《自由组合定律》教案

1/9第二节基因的自由组合定律【学习目的】1.理解孟德尔两对相对性状的遗传实验2.理解基因自由组合定律的实质3.能区分相关遗传概念【教学重点】1、对自由组合现象的解释2、基因的自由组合定律的实质3、孟德尔获得成功的原因【教学难点】对自由组合现象的解释【教学用具】豌豆粒色遗传和粒形遗传的杂交示意图、两对相对性状杂交实验分析图解，两对相对性状测交实验图【教学方法】讲授法、讨论法【教学过程】上一节课我们学习了基因的分离定律。下面我们来复习一下：1、基因分离定律的实质是什么？（基因分离定律是：在杂合子的细胞中，位于一对同源染色体上的等位基因，具有一定的独立性，生物体在进行减数分裂形成配子时，等位基因会随着同源染色体的分开而分离，分别进入两个配子中，独立地随配子遗传给后代）2、分析孟德尔的另外两个一对相对性状的遗传实验①豌豆粒色实验②豌豆粒形实验P黄色X绿色P圆形X皱形↓↓F1黄色F1圆形F2F2（①F1黄色豌豆自交产生两种表现型：黄色和绿色，比例为：3∶1；②F1圆形豌豆自交产生F2有两种类型：圆粒和皱粒，比例为3∶1）2/9这节课我们在学习了基因的分离定律的基础上，来学习基因的自由组合定律。首先我们来了解孟德尔的两对相对性状的遗传实验。（一）两对相对性状的遗传实验孟德尔的基因分离定律是在完成了对豌豆的一对相对性状的研究后得出的。那么，豌豆的相对性状很多，如果同一植株有两对或两对以上的纯合亲本性状，如：豌豆的黄色相对于绿色为显性性状，圆粒相对于皱粒为显性性状。我们将同时具有黄色、圆粒两种性状的纯亲本植株和具有绿色、皱粒两种性状的纯亲本植株放到一起来研究它们杂交情况的话，会出现什么样的现象呢？它是否还符合基因的分离规律呢？于是，孟德尔就又做了一个有趣的实验，实验的过程是这样的。1、纯种黄色圆粒豌豆和纯种绿色皱粒豌豆的杂交实验P黄色圆粒×绿色皱粒↓F1黄色圆粒↓F２黄色圆粒∶绿色圆粒∶黄色皱粒∶绿色皱粒315粒∶108粒∶101粒∶32粒9∶3∶3∶1孟德尔选用了豌豆的粒色和粒形这样两个性状来进行杂交，即纯种黄色圆粒豌豆和纯种绿色皱粒豌豆做亲本进行杂交。无论是正交还是反交，结出的种子都是黄色圆粒的。以后，孟德尔又让F１植株进行自交。产生的F2中，不仅出现了亲代原有的性状——黄色圆粒和绿色皱粒，还产生了新组合的性状——绿色圆粒和黄色皱粒。在所结的556粒种子中，有黄色圆粒的315粒、绿色圆粒的108粒、黄色皱粒的101粒、绿色皱粒32粒。四种表现型的数量比接近9∶3∶3∶1。2、两对相对性状的遗传实验的主要特点（1）F１均为黄色圆粒，为显性性状；（2）F2有四种表现型，这四种表现型的数量比接近9∶3∶3∶1；（3）F2中的绿色圆粒和黄色皱粒是不同相对性状间的重组新类型；（4）正交和反交的结果相同。（二）对自由组合现象的解释为什么会出现以上这样的结果呢？这一实验结果又是否符合基因的分离定3/9律呢？我们首先从一对性状（粒色、粒形）入手，看看实验结果是否符合基因的分离定律。1、每一对相对性状的遗传都符合基因的分离定律粒色：黄色315＋101＝416绿色108＋32＝140黄色∶绿色=416∶140，接近于3∶1粒形：圆粒315＋108＝423皱粒101＋32＝133圆粒∶皱粒=423∶133，接近于3∶1由此可见，从一对相对性状的角度去衡量这一实验是符合基因的分离定律的。2、两对相对性状的分离是各自独立的两对相对性状在共同的遗传过程中性状分离和等位基因的分离是互不干扰、各自独立的，是随机的。那么，新组合的性状又是如何产生的呢？通过对上述遗传实验的分析，在F2不仅出现了与亲本性状相同的后代，而且出现了两个新组合的性状即黄色皱粒和绿色圆粒，并且这两对相对性状的分离比接近3∶1。这表明在F１形成配子后，配子在组合上发生了自由配对的现象。3、不同对的相对性状之间自由组合由于一对性状的分离是随机的、独立的，那么，两对性状在遗传的过程中必然会发生随机组合。如果我们利用概率计算的原理进行计算，能得到怎样的结果呢？从实验结果来看，在F2中：粒色：黄色：3/4粒形：圆形：3/4绿色：1/4皱形：1/4也就是说，在3/4的黄色种子中，应该有3/4是圆粒的，1/4是皱粒的；在1/4的绿色种子中，应该有3/4是圆粒的，1/4是皱粒的。反过来也一样，即在3/4的圆粒种子中，应该有3/4是黄色的，有1/4是绿色的；在1/4的皱粒种子中，应该有3/4是黄色；1/4是绿色。4/9因此，两对性状结合起来，在556粒种子中应出现的性状及比例为黄色圆粒：3／4*3／4＝9／16556*9／16＝313黄色皱粒：3／4*l／4＝3／16556*3／16＝104绿色圆粒：1／4*3／4＝3／16556*3／16＝104绿色皱粒：1／4*l／4＝1／16556*l／16＝34杂交实验的结果也正是如此。在556粒种子中，黄色圆粒315粒，黄色皱粒101粒，绿色圆粒108粒，绿色皱粒32粒，正好接近：9／16：3／16：3／16：1／16，即：9∶3∶3∶1。孟德尔对上述的自由组合现象是怎样解释的呢？请同学们看课本P31以上数据表明……至P32第二自然段结束。4、孟德尔对自由组合现象进行了解释孟德尔对自由组合现象进行了解释，其要点是：（1）豌豆的粒色和粒形分别由一对遗传因子（等位基因）控制，即黄色和绿色分别由遗传因子（等位基因）Y和y控制；圆粒和皱粒分别由遗传因子（等位基因）R和r控制。由于子一代表现为黄色圆粒，说明亲本中黄色相对于绿色为显性性状，圆粒相对于皱粒为显性性状。这样，两个亲本中，纯种黄色圆粒的遗传因子组成（基因型）为YYRR；纯种绿色皱粒的遗传因子组成（基因型）为yyrr。（2）形成配子时，两个亲本YYRR产生的配子为YR，yyrr产生的配子为yr。（3）受精后，F１的遗传因子组成（基因型）为YyRr，其表现型为黄色圆粒。（4）F１形成配子时，每对遗传因子（等位基因）表现为分离。与此同时，在不同对的遗传因子（非等位基因）之间表现为随机自由结合，而且是彼此独立、互不干扰的。这样，F１产生的雌雄配子各有4种，即YR、Yr、yR、yr，其比例为1∶l∶l∶1。关于杂种F１产生配子的种类和比例是发生基因自由组合的根本原因，也是这节课的难点。现在我们一起来分析F１产生配子的过程。杂种F１（YyRr）在减数分裂形成配子时，等位基因Y和y、R和r会随着同源染色体的分离进入不同的配子，而不同对的等位基因之间随机组合在同一配子中。F１基因型→等位基因分离→非等位基因之间自由组合→YRYryRyr1∶1∶1∶15/9由于Y与R和r组合的几率相同，R与Y和y组合的几率也相同，所以4种配子的数量相同。（5）杂种F１形成配子后，受精作用时雌雄配子的结合是随机的，即各种类型的雌雄配子的结合机会均等。因此，F１的配子的结合方式有16种，其中有9种基因型、4种表现型，表现型数量比接近于9∶3∶3∶1。5、黄色圆粒豌豆和绿色皱粒豌豆杂交实验孟德尔在完成了对豌豆一对相对性状的研究以后，没有满足已经取得的成绩，而是进一步探索两对相对性状的遗传规律，揭示出了遗传的第二个规律—基因的自由组合定律。在揭示这一规律时，他不仅很准确地把握住了两对相对性状的显隐性特点，进行了杂交实验；并在产生F１后，对F１进行自交，分析出因为在（减数分裂）形成配子时，各产生了4种雌雄配子。由于雌雄配子的自由组合，才在F２中出现了新组合性状这一规律。（三）对自由组合现象解释的验证——测交实验1、目的选用双隐性的植株与F1杂交，测出F1的基因型，从而验证自由组合现象解释的正确性。2、理论分析根据孟德尔的解释，F1应产生4种配子YR、Yr、yR和yr，并且其比例为1∶1∶1∶1；双隐性个体只产生一种隐性（yr）配子。所以测交结果应该产生4种类型的后代，即黄色圆粒、绿色圆粒、黄色皱粒和绿色皱粒，并且4种表现型的数量比应为1∶1∶l∶1。3、杂交实验杂种子一代隐性纯合YyRryyrr↓↓YRYryRyryr↓YyRrYyrryyRryyrrF1作母本31272626F1作父本242225266/91∶1∶1∶1测交的结果是产生了4种后代，即黄色圆粒、绿色圆粒、绿色皱粒和黄色皱粒，并且它们数量基本相同。4种表现型的数量比接近1∶1∶l∶1。4、结论测交时无论是正交还是反交，实验与分析相符，验证了对自由组合现象的解释是正确的。并且证明了F1的基因型为YyRr，既能产生4种雄配子，又能产生4种雌配子，从而证实了F1在形成配子时，不同对等位基因是自由组合的。（四）基因自由组合定律的实质孟德尔的杂交实验从实践的角度论证了自由组合定律的存在和规律。现在，我们从现代遗传学的角度去解释这一规律。1、基因自由组合定律的实质基因自由组合定律的实质是：位于非同源染色体上的非等位基因的分离或组合是互不干扰的。在细胞减数分裂形成配子的过程中，同源染色体上的等位基因彼此分离的同时，非同源染色体上的非等位基因自由组合。2、细胞学基础发生在减数第一次分裂的后期3、核心内容同源染色体上的等位基因彼此分离的同时，非同源染色体上的非等位基因自由组合。请同学们思考：（1）孟德尔所说的两对基因是指什么？（位于1、2号同源染色体上的Y和y及位于3、4号的另一对同源染色体上的R和r）（2）1号染色体上的Y基因的非等位基因是那些基因？（3、4号染色体上的R和r）（3）非同源染色体上的非等位基因在形成配于时的结合方式是什么？（自由组合）（4）这种非同源染色体上的非等位基因自由组合发生在哪一过程中？（发生在细胞减数分裂形成配子时）（5）基因自由组合定律的实质是什么？7/9（位于非同源染色体上的非等位基因的分离或组合是互不干扰的。在细胞减数分裂形成配子的过程中，同源染色体上的等位基因彼此分离的同时，非同源染色体上的非等位基因自由组合）（五）基因自由组合定律在实践中的应用1、在育种中的应用使不同亲本的优良性状的基因组合到一个个体内，创造出优良品种基因的自由组合定律为我们的动、植物育种和医学实践开阔了广阔的前景，人类可以根据自己的需求，不断改良动植物品种，为人类造福。例如：水稻中，有芒（A）对无芒（a）是显性，抗病（R）对不抗病（r）是显性。其中，无芒和抗病是人们需要的优良性状。现有两个水稻品种，一个品种无芒、不抗病，另一个品种有芒、抗病。请你想办法培育出一个无芒、抗病的新品种。根据自由组合定律，这样的品种占总数的3／16。我们得到的这种具有杂种优势的品种可以代代遗传吗？（不可以，因为其中有2/16的植株是杂合体，它的下一代会出现性状分离）那么，如何能得到可以代代遗传的优势品种？（要想得到可以代代遗传的优势品种，就必须对所得到的无芒、抗病品种进行自交和育种，淘汰不符合要求的植株，最后得到能够稳定遗传的无芒、抗病的类型）2、在医学和优生优育中的应用在现代医学上，我们也常用基因的自由组合规律来分析家族遗传病的发病规律。并且推断出其后代的基因型和表现型以及它们出现的依据。这对于遗传病的预测和诊断以及优生、优育工作都有现实意义。例如：在一个家庭中，父亲是多指患者（由显性致病基因P控制），母亲的表现型正常，他们婚后却生了一个手指正常但先天聋哑的孩子（由隐性致病基因d控制，基因型为dd），其父母的基因型分别是什么？这样的例子在我们日常生活中是经常遇到的，那么，我们一起来分析，双方都未表现出来先天聋哑症状的父母，为什么会生出一个先大聋哑的孩子呢？（首先，先天聋哑一定是遗传病，其父母均未表现出来，说明其父母均是隐性基因的携带者。加之其父亲为多指，可以判定其父亲的基因型为：PpDd；其母亲表现型正常，可以判断其母的基因型为：ppDd）8/9根据上面的分析，其父母可能出现的配子是什么？其子女中可能出现的表现型有几种？（其母亲可能出现的配子类型为：pD、pd，其父亲可能出现的配子类型为PD、Pd、pD、pd。）他们的后代可能出现的表现型有4种：只患多指（基因型为PpDD、PpDd），只患先天聋哑（基因型ppdd），既患多指又患先天聋哑（基因型Ppdd），表现型正常（基因型ppDD，ppDd）由上面的例子可以看出，孟