孟德尔的豌豆交杂实验（一） 教案

第一节孟德尔的豌豆杂交试验（一)

一、教学目标

知识目标：

1、复习花的结构

2、掌握遗传学杂交试验常用名词

3、阐明孟德尔的一对相对性状的杂交试验及分离定律

4、理解测交法证明分离现象解释的正确性

5、掌握分离定律的内容及本质

能力目标：

1、通过学习孟德尔一对相对性状的杂交实验过程，体验科学研究的一般过程。

2、运用分离定律解释一些遗传现象

3、掌握演绎归纳法，训练演绎、归纳的思维方法

4、学会绘制遗传图解，并可以运用图解预测实验结果

情感态度价值观目标：

1、通过科学家的事迹，对学生进行热爱科学、献身科学的教育。

2、体验孟德尔遗传实验的科学方法和创新思维，逐养成敢于质疑、勇于创新、勇于实践，以及严谨求实的科学态度和科学精神。

二、教学重难点

重点：

1、对分离现象的解释，阐明分离定律

2、以孟德尔的遗传实验为素材进行科学方法教育

3、运用分离定律解释一些遗传现象

难点：

对分离现象的解释

假说—演绎法

三、课的类型 新授课

四、课时安排 2课时

第1课时

这个星期开始，我们将学习新的一本书《必修二遗传与进化》

在开始学习之前，我们先翻开目录，一起看下，这本书主要有哪些章节。

现在我们都已经知道了，遗传是由基因控制的，那么人类是怎样认识到基因的存在的？这就是第一章所要学习的内容——遗传因子的发现，遗传因子也就是我们现在所说的基因，只是当时被称作遗传因子。知道基因是存在的，那么它存在于哪里呢？这就是第二章的内容——基因和染色体的关系。那基因到底是什么？它的本质是怎样的？以及基因要如何行使功能？基因会控制遗传，那么基因在一代一代传递的过程中会发生什么样的变化？人类研究了那么多有关基因的内容，可以如何利用生物的基因呢？这些问题的答案我们都将在接下去的学习中找到答案，这本书的前6章主要讲述的就是这些内容，这也是遗传的部分，既然这本书叫《遗传与进化》，那么除了遗传的相关知识之外，还有进化的部分。在最后一个章节呢，就将介绍有关进化的知识，生物进化过程中基因频率是如何变化的——这就是现代生物进化理论将会学习到的。

这些章节的编排顺序是按照科学发展的历史进程来安排的，通过这本书的学习，我们将更深刻的体会到遗传学发展的进程和方向，以及要研究遗传学的方法。

孟德尔通过他的豌豆杂交实验发现了遗传因子的存在，这还只是个体水平的研究，但随着科学的进一步发展，遗传的研究慢慢深入到细胞水平，甚至于今天的分子水平。

现在我们就先来认识一下，遗传因子的发现之旅。

第一章遗传因子的发现

第一节孟德尔的豌豆杂交实验（一）

俗话说：龙生龙，凤生凤，老鼠生儿打地洞。这是几千年来人们对遗传现象的总结。遗传是普遍存在的生物现象，在以前，人们是如何认识它的呢？

问题探讨

我们先来思考一个问题，假如我们把一瓶蓝墨水和一瓶红墨水倒在一起，混合液将是什么颜色？

根据三原色的原理，我们得到的混合液应该是紫色的，但是具体颜色是怎样的，这与两种墨水的量有关，总之，在新的混合液中，再也无法区分红色和蓝色。

那么遗传是否也是如此呢？

人们曾经认为两个亲本杂交以后，双亲的遗传物质就会在子代体内发生融合，使得子代表现出介于双亲之间的性状。这种观点也称作融合遗传。

那大家思考一下，如果按照这个观点，当红牡丹与白牡丹杂交后，子代的牡丹花会是什么颜色？

（粉色，因为按照融合遗传的观点，双亲遗传物质在子代体内混合，子代呈现双亲的中介性状，即红色和白色的混合色——粉色）

那同学们同意融合遗传的观点吗？说说你的理由。

（引导学生观察、分析身边的生物遗传现象，通过对实例的分析，辨析融合遗传观点是否正确。可不做过多的解释。）

实例：

①双亲均是双眼皮，生出的孩子会出现单眼皮，若双亲均为单眼皮，后代只有单眼皮；

②白色的羊与白色的羊杂交，后代会出现黑色的羊；

③无白化病的双亲生出患有白化病的孩子；

④毛色为黑色的马与毛色为枣红色的嘛杂交，后代既有枣红色又有黑色。

⑤人的身高（多个遗传因子控制的）等

以上的实例并不会完全符合融合遗传的观点，那融合遗传是否正确呢？通过这节课的学习，你们就可以找到答案。

孟德尔的生平简介：

在遗传学的探索历程中，有一个人不得不提，那就是“遗传学之父”孟德尔。有谁能够介绍一下孟德尔？（可让学生回答，若答不出，则教师自己介绍。）

我们可以用四句话来概括一下孟德尔：八年耕耘源于对科学的痴迷，一畦畦豌豆蕴藏遗传的秘密。试验设计开辟了研究的新路，数学统计揭示出遗传的规律。

①孟德尔自幼酷爱自然科学，曾经到维也纳大学进修过自然科学和数学，孟德尔具有了杂交可使生物产生变异的进化思想，以及应用数学方法分析遗传学问题的意识。

②在实践中孟德尔选用豌豆、玉米、山柳菊等植物，连续进行了多年的杂交实验研究，其中最成功的是豌豆实验。

③当时科学界开展对多种动植物的杂交实验，孟德尔总结了前人的经验，创新研究方法，如从单一性状入手观察分析遗传结果；用前人从未在生物学研究领域用过的数学统计方法进行分析研究；敢于挑战传统的观点，提出了颗粒遗传的思想等。

豌豆的优点：

那豌豆具有哪些优点？为什么说孟德尔最成功的杂交实验是豌豆杂交实验？孟德尔是如何揭示生物遗传奥秘的？

一、概述

1、豌豆的优点

我们首先来认识一下，豌豆作为遗传试验材料的优点。

展示花的结构图，花的结构包括哪些部分？

（花托、萼片、花瓣、雄蕊、雌蕊）

我们将只拥有雌蕊的花叫做雌花，只拥有雄蕊的花叫做雄花，而即拥有雄蕊又拥有雌蕊的花叫做两性花。

展示豌豆花的剖面图，豌豆是一种两性花，我们将两性花的花粉，落到同一朵花的雌蕊柱头上的过程叫做自花传粉，也叫做自交。豌豆花呈蝶形的花冠中，有一对花瓣始终紧紧地包裹着雌蕊和雄蕊，因此豌豆花的结构非常适合自花传粉。

而且豌豆是一种闭花授粉的植物，即在豌豆花未开放时，就已经完成了受粉，避免了外来花粉的干扰，所以豌豆在自然状态下一般都是纯种，用豌豆做人工杂交试验，确保了杂交后能够得到真正的杂种，结果既可靠，又容易分析。

①自花、闭花传粉

两朵花之间的传粉过程叫做异花传粉。当不同植株的花进行异花传粉时，供应花粉的植株叫做父本，用符号♂表示，接受花粉的植株叫做母本，用符号♀表示。（介绍记忆这两个符号的方法，可从形状上区分，弓箭、镜子）豌豆花的花大，在19世纪实验条件相对差的情况下，有利于做人工杂交试验。

孟德尔在做杂交试验时，先除去未成熟花的全部雄蕊，这个过程我们把它叫做去雄，为什么我们要在花成熟之前取出所有的雄蕊呢？

（为了防止豌豆自花传粉）

那父本是否需要处理呢？

（不需要，因为父本只需要提供花粉，我们并不研究其上所结的后代）

然后套上纸袋，防止其他花粉的干扰。待雌蕊成熟时，采集另一植株的花粉（扫粉），撒在去雄花的雌蕊的柱头上（授粉），再套上纸袋。这样，人工异花传粉就完成了，

在这个过程当中，有两次套袋，为什么要进行套袋呢?

(为了防止其他花粉的干扰，使实验结果受到干扰)

等待子房结出果实，我们再将得到的豌豆粒种下，长出的豌豆就是子代的豌豆。

②花大，易于人工杂交

我们知道，一株豌豆上可以结很多的豆荚，一个豆荚中有许多的豆粒，因此豌豆它一次可以产生大量的后代，子孙众多，结实率高，便于统计分析。

③后代数量多，便于统计分析

豌豆长出来了，我们要对它进行分析，怎样才能又方便又准确的分析实验结果呢？

豌豆它的第三个优点又体现出来了，豌豆具有稳定遗传的，易于区分的性状。性状是生物体形态特征和生理特征的总称。就比如豌豆的茎的高度、种子的性状、子叶的颜色等等，这些都属于豌豆的形态特征，因此都属于豌豆的性状。

④具有稳定遗传、易于区分的性状

在豌豆的茎的高度中，我们知道有的豌豆是高茎的，有的豌豆是矮茎的；这高矮就是豌豆高度的一种表现，像这样一种生物的同一性状的不同表现类型，我们把它们叫做相对性状。

（强调是同种生物、同一性状、不同表现类型）

2、性状、相对性状

豌豆的相对性状非常容易区分开，在19世纪的时候，高茎的豌豆高约1.5~2.0m，而矮茎的豌豆只有0.3m左右，（指出书中的图的比例是不准的，）1.5~2.0m与0.3m这个高度差是不是一下子就可以看出来了呢，所以用豌豆做杂交试验，它的结果易于观察、区分和统计。

实验材料有了，那要如何设计实验才能发现遗传的奥秘与规律呢？

展示豌豆的7对相对性状，孟德尔经过仔细的观察，从34个豌豆品种中选择了7对相对性状做杂交试验，这些性状分别是种子形状、子叶颜色、种皮颜色、豆荚形状、豆荚颜色、花的位置和茎的高度。大家可以看一下，这些性状是不是都比较容易区分呢？

（是，这些性状可以用肉眼直观地区别开，就比如花的位置，有的花是生在叶腋的，而有的花是生在茎顶的，可画图帮助理解）

这么多对性状，我们要如何研究呢？

（学生随意发表自己的观点）

我们学过有关控制变量的知识，我们知道在实验时，为了研究一个变量，我们要保证其余变量相同，也就是对照实验的方法。孟德尔为了方便分析，他首先对每一对相对性状的遗传分别进行了研究。

那为什么要选用一对一对的相对性状呢？

（如果不是选用相对性状，其后代的性状相差很大，没有联系，分析起来也没有意义。）

一对性状的杂交实验：

现在我们就以茎的高度为研究对象，一起走进孟德尔的杂交试验。

二、一对相对性状的杂交实验

在此之前，我们先认识几个在杂交实验中将常用到的名词及符号。我们一直在提杂交实验，那到底什么是杂交呢？

杂交一般是指两个不同品种个体间雌雄配子的结合。例如纯种高茎豌豆与纯种矮茎豌豆的结合，我们将它称为杂交，杂交符号用×表示。相对于杂交，我们将植物体中的自花受粉与雌雄异花的同株受粉称作自交，自交符号用表示。我们前面已经提过，在植物的有性杂交中，供应花粉的植株叫做父本，用符号♂表示，接受花粉的植株叫做母本，用符号♀表示。父母本统称为亲本，用P表示，杂交后产生的第一代后代我们称为子一代，用F1表示，杂种二代用F2表示，以此类推。如果在做杂交时，父母本互换，这在遗传学上称为互交。例如我们先用高茎豌豆做父本，矮茎豌豆做母本，我们将它称作正交；再用高茎豌豆做母本，矮茎豌豆做父本，这就叫反交，这两个杂交组合就叫做互交。

了解了这么多，我们来看看孟德尔他的实验进行得如何了？

孟德尔用纯种高茎豌豆作为母本与纯种矮茎豌豆作为父本进行杂交，那大家猜猜，子一代它的性状将是怎样的呢？

（学生自由回答①都是高的；②都是矮的；③介于高矮之间；④既有高的又有矮的。）

孟德尔将子一代的高度进行了测量，发现它的高度全都在1.5m~2.0m,全部都是高茎的，没有一株矮的，而且这高的和亲本的高茎一样的高。

那对于这个现象，你怎么解释？

可能是由于母本遗传了一些物质给后代，使得后代受到干扰，所以后代表现得性状和母本一样，当时孟德尔也想到了这种可能，于是他进行了反交实验，也就是用高茎作为父本，矮茎作为母本，惊奇地发现，无论是正交还是反交，也就是无论高茎豌豆是作为父本还是母本，杂交后产生的子一代的性状都是相同的，都是为高茎的。

为什么子一代都是高茎而没有矮茎呢？难道控制矮茎的遗传物质消失了吗？我们可以怎样验证是否存在控制矮茎的物质？

学生发表观点。

孟德尔他想出了一个办法，继续用子一代进行自交，这样可以避免外来物质的影响。结果在所得的1064株子二代植株中，发现787株高茎豌豆，277株矮茎豌豆。它们的比例接近3：1，但是当时首先引起人们注意的不是3：1的比例，而是子二代中再次出现了矮茎的性状。这是为什么呢？这能够说明什么问题？

这说明在F1中存在控制矮茎性状的物质，它在遗传的过程当中并没有消失，也没有被融合。只是在子一代中隐而未现。控制高茎的遗传物质作用比控制矮茎的物质强，当它们碰在一起时，就只显示出高的性状。

这里又出现了新的名词，孟德尔把具有相对性状的亲本杂交后，在F1中显现出来的性状，叫做显性性状，比如高茎；而未显现出来的性状，叫做隐性性状，比如矮茎。在杂种后代中，同时出现显性性状和隐性性状的现象叫做性状分离。如F1中只有一个高茎的性状，而F2中除了出现了高茎，还分离出了矮茎的性状。

在当时，除了孟德尔，还有其他的科学家也在进行豌豆实验，但只有孟德尔取得了巨大的成功，这与孟德尔的学习经历有着密切的关系。我们刚有说过，孟德尔曾经进修过数学，他不像其他科学家一样只停留在对实验现象的观察与描述上，而是将数学统计的知识运用到了实验中，他对F2中不同性状的个体进行数量统计，发现了在子二代中高茎与矮茎的数量比接近3：1。

新的问题出来了，在F2中出现3：1的性状分离比是偶然的吗？如果是你，你将怎样确定它是必然的还是偶然的呢？是个别的还是普遍的？

我们知道，在对照实验中，我们要确定实验结果是必然的还是偶然的，是个别的还是普遍的，就要遵循重复性原则，选择其他性状接着做，孟德尔也同样做到了，他除了研究豌豆的茎高外，还对豌豆的其他6对性状进行了杂交实验，结果如下（展示孟德尔做的豌豆杂交试验的结果）。我们可以看到不同的相对性状，它们的子二代都出现了形状分离，我们可以看下它们的比例，种子的形状中，圆粒比皱粒等于2.96：1，而子叶的颜色，黄色比绿色等于3.01：1。大家发现没有，我们将这些比例整理一下，它们都是接近3:1。这说明了什么呢？

说明子二代中出现3：1的性状分离比并不是偶然的，而是存在一定的必然性，而且这个现象还是普遍存在的，7对性状都出现了3：1的分离比。那么是什么原因导致遗传性状在杂种后代中按一定的比例分离呢？

对分离现象的解释：

孟德尔在其研究的基础上对此现象进行了解释。

三、对分离现象的解释

按照前人融合遗传的观点，高茎豌豆与矮茎豌豆杂交后，产生的子代高度应该介于二者之间，可是实验结果表明子一代全部为高茎，其高度皆为1.5~2.0m之间，没有任何一株低于这个高度，而在子二代中消失了的矮茎豌豆重新出现，这就与融合遗传的观点相违背，因此孟德尔果断摒弃了前人融合遗传的观点，根据自己的实验结果，通过严谨的推理和大胆的想象，提出了自己的假说。

我们可以假设生物的性状是由遗传物质所决定的，孟德尔给它取了一个名字，他把这种控制生物性状的遗传物质称为遗传因子，那大家根据刚刚所介绍的杂交试验思考一下，①遗传因子有何特点？②遗传因子是如何传递的？③怎样解释3：1的性状分离比？

（学生讨论）

遗传因子：①特点

②传递

③3：1

从杂交试验中我们可以知道,纯种高茎和纯种矮茎的豌豆杂交所产生的子一代全为高茎，子二代既有高茎又有矮茎，这说明决定生物性状的遗传因子，它就像一个个颗粒一样独立存在，在传递的过程中，既不会相互融合也不会消失。孟德尔将这种遗传称为粒子遗传。每个遗传因子决定着一种特定的性状，决定显性性状的称为显性遗传因子，用大写字母表示，例如高茎用D表示，决定隐性性状的称为隐性遗传因子，用小写字母表示，如矮茎用d表示。

1）独立存在、不融合、不消失

那有同学也许又有疑问了，既然融合遗传的观点不正确，那为什么问题探讨中，红牡丹与白牡丹杂交后会产生粉色的牡丹呢？

这又是一个新的知识，这种现象叫做不完全显性，粉色的出现是由于控制红色的基因对于控制白色的基因不完全显性造成的，由于时间的问题，这里不做详细介绍，感兴趣的同学可以查下课外资料，了解一下，哪些性状是由不完全显性基因决定的。

那么遗传因子作为一种独立的颗粒，又是如何存在的呢？是单个出现还是成对存在？

（请学生发表自己的观点）

我们知道，遗传因子不会凭空出现，子二代中的遗传因子必定来源于F1，而F2中有高茎也有矮茎，说明F1中必定含有决定高茎性状的遗传因子D和决定矮茎性状的遗传因子d，因此在生物的体细胞中，遗传因子一定是成对存在的。F1含有D和d,但只表现出高茎，说明决定矮茎的遗传因子在子一代中隐而未现。我们知道了遗传因子是成对存在的，那么就可以将亲代的遗传因子组合形式写出来，纯种的高精豌豆的体细胞中有成对的遗传因子DD，纯种矮茎豌豆的体细胞中有成对的遗传因子dd，我们将亲代这种遗传因子组成相同的个体叫做纯合子，而F1代遗传因子组成不同的个体叫做杂合子。

2）体细胞：成对存在

那为什么一定是2个存在呢？4个可以吗？6个可以吗？

如果遗传因子为4个的话，那么子二代中的分离比将不再是3：1，而应该更大。这个问题，今天我们不详细讨论，感兴趣的同学可以在学完这节课后，自己算一算，假如为4个，它的分离比又将是多少？

我们知道亲代会产生卵细胞和花粉，二者受精后发育形成种子，种子种下去后长成F1，我们将卵细胞和花粉称为配子。配子结合形成合子。遗传因子在体细胞中是成对存在的，那在配子当中呢？也是成对存在的吗？我们一起来认识一下。

假设遗传因子在配子当中是成对存在的，那么卵细胞和花粉结合后形成的F1代应该还有4个遗传因子，这与我们刚刚所说到的遗传因子是矛盾的，说明遗传因子在配子当中只能单个出现。也就是说生物体在形成生殖细胞——配子时，成对的遗传因子将彼此分离，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。

配子：单个出现

形成配子时，彼此分离

那么，我们现在就可以试着来解释杂种后代出现3：1的分离比的现象了。

我们将F1代自交，它们分别都可以产生D、d两种配子，那么F2代的遗传因子组成可以有几种情况？

（雌雄配子可以随机结合，因此有4种情况:

①♀提供D；♂提供D；F2代为DD；

②♀提供D；♂提供d;F2代为Dd；

③♀提供d;♂提供D;F2代为Dd；

④♀提供d;♂提供d;F2代为dd

它们的比例应该为1：1：1：1，其中DD表现出高茎的性状，占后代中的1份；Dd表现出高茎，占后代中的2份；dd表现出矮茎性状，占后代中的1份。因此高茎：矮茎=（1+2):1=）3：1

那要满足什么样的条件，才能使得各种遗传因子组成的比例为1：1：1：1，后代表现出3：1的分离比呢？

（①父本或母本产生的配子数要相等

②配子的存活率要相同

③配子结合的机会要相等

④各种遗传因子组成的个体存活率相等

⑤后代数量应足够多）

大家思考一下，假如雌雄配子的结合不是随机的，后代还会出现3：1的性状分离比吗？

假如D的雌配子只能与d的雄配子结合，而d的雌配子只能与D得雄配子结合，那么后代只能产生Dd,将全部表现为高茎，不会产生性状分离。（考虑到要能产生F1代，则D一定要能与d结合，所以只能限制相应的雌配子只能与相应的雄配子结合，否则将不育或败育。）

孟德尔的这个假说可总结为四点，它很好的解释了杂交试验的分离现象，但是这个解释是否合理呢？可以解释实验现象是假说正确的必要条件，但合理与否还需要通过实验的验证，下节课我们将对此进行探讨，检验孟德尔假说的合理性。

板书：

第一章 遗传因子的发现

第一节孟德尔的豌豆杂交实验（一）

一、概述

1、豌豆的优点

①自花传粉

②花大，易于人工杂交

③具有稳定遗传、易于区分的性状

④后代数量多，便于统计分析

2、性状、相对性状

二、一对相对性状的杂交实验

三、对分离现象的解释

遗传因子：①特点1）独立存在、不融合、不消失

2）体细胞：成对存在

配子：单个出现

②传递：形成配子时，彼此分离

③3：1

副板书：