1.1孟德尔的豌豆杂交实验（一）第1课时课件-2024-2025学年高一下学期生物人教版必修2

孟德尔的 豌豆杂交实验（一） 高中生物必修二 知识回顾 遗传 合照 亲子间的相似性 性状 生物体形态结构、生理和行为等特征的统称。 基因控制生物的性状 当你小时候你是否会被问：你长得谁呀？是像爸爸还是像妈妈？在初中时，我们学过，将亲子间的相似性定义为遗传。你和妈妈一样都是双眼皮，那么单双眼皮、耳垂的有无、能否卷舌这些是什么呢？我们将生物体形态结构、生理和行为等特征的统称称之为性状。而性状是由什么控制的？基因控制生物的性状。从初中知识中了解到是孟德尔通过实验研究证明了基因与性状之间的联系。但是最开始我们是不知道基因的，在这种情况下，孟德尔是如何发现问题并进行研究的呢？这还要从当时主流的遗传理论说起。 人们曾经认为，两个亲本杂交后，双亲的遗传物质会在子代体内发生混合，使子代表现出介于双亲之间的性状。就像把一瓶蓝墨水和一瓶红墨水倒在一起，混合液是另外一种颜色，再也无法分出蓝色和红色。这种观点称为融合遗传。 问题探讨 是早期的一种遗传理论，与颗粒遗传(particulate theory of inheritance)相对。融合遗传是1868年由达尔文提出的。他主张两亲代的相对性状在杂种后代中融合而成为新的性状而出现，也即子代的性状是亲代性状的平均结果，且杂合子后代中没有一定的分离比例。融合遗传方式是杂交后代的性状介于两亲本之间，若杂交后代自交，性状不会分离;若测交再次介于两者的状态之间。 按照融合遗传的观点，当红花豌豆与白花豌豆杂交后，子代的豌豆花会是什么颜色？ 讨论 按照融合遗传的观点，当红花豌豆与白花豌豆杂交后，子代的豌豆花会是什么颜色？ 01 你同意上述观点吗？你的证据有哪些？ 02 ﹖﹖﹖ 比如同学们还可能提出人类性别的遗传，控制性别的遗传物质没有发生融合，而是父母所生的孩子或者是男孩或者是女孩。这些证据都表明融合遗传的观点是不正确的。 到底是不是我们猜想的那样呢，这节课我们就跟随孟德尔去看看他的实验，一起去见证这一伟大的历史研究。 01 02 03 熟悉孟德尔的一对相对性状的杂交实验 掌握显性性状、隐性性状等遗传学概念 理解孟德尔对分离现象的解释 学习目标 人物生平 我们再一起认识一下孟德尔，1822年7月20日，孟德尔出生在奥匈帝国西里西亚(现属捷克)海因策道夫村的一个贫寒的农民家庭里，父亲和母亲都是园艺家(外祖父是园艺工人)。孟德尔童年时受到园艺学和农学知识的熏陶，对植物的生长和开花非常感兴趣。1840年他考入奥尔米茨大学哲学院，主攻古典哲学，但他还学习了数学。21岁的孟德尔进了布隆城奥古斯汀修道院，并在当地教会办的一所中学教书，教的是自然科学。后来他被派到维也纳大学进修自然科学和数学。这些经历为孟德尔的研究提供了文化基础。 起初，孟德尔豌豆实验并不是有意为探索遗传规律而进行的。他的初衷是希望获得优良品种，只是在试验的过程中，逐步把重点转向了探索遗传规律。   孟德尔研究过的遗传材料包括豌豆、南瓜、山柳菊、玉米等植物。孟德尔最成功的实验是豌豆杂交实验，这项遗传实验从1856年开始，直到1864年才结束，共进行了8年之久。 人物生平 为什么选择豌豆花作为实验材料并且研究了如此长的时间呢？其实这与豌豆本身的生理结构密不可分。 豌豆用作遗传实验材料的优点 柱头 花柱 胚珠 子房 雌蕊 花瓣 萼片 花托 花药 花丝 雄蕊 旗瓣 翼瓣 唇瓣 翼瓣 豌豆花是两性花，既有雄蕊也有雌蕊，豌豆花是闭花授粉的。 豌豆是豆科植物，花是蝶形花冠，（点击出现豌豆蝶形花冠），只有豆科植物具有蝶形花冠，花冠具有保护雌蕊、雄蕊的作用。   请大家比较豌豆花与现在春季正在开放的桃花有什么区别吗？（点击出现桃花照片）对的，花是植物的生殖器官，大多数植物的花是两性花，即花冠中既有雌蕊，又有雄蕊，可以通过传粉受精进行有性生殖。   豌豆花与桃花均是两性花，根据桃花的照片可以看到桃花的花冠开放，可以看到花中的雌雄蕊，也容易接受虫媒传粉；而豌豆花的花冠是关闭的，即花未开放时，同朵花的花粉会落到同一朵花的雌蕊柱头上，完成受粉，即自花传粉。  自花传粉能避免外来花粉的干扰，所以豌豆在自然状态下一般是纯种，用豌豆做人工杂交实验，结果更可靠，也容易分析。  因此天然纯种，保持遗传的稳定性是豌豆作为遗传实验材料的优点之一。 自花传粉:植物的花粉落到同一朵花的雌蕊柱头上完成受粉的过程。 自花传粉 异花传粉 豌豆用作遗传实验材料的优点 异花传粉:一朵花的花粉落到另一朵花的柱头上的现象。 自交 杂交 豌豆花这样同一朵花的花粉落在同一朵花的雌蕊柱头完成受粉的过程称为自花传粉，这是一种有性生殖的方式，即自交。 植物的自交只有豌豆这样的自花传粉的形式吗？ 豌豆用作遗传实验材料的优点 叶腋 雄花 拓展 植物的自交只有豌豆这样的自花传粉的形式吗？教材第2页左侧还介绍了玉米等植物的自交方式。我们来看玉米的图片。   （点击出现玉米图片）。一般情况下玉米是雌雄同株异花的植物，即玉米的花是单性花，请看图片，玉米的雄花位于植株的顶端，局部放大的图就是玉米雄花的样子，玉米的雌花位于植株的叶腋处，图片中局部放大的玉米果穗位置，曾经就是玉米雌花着生的位置。   （点击出现字框）当玉米的雄花花粉落在同一植株的雌花上完成的传粉，也属于自交的过程。请大家思考一个小问题，在自然状态下，玉米能够像豌豆一样保持严格的自交过程吗？ 豌豆植株具有易于区分的性状 豌豆用作遗传实验材料的优点 相对性状：一种生物的同一种性状的不同表现类型 豌豆高茎1.5-2.0cm，矮茎0.3cm左右，有结圆粒种子的，也有结皱粒种子的。孟德尔经过仔细观察，从34个豌豆品种中选择了7对相对性状，如经的高度、种子形状、子叶颜色、花的位置等。从孟德尔精心选择豌豆做实验材料完成杂交实验，分析数据得出伟大的科学发现的过程可以看到，好的取材往往能够使研究工作事半功倍，这对我们同学开展研学及科学实验有什么启发？ 豌豆用作遗传实验材料的优点 相对性状：一种生物的同一种性状的不同表现类型 请分析本题（选自2020年市北京市春季合格考） 下列各对生物性状中，属于相对性状的是（ ） A．狗的短毛和狗的卷毛 B．兔子的白毛与黑毛 C．豌豆的红花和豌豆的高茎 D．羊的黑毛和兔的白毛 B 豌豆高茎1.5-2.0cm，矮茎0.3cm左右，有结圆粒种子的，也有结皱粒种子的。孟德尔经过仔细观察，从34个豌豆品种中选择了7对相对性状，如经的高度、种子形状、子叶颜色、花的位置等。从孟德尔精心选择豌豆做实验材料完成杂交实验，分析数据得出伟大的科学发现的过程可以看到，好的取材往往能够使研究工作事半功倍，这对我们同学开展研学及科学实验有什么启发？ 豌豆用作遗传实验材料的优点 豌豆是两性花，闭花传粉、自花授粉，可保证豌豆在自然状态下为纯种。 豌豆花大，实验时便于操作 豌豆具有易于区分的性状，且能稳定的遗传给后代。 豌豆子代数量多，易于统计。 豌豆高茎1.5-2.0cm，矮茎0.3cm左右，有结圆粒种子的，也有结皱粒种子的。 一对相对性状的杂交实验 正交 P × （杂交） F1 ♀ ♂ P × （杂交） F1 ♂ ♀ 反交 为什么子一代都是高茎而没有矮茎呢？ 孟德尔注意到不同品种的豌豆之间同时具有多对相对性状，为了便于分析，他首先对一对相对性状的遗传进行了研究。  下面我们就来一起分析孟德尔的一对相对性状的杂交实验。在前面讲到过，孟德尔对当时的融合遗传的观点是质疑的，于是他开展了一对相对性状的杂交实验。  杂交对植物而言是指不同植物间进行异花传粉。由于自然状态下，豌豆是严格的自花传粉，所以孟德尔进行人工的杂交实验。  请看图片展示。（点击出现图片）在这幅图片中，将高茎豌豆作母本，即高茎豌豆的花还未成熟时去除花中全部的雄蕊，叫做去雄，然后套上纸袋，等待保留在花中的雌蕊成熟。   提醒同学注意操作中的两点细节：一是作为母本的花一定是未成熟时就要去雄，否则一旦雄蕊成熟后就可能直接自花传粉了；二是去雄过程一定打开了豌豆的花冠，因此一定要去雄后及时套袋，以避免外来未知花粉的干扰。   当高茎母本的雌蕊成熟后，人工的将来自矮茎的花粉传粉于高茎的雌蕊柱头，实现异花传粉即杂交的过程，并再次套上纸袋。此过程中矮茎植株提供花粉，作为杂交中的父本。   大家如果还记得刚才介绍孟德尔时展示了一幅孟德尔正在进行豌豆杂交实验的图片，注意到孟德尔是站在试验田进行的操作，因为人工杂交后的豌豆还要继续发育，形成果实和种子，而孟德尔就是要对子代豌豆的性状进行统计和分析。而豌豆花冠较大，易于人工的杂交实验的实施，这也是后人总结选择豌豆作实验材料的另一个优点。 一对相对性状的杂交实验 去雄 花蕾期 套袋 防止外来花粉干扰 套袋 防止外来花粉干扰 授粉 人工授粉 高茎豌豆的花还未成熟时去除花中全部的雄蕊，叫做去雄，然后套上纸袋，等待保留在花中的雌蕊成熟。   提醒同学注意操作中的两点细节：一是作为母本的花一定是未成熟时就要去雄，否则一旦雄蕊成熟后就可能直接自花传粉了；二是去雄过程一定打开了豌豆的花冠，因此一定要去雄后及时套袋，以避免外来未知花粉的干扰。   当高茎母本的雌蕊成熟后，人工的将来自矮茎的花粉传粉于高茎的雌蕊柱头，实现异花传粉即杂交的过程，并再次套上纸袋。此过程中矮茎植株提供花粉，作为杂交中的父本。 一对相对性状的杂交实验 正交 P × （杂交） F1 ♀ ♂ P × （杂交） F1 ♂ ♀ 反交 为什么子一代都是高茎而没有矮茎呢？ 我们一起来看看孟德尔的杂交实验结果吧。孟德尔将高茎与矮茎豌豆分别做了正反交实验，发现无论正交还是反交，子代都出现了一致的有规律的现象，结合这张杂交实验的模式图，你能发现哪些规律呢？ 显性性状：F1显现出来的性状（如高茎） 隐性性状：F1未显现出来的性状（如矮茎） 一对相对性状的杂交实验 性状分离：杂种后代中同时出现显性性状和隐性性状的现象。 首先无论正反交，杂交子一代F1均表现出现的是高茎性状。F1就是指具有相对性状的纯合亲本杂交的子一代。孟德尔把F1显现出来的性状称为显性性状，如高茎；把F1未显现出来的性状称为隐性性状，如矮茎。 孟德尔继续将F1自交，结果发现F1的后代F2的株高性状既有高茎又有矮茎，说明矮茎性状在F1中只是隐而未现，是隐性性状。同时这种杂种后代同时出现显性性状和隐性性状的现象称为性状分离。 一对相对性状的杂交实验 F2植株 高茎 矮茎 1064 787 277 ≈3 : 1 子二代中出现3:1的性状分离比是偶然吗？ 统计子二代性状及数量  孟德尔利用统计学的数学工具，对F2的不同性状的个体进行数量统计，发现了非常有意思的规律。 F2群体中显隐性性状分离比例大致为3:1不是偶然的。 一对相对性状的杂交实验 孟德尔敏锐地察觉到子二代的有规律的性状分离比，但子二代出现的高茎与矮茎的性状分离比接近3:1只是偶然的情况吗？孟德尔对豌豆的另外6对相对性状都做了数据统计与分析。   大家可以想象这是多么艰辛且繁重的工作，但孟德尔不辞辛劳，历经8年的时间进行实验与数据统计与分析，终于总结出表中呈现的豌豆7对性对性状的实验结果。   （点击出现文字框）通过实验结果说明F2出现3:1的性状分离比不是偶然的。是什么原因能够导致遗传性状在杂种后代出现有规律的比例分离呢，孟德尔进行深入的思考，冲破当时普遍认同的融合遗传说的思想束缚，严谨推理并大胆想象，尝试解释出现的分离现象的原因。 孟德尔提出如下假说： （1）生物的遗传性状由遗传因子决定。 遗传因子的性质是相对独立的颗粒属性，既不会相互融合，也不会在传递中消失。 显性遗传因子：决定显性性状的遗传因子（如D）。 隐性遗传因子：决定隐性性状的遗传因子（如d）。 对分离现象的解释 孟德尔对分离现象的解释，提出了如下的几个假说。第一条：控制生物遗传性状的是由遗传因子决定。   遗传因子又是什么呢，孟德尔认为遗传因子具有颗粒属性，即一个个控制不同性状的遗传因子相对独立，不相互融合，也不会在传递中消失。   可见孟德尔提出的生物性状由颗粒属性的遗传因子决定，彻底摒弃了融合遗传说认为的子代性状是亲本双方性状的混合，一旦混合就无法分开，也不能有规律的传递下去。   孟德尔还继续解释相对性状有显性、隐性，则控制显性性状的遗传因子即为显性遗传因子，可以用大写字母表示，如控制高茎性状的遗传因子可以用大写字母（D）表示；   同理，控制隐性性状的遗传因子即为隐性遗传因子，可以用小写字母表示，如控制矮茎性状的遗传因子可以用小写字母（d）表示。请同学注意高茎、矮茎是一对相对性状，因此控制这对相对性状的显隐遗传因子是同一字母的大小写表示（D或d）。 孟德尔提出如下假说： （2）体细胞中，遗传因子是成对存在的。 纯合子：遗传因子组成相同的个体。 显性纯合子：体细胞中有成对显性遗传因子的个体，如高茎（DD）。 隐性纯合子：体细胞中有成对隐性遗传因子的个体，如矮茎（dd）。 杂合子：遗传因子组成不同的个体，如F1（Dd）。 对分离现象的解释 孟德尔的第二条假说是，在生物个体的体细胞中遗传因子是成对存在的，如自然状态下的豌豆是天然纯种，所以纯种的高茎豌豆的体细胞中就应含有控制高茎性状的成对的显性遗传因子DD，因此高茎就是显性纯合子；   而矮茎豌豆的体细胞中应含有控制矮茎性状的成对的隐性遗传因子dd，因此矮茎就是隐性纯合子；像亲本这样体细胞中含有成对相同遗传因子的个体都可以称为纯合子。   而纯合的高茎、矮茎亲本杂交的后代F1体细胞中必然同时存在来自亲本双方传递来的遗传因子各一个，即Dd，所以像F1这样含有不同遗传因子的个体就叫杂合子。   虽然F1的体细胞中显性遗传因子D和隐性遗传因子d同时存在，但F1表现的性状是由显性遗传因子控制的性状，即高茎。 孟德尔提出如下假说： （3）生物体形成生殖细胞---配子时，成对的遗传因子彼此分离，分别进入不同的配子中。配子中只含有每对遗传因子中的一个。 如高茎纯合子（DD）：产生的一个配子为（D）。 矮茎纯合子（dd）：产生的一个配子为（d）。 杂合子（Dd）：产生的一个配子为（D）或（d）。 对分离现象的解释 孟德尔提出如下假说： （4）受精时，雌雄配子的结合是随机的。 如含有遗传因子D的配子，既可以与含遗传因子D的配子结合，又可以与含遗传因子d的配子结合。 对分离现象的解释 对分离现象的解释 根据孟德尔对分离现象的解释，我们该如何解释一对相对性状的杂交实验呢？ 小结 相关概念 性状、相对性状、自交、杂交、正交、反交、显性性状、隐性性状、性状分离、遗传因子、纯合子、杂合子 豌豆为何被选作遗传实验的材料？ 一对相对性状的杂交实验是如何进行的？ 如何理解孟德尔对分离现象的解释? 小结：这节课我们已经一起学习了孟德尔一对相对性状的杂交实验，实验过程中观察到的现象，以及孟德尔经过缜密推理、大胆想象提出的对分离现象的解释。   可能有些同学感到刚刚进入遗传学的学习情境，增加了很多遗传学的概念及专业术语，对这些概念还不能准确的理解把握。   下面就引领同学将这节课所涉及到的一些遗传学概念和术语进行梳理。   （点击出现基因分离定律的概念梳理）第一组概念：是孟德尔豌豆遗传实验中的有关实验操作，分别是杂交、正交、反交、自交。   杂交是植物的异花传粉，豌豆需要人工进行杂交实验；正反交是一组杂交实验，是具有相对性状的亲本在杂交过程中互换亲本角色的杂交实验，孟德尔通过正反交实验发现杂交子代的性状是一致的，均表现为亲本中的显性性状。   自交是植物的自花传粉。   （点击出现）第二组概念：是基于孟德尔的豌豆遗传实验的实验现象，分别是性状、相对性状、显性性状、隐性性状、性状分离。   （点击出现）第三组概念：是基于孟德尔对分离现象的解释，分别是遗传因子、显性遗传因子、隐性遗传因子、纯合子、杂合子。如果大家对以上的某个概念不清晰，建议结合教材再去深入分析理解这些概念。 孟德尔的一对相对形状的杂交实验中，F1都表现为显性性状，F1自交后代却出现了性状分离。判断下列说法正误，并更正。 随堂小测 1）用豌豆杂交时，须在开花前除去母本的雄蕊和父本的雌蕊（） 2）性状分离是指子代同时出现显性性状和隐性性状的现象（） 3）纯合子自交后代都是纯合子，杂合子自交后代都是杂合子（） × × × 构建框架 基 因 组成 决定 决定 性 状 包括 的 Lavf56.38.102 www.ieway.cn $$