lpl夏季联赛rng vs we:二　基因的自由组合定律

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第二节　遗传的基本规律
二　基因的自由组合定律
一　知识结构

二　教学目的
1.基因的自由组合定律及其在实践中的应用(C：理解)。
2.孟德尔获得成功的原因(C：理解)。
三　重点和难点
1.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。
2. 教学难点
对自由组合现象的解释。
四　教学建议
《基因自由组合定律》这一小节的教学时间为2课时。其中，第1课时讲授孟德尔的两对相对性状的遗传试验，以及对自由组合现象的解释第2课时讲授对自由组合现象的验证，基因自由组合定律的实质，基因自由组合定律在实践中的应用，以及孟德尔获得成功的原因。
讲授两对相对性状的遗传试验，主要是使学生明确什么是不同性状的自由组合现象，以及性状自由组合与性状分离的联系。教学时首先结合挂图或板书向学生介绍孟德尔用黄色圆粒豌豆和绿色皱粒豌豆交配试验的结果，使学生初步了解F2的表现型及其数量比。然后，让学生通过对每对性状的遗传分析，明确每对性状的遗传方式符合分离定律进而综合分析两对性状的遗传关系，明确F2中黄皱和绿圆为两种亲本性状的重组类型，而黄圆、黄皱、绿圆、绿皱呈9:3:3:1的比率恰是(3:1)2的展开，表明不同性状的组合是自由的，随机的。
讲授孟德尔对自由组合现象的解释时，应当首先向学生阐明孟德尔假定的黄圆和绿皱两种纯种亲本的基因型，以及F1的基因型进而说明孟德尔认为F1形成配子时，各对基因之间的分离或分配是互不干扰的，在配子中则表现为随机组合，并让学生尝试写出F1的配子种类然后让学生以棋盘式整理归纳出F2的基因型和表现型及其数量比。为了进一步检验F2的基因型和表现型及其数量比，还可以介绍孟德尔用F2中两对基因组合方式及比率相乘的方法所得到的结果(如下表)
1YY(黄)  2Yy(黄)  3yy(绿)
1RR
2Rr
31rr
1YYRR  2YyRR  1yyRR
2YYRr  4YyRr  2yyRr
1YYrr  2Yyrr  1yyrr
讲授对自由组合现象的验证时，可以先让学生仿照分离定律的测交验证模式，写出F1黄色圆粒与绿色皱粒豌豆测交试验的遗传图解进而介绍孟德尔分别用F1黄色圆粒作母本和父本测交的试验结果然后启发学生阐明孟德尔设计正交和反交两组试验的道理。
讲授基因自由组合定律的实质时，可以先向学生阐明豌豆体细胞中有7对同源染色体，Y与y位于第1对染色体上，R与r位于第7对最小的染色体上，让学生结合减数分裂中在同源染色体分离的同时，非同源染色体自由组合的关系，理解位于非同源染色体上的非等位基因之间的动态关系，即非等位基因之间分离和重组具有互不干扰性。
讲授基因自由组合定律对杂交育种工作的指导意义时，应首先强调遵循自由组合定律要选择优点多、缺点少，优缺点互补的纯种亲本；然后再结合课文列举的培育无芒、抗病水稻品种的杂交育种过程，让学生预测出现符合育种目标的水稻类型的时机，并说出促使选育植株基因型趋于纯合的具体措施。讲授基因自由组合定律对医学实践的指导意义时，可以让学生独立思考课文中列举的实例，从中领悟到自由组合定律为遗传病的预测和诊断提供了理论上的依据。
五　参考答案
复习题
一、1.(1)1/4，(2)7/16　　2.1/2　　3.CCEe　　4.SsAa和ssAa，1/8。
二、1.D　2.C。
三、1．不是。提示：①任何一个科学的发现，都离不开当时的社会环境和科学技术基础：19世纪中叶，博物学、数学等自然科学有了较大的发展；达尔文的物种起源学说已被人们广泛接受，这使生物学有了突破性的发展；人们已经了解植物的繁殖，要经过传粉和受精过程；显微镜的使用、改进，切片技术和细胞染色技术的应用，使人们了解了细胞的一些特性；当时科学界正积极开展对多种动植物杂交的研究，等等。孟德尔就是在前人艰苦探索的基础上，通过进行多种植物杂交实验，尤其是豌豆杂交实验，揭示了遗传学的基本规律。②正确地选用试验材料，恰当地运用科学方法（如单因子实验法、统计学方法）是孟德尔获得成功的重要原因。
2．RrTt×rrtt
答:RrTt和rrtt杂交，子代基因型和它们的数量比是:1RrTt:1Rrtt:1rrTt:1rrtt。子代表现型和它们的数量比是1紫皮厚壳:1 紫皮薄壳:1 红皮厚壳:1 红皮薄壳。
2.Rrtt×RrTt
答Rrtt×RrTt杂交，子代基因型和它们的数量比是1RRTt : 1RRtt : 2RrTt : 2Rrtt : 1rrTt : 1rrtt。
 
子代表现型和它们的数量比是1紫皮厚壳:1紫皮薄壳:2紫皮厚壳:2紫皮薄壳:1红皮厚壳:1红皮薄壳。
旁栏思考题　用白色扁形果实的南瓜自交，能够培育出只有一种显性性状的南瓜(黄色扁形或白色圆形)出现；只有一种显性性状南瓜的概率是6/16(或3/8)。
具有杂种优势的品种不能代代遗传，因为这类品种的基因型是杂合的，它们的后代必定会出现性状分离和重组，从而产生出新的性状。
推算子女中表现型概率的思考题答案见本小节参考资料“自由组合定律在医学上的应用”条目。
实验讨论题1.提示:对玉米雌穗进行套袋隔离是为了防止其他花粉侵入母本；对雄穗进行套袋隔离是为了保证父本花粉的纯度。袋口朝下是为了防止由于袋口封闭不严造成其他花粉混杂。在袋顶和穗顶之间留出一定的距离是为了防止果穗伸长而顶破纸袋。
六　参考资料
自由组合定律的细胞学基础自由组合定律主要说明分别位于不同对同源染色体的两对或两对以上的等位基因，按照分离定律发生分离时，不同对的等位基因在形成配子过程中是独立分配到配子中去的，每个配子里的不同对的基因又是自由组合起来的。也就是说，一对等位基因与另一对等位基因的分配和组合是互不干扰、各自独立的。这样一个原理在细胞学上可以得到证明。在减数分裂过程中，同源染色体的联会和后来的分开，为基因的分离定律和自由组合定律提供了细胞学上的根据。例如，杂交种有两对位于不同对同源染色体上的等位基因，就能产生四种类型的配子。这是为什么呢因为含有这两对等位基因的两对同源染色体，在减数分裂的第一次分裂的中期，染色体在赤道部位的排列有两种可能性(图6-18)。这样，就会得到下列四种配子:AB、ab、Ab、aB，它们之间的数量比是1:1:1:1。
自由组合定律的普遍性　自由组合定律广泛存在于生物界下，面再举几个例子来说明。
豚鼠的三对性状，短毛相对于长毛为显性性状，卷毛相对于直毛为显性性状，黑毛相对于白毛为显性性状。这三对性状都是各自独立遗传的，在F2中各自都表现为数量之比是3:1。每两对性状的自由组合在F2中都表现为数量之比是9:3:3:1。每三对性状的自由组合在F2中都表现为数量之比是27:9:9:9:3:3:3:1。有人用纯合的短、卷、黑毛豚鼠与纯合的长、直、白毛豚鼠杂交，F１为短、卷、黑毛豚鼠，F2各类型的表现为27短卷黑:9短直黑:9长卷黑:9短卷白:3长卷白:3长直黑:3短直白:1长直白。
大麦的刺芒(芒上有锯齿)与光芒(芒上无锯齿)是一对相对性状，刺芒为显性皮大麦(子粒带壳)与裸大麦(子粒不带壳)是一对相对性状，皮大麦为显性。这两对性状各被一对等位基因控制着。如果用纯合的刺芒皮大麦与光芒裸大麦杂交，F１为刺芒皮大麦，在F2中，9/16为刺芒皮大麦、3/16为刺芒裸大麦、3/16为光芒皮大麦、1/16为光芒裸大麦。
自由组合定律在医学上的应用　临床上一个家系中如果出现两种遗传病的患者，而且是单基因遗传病，那么，在大多数情况下，可以按自由组合定律来分析。
例如，父亲是多指症(由显性基因P控制)患者，母亲外观正常，他们婚后生了一个手指正常但患先天聋哑(由两个纯合隐性基因dd控制)的孩子。分析这两种遗传病在这个家庭中的传递情况。首先根据自由组合定律分析父母的基因型，知道父亲的基因型应该为PpDd，母亲的基因型应该为ppDd，他们的子女患遗传病的情况如图6-19所示。

图6-19两种遗传病的自由组合图解
图6-19表明，单就多指症考虑，他们子女中正常与患者的比是1:1，或者说，他们子女中患多指症的可能性是1/2。单就先天聋哑考虑，他们子女中外观正常者(包括携带者)与患者的比是3:1，或者说，他们子女中患先天聋哑的可能性是1/4。如果这两种病综合考虑，他们子女中患病情况如下:
手指正常但是患先天聋哑的可能性是1/2×1/4=1/8
手指正常并无先天聋哑的可能性是1/2×3/4=3/8
患多指症而无先天聋哑的可能性是1/2×3/4=3/8
患多指症也患先天聋哑的可能性是1/2×1/4=1/8。
由此可见，多指与先天聋哑基因是按自由组合定律传递的。
概率在遗传分析中的应用在对遗传学问题进行分析时，常常采用棋盘法或分枝法，这两种方法的主要依据都是概率中的两个定理cc乘法定理和加法定理。
1.加法定理　当一个事件出现时，另一个事件就被排除，这样的两个事件为互斥事件或交互事件。这种互斥事件出现的概率是它们各自概率的和。例如，肤色正常(A)对白化(a)是显性。一对夫妇的基因型都是Aa，他们的孩子的基因型可能是:AA、Aa、aA、aa，概率都是1/4。然而这些基因型都是互斥事件，一个孩子是AA，就不可能同时又是其他。所以一个孩子表现型正常的概率是1/4(AA)+1/4(Aa)+1/4(aA)=3/4(AA或Aa或aA)。
2.乘法定理　当一个事件的发生不影响另一事件的发生时，这样的两个独立事件同或相继出现的概率是它们各自出现概率的乘积。例如，生男孩和生女孩的概率都分别是1/2，由于第一胎不论生男还是生女都不会影响第二胎所生孩子的性别，因此属于两个独立事件。第一胎生女孩的概率是1/2，第二胎生女孩的概率也是1/2，那么两胎都生女孩的概率是1/2×1/2=1/4。
下面举一个用乘法定理解题的例子。豌豆子粒黄色(Y)对绿色(y)是显性，圆粒(R)对皱粒(r)是显性。控制两对相对性状的非等位基因是按自由组合定律遗传的。如果黄色圆粒豌豆甲(YyRr)和绿色圆粒豌豆乙(yyRr)杂交，问后代出现基因型YyRR的概率是多少
首先分析甲、乙产生配子的种类和概率。根据一对等位基因与另一对等位基因的分离是各自独立的，非等位基因是互不干扰地分配到配子中去的原理，甲产生含有Y和y配子的概率分别是1/2，产生含有R和r配子的概率也分别是1/2。又因为Y和R是同时出现在一个配子中的，因此，它们同时出现在配子中的概率是:1/2(Y)×1/2(R)=1/4(YR)。根据同样道理，甲可以产生4种配子，它们的概率分别是1/4 YR、1/4 Yr、1/4 yR和1/4 yr乙可以产生2种配子，它们的概率分别是1/2 yR和1/2 yr。由于甲、乙产生的配子结合是随机的独立事件，只有甲的YR配子和乙的yR配子结合才会得到基因型YyRR的后代，因此，YyRR基因型出现的概率是1/4(YR)×1/2(yR)=1/8(YyRR)。
此题也可以这样分析:先分别考虑基因型中的一对基因。单从豌豆的颜色考虑，甲和乙杂交后代的概率为:Yy×yy→1/2Yy、1/2yy单从豌豆的形状考虑，甲和乙杂交后代的概率为:Rr×Rr→1/4RR、1/4rr、1/2Rr。因此，甲和乙杂交，后代出现基因型YyRR的概率为:1/4(Yy)×1/4(RR)=1/8(YyRR)。
两个遗传基本定律的区别与联系　基因的分离定律和基因的自由组合定律，这两个遗传的基本定律在生物的遗传中既有区别，又有联系。
1．两个遗传基本定律的区别　两个遗传基本定律的根本区别点是基因在染色体上的位置不同，因此，它们在形成配子时的情况也不相同，它们随着染色体的变化而发生各自的变化。
基因的分离定律，所研究的是一对相对性状的遗传规律。这个定律揭示的是位于一对同源染色体上的等位基因的变化情况，就是控制一对相对性状的等位基因，在形成配子时是随着同源染色体的分开而分离的。
基因的自由组合定律，所研究的是两对或两对以上相对性状的遗传规律。这个定律揭示的是位于非同源染色体上的非等位基因之间的关系。就是控制不同对相对性状的非等位基因，在形成配子时是随着非同源染色体的自由组合而重组的。
2．两个遗传基本定律的联系　两个遗传基本定律不仅存在着明显的区别，同时也有着密切的联系。基因分离定律在遗传基本定律中是最基本的定律。基因自由组合定律是基因分离定律的引申和发展。生物体在进行减数分裂形成配子时，同源染色体上的等位基因都要彼此分离；在分离之前，它们可能发生交换。在同源染色体上等位基因分离的同时，非同源染色体上的非等位基因进行自由组合，从而形成各种不同的基因组合的配子。总之，两个遗传的基本定律在配子形成的过程中是相互联系并同时起作用的。