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孟德尔第一定律初探

孟德尔第一定律,即分离定律,其主要内容为:

在生物的体细胞中,控制同一性状的遗传因子成对存在,不相融合;在形成配子对时,成对的遗传因子发生分离,分离后的遗传因子分别进入不同的配子中,随配子遗传给后代。

《普通高中教科书 生物学 必修2 遗传与进化》人民教育出版社

孟德尔第一定律的适用条件:

  1. 进行有性生殖的真核生物的性状遗传
  2. 细胞核内的遗传因子
  3. 一对相对性状的遗传

发现与豌豆

孟德尔在修道院内研究了多种植物,在研究豌豆时获得成功。

豌豆的优点

  1. 豌豆是两性花,且闭花授粉。在自然状态下多自花授粉(自交),因而多纯种。
  2. 豌豆有多对易于区分的性状。
  3. 豌豆花较大,易于操作。

实验

孟德尔选取了一对相对性状:高茎与矮茎,作为研究对象。

使用纯种高茎和纯种矮茎作亲本(P)进行杂交,发现子一代(F1)总是高茎(显性性状)。

使用杂种子一代(F1)进行自交,发现后代(F2)中有高茎(显性性状)也有矮茎(隐性性状),且高茎与矮茎的比值(显性性状:隐性性状)接近3:1

杂交实验的步骤与要点

  1. 去雄(母本):先除去未成熟花的全雄蕊。然后套上纸袋。
  2. 采集花粉(父本):待母本成熟,采集另一株花的花粉。
  3. 传粉(母本)将采集到的花粉涂到母本的柱头上,套上纸袋。

套袋目的:防止外来花粉干扰。

供应花粉的植株叫做父本(♂),接受花粉的植株叫做母本(♀)。

父本无需作“去雌”处理。

假说

孟德尔经分析,提出以下假说:

  1. 生物的性状是由遗传因子决定的。遗传因子既不会相互融合,也不会在传递中消失。
  2. 在体细胞中,遗传因子是成对存在的。
  3. 生物体在形成生殖细胞(配子)时,成对的遗传因子彼此分离,分别进入不同的配子中。配子中只含每对遗传因子中的一个。
  4. 受精时,雌雄配子的结合是随机的。

根据上述假说对实验进行分析,设纯种高茎豌豆有遗传因子DD(基因型与表现型的概念此时尚未提出),纯种矮茎豌豆有遗传因子dd,那么当它们杂交时,纯种高茎豌豆必然产生配子D,纯种矮茎豌豆必然产生配子d,则F1必然含有遗传因子Dd

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使用F1进行自交,由于拥有Dd两种配子,组合情况将多样化:

Dd
DDD(高茎)Dd(高茎)
dDd(高茎)dd(矮茎)
F1自交
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验证

根据假说,孟德尔设计了测交实验:将杂种F1Dd)与隐形纯合子(dd)进行杂交。若假说成立,后代高茎比矮茎应约为1:1。

实验结果符合他的推测,也验证了他的假说。

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拓展延伸

显隐性判断

  • 不同性状个体杂交→子代只出现单一性状→子代性状为显性性状
  • 相同性状个体杂交→子代出现性状分离→新性状为隐性性状

判断显性纯合子

  • 两性花:自交
    • 均为显性:纯合子
    • 性状分离:杂合子
  • 单性花和动物:测交
    • 均为显性:纯合子
    • 有显性有隐性,且比值约为1:1:杂合子

杂合子多代自交

自交n代后分别占比:

AA: \frac{1}{2}(1-\frac{1}{2^n})
Aa: \frac{1}{2^n}
aa: \frac{1}{2}(1-\frac{1}{2^n})

杂合子多代自交并筛去隐形纯合子

自交n代后分别占比:

AA: \frac{2^n-1}{2^n+1}
Aa: \frac{2}{2^n+1}

种群内个体自由交配

统计各配子数量再进行计算。

例:现有一种群,AA:Aa:aa=1:1:1

则:

A: \frac13+\frac13×\frac12=\frac12
a: \frac13+\frac13×\frac12=\frac12

使用棋盘法进行自由组合:

A 1/2a 1/2
A 1/2AA 1/4Aa 1/4
a 1/2Aa 1/4aa 1/4

则易得子代 AA:Aa:aa=1:2:1

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2021-03-14