经典实验二 遗传规律的发现-教材经典实验知识方法挖掘

经典实验二遗传规律的发现重点探究一：孟德尔的豌豆杂交实验孟德尔的豌豆杂交实验涉及遗传学两大规律，学习孟德尔的豌豆杂交实验时要注意领会孟德尔实验材料的科学性、实验思路设计的巧妙性及实验现象统计分析方法的科学性等。验证相关性状的遗传是否遵循两大遗传规律的三种方法：测交法纯合显性亲本和隐性亲本杂交得F1，将F1与隐性个体杂交，若F2的表现型比例接近1∶1，则遵循基因的分离定律；若F2的表现型比例接近1∶1∶1∶1或其变式，则遵循基因的自由组合定律。自交法纯合显性亲本和隐性亲本杂交得F1，若F1自交后代的表现型比例接近3∶1，则符合基因的分离定律；若F1自交后代的表现型比例接近9∶3∶3∶1或其变式，则遵循基因的自由组合定律。花粉鉴定法玉米、水稻等植物的子粒有糯性（隐性）和非糯性（显性）两种，这是由一对等位基因控制的相对性状。非糯性玉米植株产生的花粉遇碘变蓝黑色，糯性玉米植株的花粉遇碘变橙红色。取杂合子F1的花粉加碘液染色，蓝黑色花粉和橙红色花粉理论上应各占一半，显微镜下可清楚地观察到这种现象，通过统计两种花粉的数量比例，可以验证基因的分离定律。注意：表中涉及的性状均为完全显性性状，等位基因之间互不干扰，且不涉及致死等。典例1下列有关孟德尔豌豆杂交实验的叙述，正确的是（）A.孟德尔研究豌豆花的构造，但无需考虑雌蕊、雄蕊的发育程度B.孟德尔在豌豆开花时进行去雄和授粉，实现亲本的杂交C.孟德尔利用了豌豆自花传粉、闭花受粉的特性D.孟德尔根据亲本中不同个体表现型来判断亲本是否纯合【答案】C【解析】研究花的构造必须研究雌、雄蕊的发育程度，以利于确定去雄和传粉的时期，A错误；中因为豌豆是自花传粉、闭花受粉，为实现亲本杂交，应在开花前先去雄，待成熟时再授粉，B错误；C是正确的，因为豌豆的自花传粉和闭花受粉的特性，保证了自然状态下豌豆是纯合子，用豌豆做杂交实验，结果可靠，且易于分析；孟德尔不是根据亲本中不同个体表现型来判断亲本是否纯合，D错误。典例2孟德尔通过豌豆两对相对性状的杂交实验，发现了遗传因子的自由组合定律。关于实验的操作和分析，下列叙述错误的是（）A.对杂交实验中的母本去雄套袋，待雌蕊成熟后进行人工授粉B.F1产生4种类型的配子且比例相等，体现了自由组合定律的实质C.受精过程中，F1产生的不同基因型的雌、雄配子随机结合属于基因重组D.孟德尔演绎推理的测交结果会出现4种表现型且分离比为1∶1∶1∶1【答案】C【解析】对杂交亲本的母本去雄并套袋，待雌蕊成熟后进行人工授粉，A正确；F1产生的四种配子比例相等，体现了自由组合定律的实质，B正确；B产生的蘸、雄配子通过减数分裂实现了基因重组。C错误；孟德尔演绎推理的测交结果会出现四种表现型且分离比为1∶1∶1∶1，D正确。典例2玉米花色有紫花和白花两种类型。玉米在自然条件下既可以自交也可以杂交。请回答下列问题：组合亲本表型F1的表型和植株数目紫花白花一紫花×白花405411二紫花×白花8070三紫花×紫花1240413（1）如表是玉米花色的遗传实验结果，根据组合________________能判断出花色的显隐性。（2）组合一的交配类型是_____________，亲本紫花是____________（填“纯合体”或“杂合体”）。（3）组合一中F1自由交配得F2，F2的紫花个体中能稳定遗传的个体所占比例为____________。（4）现有组合三中F1的紫花个体若干，请设计实验方案判定F1的紫花个体是否能稳定遗传，写出实验方案及结果和结论。实验方案：___________________________________________________________。结果和结论：_________________________________________________________。【答案】（1）二或三（2）测交杂合体（3）1/7（4）紫花个体自交（和白花个体测交），统计子代的表现型及比例若子代全为紫花，则紫花个体能稳定遗传若子代出现性状分离（出现紫花和白花），则紫花个体不能稳定遗传【解析】组合一亲本紫花是杂合体，白花是隐性纯合体，设基因型为Aa×aa，则F1为Aa∶aa＝1∶1，F1自由交配，F1产生的配子为A∶a＝1∶3，根据遗传平衡定律，则F2为AA∶Aa∶aa＝1∶6∶9，则紫花个体中AA∶Aa＝1∶6，能稳定遗传的个体为1/7。判断植物个体是否能稳定遗传的方法是自交或测交，根据基因的分离定律，若自交发生性状分离，则为杂合体，不发生性状分离，则为纯合体;测交后代只有一种性状，则为纯合体，出现两种性状，则为杂合体。归纳总结1.孟德尔杂交实验中的几个关键操作（1）去雄。在作物杂交育种和杂种优势利用中，为了配制杂交种，用一定的方法去掉母本雄蕊的方法，称为去雄。此操作仅限于两性花的植物，如豌豆花需要在花蕾未成熟时去雄。（2）套袋。豌豆杂交实验有两次套袋，一是去雄后套袋，二是人工授粉后套袋。若用雌雄异株的植物进行杂交实验，则应先在花蕾期给雌花套袋，再在开花期人工授粉后再套袋。（3）人工授粉。孟德尔在做杂交实验时，对去雄母本进行了人工授粉。人工授粉是指用人工方法把植物花粉传送到柱头上以提高坐果率的技术措施，是有目的地选择亲本进行植物杂交的必要手段。2.符合孟德尔透传规律描述关系的遗传因子（同源染色体上的等位基因、非同源染色体上的非等位基因）在形成配子时一定遵循孟德尔遗传规律，但后代不一定会出现“孟德尔比”，如本题中涉及基因互作，杂交组合①②的F1（AaBb）自交，子代的性状分离比为15：1，而不是9：3：3：1；奈交组合③的F1（AaBb）测交，后代表现型比例为3：1，而不是1：1：1：1。重点探究二：摩尔根的果蝇杂交实验摩尔根的果蝇眼色测交实验：摩尔根的测交实验包括以下两种亲本组合（设控制果蝇红眼、白眼的基因分别用W，w表示）。组合1：让F1中的红眼雌果蝇与白眼雄果蝇交配；组合2：让野生型（纯合）红眼雄果蝇与白眼雌果蝇交配。在组合1中，若白眼基因只存在于X染色体上，Y染色体上没有它的等位基因，则：F1中的红眼雌果蝇（XWXw）×白眼雄果蝇（XwY）↓子代基因型XWXwXwXwXWYXwY表型红眼雌果蝇白眼雌果蝇红眼雄果蝇白眼雄果蝇比例1∶1∶1∶1在组合2中，若白眼基因只存在于X染色体上，Y染色体上没有它的等位基因，则：野生型红眼雄果蝇（XWY）×白眼雌果蝇（XwXw）↓子代基因型XWXwXwY表型红眼雌果蝇白眼雄果蝇比例1∶1特别说明：上述测交实验中，组合1不能排除控制果蝇眼色的基因位于常染色体上或位于X，Y染色体的同源区段上的可能性，组合2能证明控制果蝇眼色的基因仅位于X染色体上，Y染色体上没有它的等位基因。典例1摩尔根果蝇杂交实验中，F2只有雄性果蝇出现白眼性状，因而提出假设：控制白眼性状的基因位于X染色体上，呈隐性。下列证明这一假设的最关键实验是（）选F1红眼雌果蝇与白眼雄果蝇回交 B.选F2红眼雌果蝇与白眼雄果蝇做单对交配C.选白眼雌果蝇与红眼雄果蝇杂交 D.选白眼雌果蝇与白眼雄果蝇杂交【答案】C【解析】由于亲本白眼雄果蝇完成一次杂交后已经死亡，因此不能用F1红眼雌果蝇与白眼雄果蝇回交，A错误；由于F2红眼雌果蝇与白眼雄果蝇做单对交配，不论控制白眼性状的基因在常染色体上还是X染色体上，其表现型都相同，因此无法证明控制白眼性状的基因一定位于X染色体上，B错误；选白眼雌果蝇与红眼雄果蝇杂交，若控制白眼性状的基因位于X染色体上，则后代白眼为雄性红眼为雌性；若控制白眼性状的基因位于常染色体上，则后代雌雄既有红眼也有白眼，因此可以证明“控制白眼性状的基因位于X染色体上，呈隐性”的假说，C正确；白眼雌果蝇与白眼雄果蝇杂交，论控制白眼性状的基因在常染色体上还是X染色体上，其表现型都是白眼，因此无法证明控制白眼性状的基因一定位于X染色体上，D错误。典例2如图所示为果蝇某一条染色体上的几种基因，下列叙述正确的是（）A.染色体上的片段即为基因B.控制截翅与短硬毛的基因在遗传时遵循自由组合定律C.基因在染色体上呈线性排列D.控制白眼和深红眼的基因是一对等位基因【答案】C【解析】基因是有遗传效应的DNA片段，所以不是染色体上所有的片段都是基因，A错误；控制截翅与短硬毛的基因在一条染色体上，不遵循自由组合定律，B错误；基因在染色体上呈线性排列，C正确；等位基因位于同源染色体上相同的位置，D错误。归纳总结摩尔根的果蝇杂交实验验证了基因与染色体的关系，由于设计性别，因此在进行F1果蝇测交时需要注意F1果蝇的基因型及性别。重点探究三：假说—演绎法假说—演绎法是重要的科学方法，孟德尔的两大遗传规律的发现过程和摩尔根的实验都运用了假说—演绎法。1.孟德尔一对相对性状的杂交实验中假说—演绎法的“四步”第一步依据现象提出问题具有一对相对性状的亲本杂交，F1为何表现一致，F1自交子代为何呈现3∶1的性状分离比第二步提出假说解释问题生物的性状由遗传因子决定；遗传因子在体细胞中成对存在；产生配子时，成对的遗传因子彼此分离，分别进入不同的配子中，配子中只含每对遗传因子中的一个；受精时，雌雄配子的结合具有随机性第三步演绎推理作出预测让F1植株与矮茎豌豆植株杂交，预期子代中高茎植株与矮茎植株的比例为1∶1第四步实验验证得出结论测交后代中高茎植株与矮茎植株的比例为30∶34，接近1∶1——与预期相符，则“假说”正确2.运用假说—演绎法解决生物试题典例某研究小组对茉莉的花色（红花E、白花e）和叶形（尖叶F、圆叶f）这两种性状进行了相关实验，已知该花的性别决定方式为XY，为探究其遗传特性，具体统计如下表：P（正反交）F1F2纯合红花尖叶×纯合白花原叶粉红花尖叶红花尖叶︰粉红花尖叶︰白花圆叶＝1︰2︰1请回答下列问题：（1）上述两对等位基因_____________________（填“位于”或“不位于”）性染色体上，判断依据是_________________________________________________。（2）为解释上述杂交结果，从基因与染色体的关系方面可假定_______________，这样就可以合理地解释F2性状分离比出现的原因。如果假设成立，不考虑交叉互换的情况，F1的个体能产生_______________________种类型的配子，F2共有__________________________种基因型。（3）为验证以上假设，可选择_________________________进行杂交，观察并统计交配后代的表现型及比例。若后代的表现型及比例为_____________________，则假设成立。【答案】（1）不位于亲本个体正反交后，子一代均为粉红花尖叶个体，没有性别差异基因E与基因F位于一条染色体上，基因e与基因f位于另一条同源染色体上23F2中白花圆叶个体与F1粉红花尖叶个体粉红花尖叶︰白花圆叶＝1︰1【解析】（1）根据题意可知，纯合双亲正反交结果F1全为粉红花尖叶个体，说明子代的表现型与性别无关，为常染色体遗传，即两对基因都不位于性染色体上。（2）若基因E、e和F、f位于两对同源染色体上，则F1（EeFf）随机交配，F2的基因型为EEF_、EEff、EeF_、Eeff、eeff、eeF_，表现型有6种，不符合题意；若基因E、e和F、f位于一对同源染色体上，且基因E与F连锁在一条染色体上，基因e和f连锁在另一条染色体上，则F1（EeFf）随机交配，F2的基因型及比例为EEFF∶EeFf∶eeff＝1∶2∶1，表现型及比例为红花尖叶∶粉红花尖叶∶白花圆叶＝1∶2∶1，符合题意；若基因E、e和F、f位于一对同源染色体上，且基因E与f连锁在一条染色体上，基因e和F连锁在另一条染色体上，则后代为红花圆叶∶粉红花尖叶∶白花尖叶＝1∶2∶1，不符合题意。如果基因E与F连锁在一条染色体上，基因e和f连锁在另一条染色体上的假设成立，F1的个体能产生2种类型的配子，即EF、ef，F2共有3种基因型，即EEFF、EeFf、eeff。（3）验证假设常用测交的方法，即让F1与双隐性个体测交。需要从F2中选取表现型为白花圆叶的个体（双隐性个体）与F1（粉红花尖叶个体）交配，若测交子代的基因型为EeFf、eeff，表现型及比例为粉红花尖叶∶白花圆叶＝1∶1，则假设成立。方法应用：如本题判断基因在染色体上的位置时，就常用假说—演绎法进行判断。其基本思路如下：提出假说假设1：仅有一对等位基因位于性染色体上或两对等位基因都位于性染色体上。假设2：两对等位基因分别位于两对常染色体上。假设3：两对等位基因位于一对常染色体上，且基因E.F位于一条染色体上，基因e、f位于另一条同源染色体上。假设4：两对等位基因位于一对常染色体上，且基因E.f位干一条染色体上，基因e、F位于另一条同源染色体上。演绎推理如本题第（1）（2）小问解析。实验验证，得出结论本题第（3）小问设计了实验验证环节，验证假说的正确性。结论另外，对干探究性实验，当需要预期可能的实验现集、结论时，也常常运用假—演绎法。即分别根据可能的结论作出相应的各种假设，然后根据这些假设推理可能对应的实验现象。答题时常用叙述形式：“若……（现象），则……（结论）”。典例假说—演绎法是科学研究中常用的方法，包括“提出问题、做出假说、演绎推理、实验验证、得出结论”五个基本环节，利用该方法，孟德尔发现了两大遗传定律。下列关于孟德尔研究过程的分析，错误的是（）A.提出问题是建立在纯合亲本杂交和F1自交的遗传实验基础上的B.“一对相对性状遗传实验中F2出现3：1性状分离比”属于假说的内容C.为了验证作出的假说是否正确，孟德尔设计并完成了测交实验D.“若F1（Aa）与aa杂交，能产生两种子代，且显性：隐性＝1∶1”属于演绎推理内容【答案】B【解析】“一对相对性状遗传实验中F2出现3∶1性状分离比”是孟德尔进行一对相对性状的杂交实验得出的结果，不属于假说的内容，B错误。归纳总结注意孟德尔杂交实验中假说一演绎法的误区以一对等位基因为例：（1）演绎≠测交实验。在孟德尔一对相对性状杂交实验中，“演绎”指利用假说预期测交实验的结果，属于理论推导过程，即“想”测交实验的结果。测交实验则是让F1与隐性纯合子杂交，进行实验验证，属于实践过程，即“做”测交实验。（2）遗传因子≠基因。由于孟德尔做杂交实验时还未有基因的概念，在孟德尔提出的假说中，生物的性状是由遗传因子决定的；形成配子时，成对的遗传因子彼此分离。因此，在分析孟德尔一对相对性状杂交实验中，应使用“遗传因子”而不是“基因”。（3）数量相等的配子≠雌雄配子数量相等。孟德尔提出的假说中，F1（假设遗传因子为Dd)形成配子时，成对的遗传因子彼此分离，产生数量相等的两种配子，是指F1雌雄个体中分别产生两种数量相等的配子，即雌配子中D：d=1：1，雄配子中D：d=1：1，而不是雌雄配子数量相等，实际上雌雄配子的数量一般不同。跟踪练习1.下列有关以玉米为材料进行人工杂交实验的叙述，错误的是()A.进行杂交时，母本植株不需人工去雄操作B.等位基因在形成配子时分离C.花粉落在同一植株的雌花柱头不属于自交D.自然状态下玉米可以自交或杂交2.图表示孟德尔杂交实验操作过程，下列叙述正确的是()A.②操作后要对b套上纸袋 B.①和②的操作不能同时进行C.a为父本，b为母本 D.①和②是在花开后进行的3.和孟德尔同时代的一些科学家利用某些植物做一些性状的杂交实验时没有得出3：1和9：3：3：1的数量比，下列推测可能的原因中错误的是()A.选取的植物材料会进行无性生殖B.实验时父本采集完花粉后进行去雄套袋处理C.所研究的某性状受细胞质基因控制D.所研究的某一性状受两对位于非同源染色体的非等位基因控制4.如图所示为果蝇某一条染色体上的几种基因，下列叙述正确的是()A.染色体上的片段即为基因B.控制截翅与短硬毛的基因在遗传时遵循自由组合定律C.基因在染色体上呈线性排列D.控制白眼和深红眼的基因是一对等位基因5.孟德尔说“任何实验的价值和效用，决定于所使用材料对于实验目的的适合性”。下列关于遗传学实验材料选择的说法不正确的是()A.豌豆在自然状态下是纯种且有易于区分的相对性状，是用来研究遗传规律的理想材料B.与大型哺乳动物相比，选择果蝇作为遗传实验的材料的优点之一是果蝇的后代数量多，便于统计学分析C.蜜蜂的雄蜂比雌蜂更适合用来观察减数分裂的过程D.孟德尔对杂交实验的研究中选择山柳菊失败的主要原因是山柳菊没有易区分的相对性状及花小难以杂交实验等6.摩尔根果蝇杂交实验中，F2只有雄性果蝇出现白眼性状，因而提出假设：控制白眼性状的基因位于X染色体上，呈隐性。下列证明这一假设的最关键实验是()A.选F1红眼雌果蝇与白眼雄果蝇回交 B.选F2红眼雌果蝇与白眼雄果蝇做单对交配C.选白眼雌果蝇与红眼雄果蝇杂交 D.选白眼雌果蝇与白眼雄果蝇杂交7.孟德尔的整个实验工作中贯彻了从简单到复杂的原则，科学地进行了统计，运用合理的假设解释相关的现象，最终得出了正确的解释。下列相关叙述错误的是()A.孟德尔选用的实验材料豌豆具有花未开放就完成受粉的优点B.孟德尔的遗传学研究是从一对相对性状再到多对相对性状C.孟德尔的基因自由组合定律仅发生在合子形成的过程中D.孟德尔设计的测交实验可用于检测F1产生配子的种类和比例8.孟德尔在探索遗传规律时，运用了“假说-演绎法”，下列相关叙述正确的是()A.遗传因子成对出现，雌、雄配子数量相等属于作出假设B.用假设内容推导F1自交后代类型及其比例属于演绎推理C.把演绎推理的结果用测交实验来检验属于实验验证D.孟德尔用“假说—演绎法”揭示了基因分离定律的实质9.假说—演绎法是科学研究中常用的方法，包括“提出问题、做出假说、演绎推理、实验验证、得出结论”五个基本环节，利用该方法，孟德尔发现了两大遗传定律。下列关于孟德尔研究过程的分析，错误的是()A.提出问题是建立在纯合亲本杂交和F1自交的遗传实验基础上的B.“一对相对性状遗传实验中F2出现3：1性状分离比”属于假说的内容C.为了验证作出的假说是否正确，孟德尔设计并完成了测交实验D.“若F1(Aa)与aa杂交，能产生两种子代，且显性：隐性=1：1”属于演绎推理内容10.“假说—演绎法”是现代科学研究中常用的方法，包括“提出问题→作出假设→演绎推理→实验检验→得出结论”五个基本环节。孟德尔发现基因分离定律和自由组合定律的过程是“假说―演绎法”的充分体现。请利用假说—演绎法完成下列问题的研究。【实验背景】己知玉米籽粒的甜与非甜是一对相对性状。某研究小组做了以下杂交实验:实验1:非甜玉米×甜玉米→F1非甜玉米(997);实验2:F1非甜玉米×F1非甜玉米→F2非甜玉米(1511)、甜玉米(508)。【提出问题】为什么F1全为非甜玉米，而子代中却出现了非甜玉米:甜玉米=3:1的性状分离比?【提出假说】(1)玉米的非甜籽粒与甜籽粒性状受一对等位基因T和t控制;体细胞中基因是成对存在的。实验Ⅰ中亲本非甜玉米亲本的基因型是_______，甜玉米亲本的基因型是______﹔在产生配子时，______，于是配子中只含有每对基因中的一个;受精时，雌雄配子的结合是随机的。【演绎推理】(2)演绎推理过程依据的最核心的内容是杂合子F1,形成配子时,产生了①_____(从种类、数量方面回答)。请设计实验检验核心内容是否正确，并预期实验现象。(用遗传图解表示)遗传图解:②_______________，预期实验现象:③___________________。【实验验证】实验3:Fl非甜玉米×甜玉米→非甜玉米(497)、甜玉米(502)。【得出结论】(3)实验结果与实验预期_____________(填“相符”、“不相符”)，证明了上述假说正确。

答案以及解析1.答案：C解析：玉米为雌雄同株异花植物，进行杂交时，母本植株不需人工去雄操作，A正确；玉米在形成配子的过程中，等位基因会分离，分别进入不同配子中，B正确；广义上遗传因子组成相同的个体杂交均属于自交，狭义上一棵植株的雌、雄蕊之间传粉称自交，C错误；玉米是雌雄同株异花的植物，在正常情况下，玉米可以进行自花传粉和异花传粉，即可以进行自交或杂交，D正确。2.答案：B解析：A、②操作后要对a套上纸袋，A错误；B、①为去雄，应该在开花前（花蕾期）进行，②为传粉，应该在开花后进行，因此①和②的操作不能同时进行，B正确；C、a进行了去雄处理，应该为父本，b提供花粉，应该为母本，C错误；D、①为去雄，应该在开花前（花蕾期）进行，D错误。故选：B。3.答案：B解析：A、选取的植物材料会进行无性生殖，有时进行有性生殖，有时进行无性生殖，会导致杂交实验时没有得出3：1和9：3：3：1的数量比，A正确；B、实验时父本采集完花粉后进行去雄套袋处理，对实验没有影响，B错误；C、研究的某性状受细胞质基因控制，细胞质基因不遵循分离定律和自由组合定律，故会导致杂交实验时没有得出3：1和9：3：3：1的数量比，C正确；D、所研究的某一性状受两对位于非同源染色体的非等位基因控制，一对基因的表达受到另一对基因的影响，则会导致杂交实验时没有得出3：1和9：3：3：1的数量比，D正确。4.答案：C解析：A、基因是有遗传效应的DNA片段，所以不是染色体上所有的片段都是基因，A错误；B、控制截翅与短硬毛的基因在一条染色体上，不遵循自由组合定律，B错误；C、基因在染色体上呈线性排列，C正确；D、等位基因位于同源染色体上相同的位置，D错误。故选C。5.答案：C解析：蜜蜂的雄蜂比较特殊,是单倍体,产生配子时,观察不到同源染色体的分离,因此不适合用来观察减数分裂的过程,C项错误。6.答案：C解析：A、由于亲本白眼雄果蝇完成一次杂交后已经死亡，因此不能用F1红眼雌果蝇与白眼雄果蝇回交，A错误；B、由于F2红眼雌果蝇与白眼雄果蝇做单对交配，不论控制白眼性状的基因在常染色体上还是X染色体上，其表现型都相同，因此无法证明控制白眼性状的基因一定位于X染色体上，B错误；C、选白眼雌果蝇与红眼雄果蝇杂交，若控制白眼性状的基因位于X染色体上，则后代白眼为雄性红眼为雌性；若控制白眼性状的基因位于常染色体上，则后代雌雄