 按一定的比例分離呢？對分離現(xiàn)象的解釋孟德爾在觀察和統(tǒng)計分析的基礎上，果斷地摒棄了前人融合遺傳的觀點，通過嚴謹?shù)耐?理和大膽的想像，對分離現(xiàn)象的原因提出了如下假說（圖1-5）。圖1-5高莖豌豆與矮莖豌豆雜交實臉的分析圖解(1)生物的性狀是由遺傳因子(hereditary factor )決定的。這些因子就像一個個獨 立的顆粒，既不會相

8、互融合，也不會在傳遞中消失。每個因子決定著一種特定的性狀，其中決 定顯性性狀的為顯性遺傳因子，用大寫字母(如 D)來表示；決定隱性性狀的為隱性遺傳因 子，用小寫字母(如d)來表示。(2)體細胞中遺傳因子是成對存在的。例如，純種高莖豌豆的體細胞中有成對的遺傳 因子DD純種矮莖豌豆的體細胞中有成對的遺傳因子 ddo像這樣，遺傳因子組成相同的個體 叫做純合子。因為F1自交的后代中出現(xiàn)了隱性性狀，所以在 F1細胞中必然含有隱性遺傳因 子；而Fi表現(xiàn)的是顯性性狀，因此Fi體細胞中的遺傳因子應該是 D&像這樣，遺傳因子組成 不同的個體叫做雜合子。(3)生物體在形成生殖細胞一一配子時，成對的遺傳因子

9、彼此分離，分別進入不同的 配子中。配子中只含有每對遺傳因子中的一個。(4)受精時，雌雄配子的結合是隨機的。例如，含遺傳因子D的配子，既可以與含遺傳因子D的配子結合，又可以與含遺傳因子 d的配子結合。?相關信息在孟德爾提出這一假說時，生物學界還沒有認識到配子形成和受精過程中染色體的變化。 孟德爾根據(jù)實驗現(xiàn)象提出的遺傳因子在體細胞中成對存在，在配子中單個出現(xiàn)，是超越 自己時代的一種非凡的設想。?旁欄思考：假如雌雄配子的結合不是隨機的，F(xiàn)2中還會出現(xiàn)3 ： 1的性狀分離比嗎？請你根據(jù)孟德爾的假設，和同桌同學討論高莖豌豆與矮莖豌豆雜交實驗的分析圖解 我們還可以通過模擬實驗，來體驗孟德爾的假說。實驗:性

10、狀分離比的模擬本實驗用甲、乙兩個小桶分別代表雌、雄生殖器官，甲、乙小桶內的彩球分別代表雌、 雄配子，用不同彩球的隨機組合，模擬生物在生殖過程中，雌雄配子的隨機結合。建議兩人 一組合作完成。目的要求通過模擬實驗，認識和理解遺傳因子的分離和配子的隨機結合與性狀之間的數(shù)量關系， 體驗孟德爾的假說。材料用具小桶2個，分別標記甲、乙；兩種不同顏色的彩球各 20個，一種彩球標記D,另一種彩 球標記d;記錄用的紙和筆。甲乙(極取-央情況之一)方法步驟(1)在甲、乙兩個小桶中放入兩種彩球各 10個。(2)搖動兩個小桶，使小桶內的彩球充分混合。(3)分別從兩個桶內隨機抓取一個小球，組合在一起，記下兩個彩球的字母

11、組合。(4)將抓取的彩球放回原來的小桶內，搖勻，按步驟(3)重復做50100次。結果與結論1 .統(tǒng)計實驗結果：彩球組合有幾種？每種組合的數(shù)量是多少？計算彩球組合類型之間 的數(shù)量比。設計表格，記錄實驗結果。2 .統(tǒng)計全班的實驗結果，求平均值。計算小球組合類型之間的數(shù)量比。3 .兩個彩球的組合代表什么？4 . 結論：討論1 .將每個小組的實驗結果與全班總的實驗結果作比較，你有什么發(fā)現(xiàn)？如果孟德爾當時 只統(tǒng)計10株豌豆雜交的結果，他還能正確地解釋性狀分離現(xiàn)象嗎？2 .將模擬實驗的結果與孟德爾的雜交實驗結果相比較，你認為孟德爾的假說是否合理？對分離現(xiàn)象解釋的驗證孟德爾的假說合理地解釋了豌豆一對相對性狀

12、雜交實驗中出現(xiàn)的性狀分離現(xiàn)象。但是 種正確的假說，僅能解釋已有的實驗結果是不夠的，還應該能夠預測另一些實驗結果。假說一演繹法 在觀察和分析基礎上提出問題以后，通過推理和想像提出解釋問題的假說，根據(jù)假說進行演繹推理，再通過實驗檢驗演繹推理的結論。如果實驗結果與預期結論相 符，就證明假說是正確的，反之，則說明假說是錯誤的。這是現(xiàn)代科學研究中常用的一種科 學方法，叫做假說一演繹法。想一想，這種方法與傳統(tǒng)的歸納法有什么不同?孟德爾巧妙地設計了測交（testcross ）實驗,讓Fi與隱性純合子雜交。假設孟德爾的假 說是正確的，請你預測測交實驗的結果。孟德爾用雜種子一代高莖豌豆（DcD與隱性純合子矮莖豌

13、豆（dd）雜交，在得到的64株 后代中，30株是高莖，34株是矮莖，這兩種性狀的分離比接近 1 ： 1 （圖1-6）。孟德爾所做 的測交實驗的結果驗證了他的假說。小種一代全片粘合子玲莖握筆： i551-6 一對相對性狀測史實騙的分析圖解分離定律孟德爾一對相對性狀的實驗結果及其解釋，后人把它歸納為孟德爾第一定律，又稱分離定 律（law of segregation ）：在生物的體細胞中，控制同一性狀的遺傳因子成對存在，不相 融合；在形成配子時，成對的遺傳因子發(fā)生分離，分離后的遺傳因子分別進入不同的配子中， 隨配子遺傳給后代。技能訓練：設計實驗程序假設3年后，你正在一個花卉生產(chǎn)基地工作。有一天，你

14、突然發(fā)現(xiàn)一種本來開白花的花 卉，出現(xiàn)了開紫花的植株。你立刻意識到它的觀賞價值，決定培育這種花卉新品種。當你知 道這種花是自花受粉的以后，將這株開紫花的植株的種子種下去，可惜的是在長出的126株新植株中，卻有46株是開白花的，這當然不利于商品化生產(chǎn)。怎樣才能獲得開紫花的純種呢？ 請你寫出解決這一問題的實驗程序，與同學交流，看誰設計的程序更簡捷。練習i、基礎題1.下列性狀中屬于相對性狀的是：A.人的身高與體重；B.兔的長毛與短毛；C.貓的白毛與藍眼；D.棉花的細絨與長絨。答2.人眼的虹膜有褐色的和藍色的，褐色是由顯性遺傳因子控制的，藍色是由隱性遺傳因子控制的。已知一個藍眼男人與一個褐眼女人(這個女

15、人的母親是藍眼)結婚，這對夫婦生 下藍眼女孩的可能性是：A. 1/2 ;B. 1/4 ;C.1/8 ;D.1/6 。答3.水稻的非糯性和糯性是一對相對性狀，非糯性花粉中所含的淀粉為直鏈淀粉，遇碘變 藍黑色，而糯性花粉中所含的是支鏈淀粉，遇碘變橙紅色?，F(xiàn)在用純種的非糯性水稻和糯性 水稻雜交，取F1花粉加碘液染色，在顯微鏡下觀察，半數(shù)花粉呈藍黑色，半數(shù)呈橙紅色。請 回答：(1)花粉出現(xiàn)這種比例的原因是(2)實驗結果驗證了 (3)如果讓F1自交，產(chǎn)生的植株中花粉有 種類型。4.觀察羊的毛色遺傳圖解，據(jù)圖回答問題。(1)毛色的顯性性狀是 ，隱性性狀是(2)白毛羊與白毛羊通過有性生殖產(chǎn)生的后代中出現(xiàn)了黑毛羊，這種現(xiàn)象在遺傳學上稱為 產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因是二、拓展題1 .某農(nóng)場養(yǎng)了一群馬，馬的毛色有栗色和白色兩種。已知栗色和白色分別由遺傳因