师：同学们，大家好，欢迎来到生物课堂。今天我们共同复习生物必修 2《遗传与进化》第一章第一节孟德尔的豌豆杂交实验（一）第二课时的内容。首先明确今天的学习目标：学会用数学统计方法处理实验结果；运用分离定律解释生产或生活中的生物遗传现象；体验孟德尔遗传实验的科学方法和思路。
通过上节课复习，我们知道孟德尔提出四点假说解释分离现象的原因。请同学们看大屏幕，孟德尔认为：第一，生物的性状由遗传因子决定；第二，体细胞中遗传因子成对存在；第三，配子形成时，成对的遗传因子分离，分别进入不同配子；第四，受精时，雌雄配子的结合是随机的。在满足这四个条件的情况下，子一代自交就会出现子二代 3 : 1 的性状分离比。
那么，我们能用什么形式来体验孟德尔的假说呢？课堂上无法开展杂交实验，但可以通过模拟实验来体验。这就是性状分离比的模拟实验。
实验目的：通过模拟实验，认识和理解遗传因子的分离、配子的随机结合与性状之间的数量关系，体验孟德尔的假说。
实验原理：根据孟德尔对分离现象解释的基本原理，模拟雌雄配子随机结合的过程及产生的结果，以此体验孟德尔的假说。
本实验用甲、乙两个小桶分别代表雄性生殖器官和雌性生殖器官。甲乙小桶内的彩球分别代表雄配子和雌配子，用不同彩球的随机结合，模拟生殖过程中雌雄配子的随机结合。
材料用具：小桶两个，分别标记甲、乙，甲代表雄性生殖器官，乙代表雌性生殖器官；两种颜色的小球各 20 个，白色小球标记大 D，代表含显性遗传因子的配子，黄色小球标记小 d，代表含隐性遗传因子的配子。
实验步骤：第一步，在甲、乙两个小桶中分别放入两种小球各 10 个；第二步，摇动两个小桶，使小桶内的小球充分混匀；第三步，分别从两个小桶中随机抓取一个小球，组合在一起，记下小球的字母组合，比如我们抓的是两个白色小球，即 DD；第四步，将抓取的小球放回原来的小桶内摇匀，再分别从两个小桶中随机抓取一个小球组合在一起，记录小球的字母组合，比如这次抓的是 Dd。再次将抓取的小球放回原来的小桶内摇匀，然后再从两个小桶中随机抓取小球组合在一起，记下小球的字母组合，如 dd。然后把抓取的小球放回原来的小桶内摇匀，按照步骤三，重复 50 - 100 次。
在这个实验过程中，请同学们思考一个问题：为什么每一次都要将抓取的小球放回原来的小桶后才能重复下一次实验呢？其实不难理解，放回去是为了保证每次实验之前小桶内大 D 和小 d 小球的数量相等，也就保证了每次实验中两种配子结合的机会相等。
实际上，班级做模拟实验时，一般两人一组，一人做实验，一人记录。通过模拟实验，我们可以清楚地看到小球的组合有三种，分别是 DD、Dd、dd。把每种组合的数量用正字计数法记录下来，然后统计总数，算出百分比以及（DD + Dd）与 dd 的比值。
最后把每个小组的实验结果汇总，会得到如下表格。这个表格是老师上课前做的实验，汇总了 10 个小组的实验结果，每个小组进行 100 次模拟实验。综合统计每小组的实验结果后得到的数据，请同学们观察表中的数据并进行对比，思考三个问题。
第一个问题，将每个小组的实验结果与全班总的实验结果做比较，你有什么发现？分析表中数据可以看出，每个小组的统计数据不同，有的可能接近理论值，比如第 6 组、第 7 组、第 9 组；有的可能与理论值有一定偏差，比如第 1 组、第 3 组、第 10 组。与每个小组的实验结果相比，全班实验的总结果更接近预期结果，即小球组合类型数量比 DD : Dd : dd 约等于 1 : 2 : 1，小球代表的显性与隐性性状的数值比约等于 3 : 1。所以统计学规律告诉我们，观察的样本数量越多，越接近预期理论值。因此我们做小组实验时，要求每小组重复 50 - 100 次。
第二个问题，如果孟德尔当时只统计 10 株豌豆杂交的结果，他还能正确地解释性状分离现象吗？很难正确解释，因为实验统计的样本数目足够多是孟德尔能够正确分析实验的前提条件之一。如果只统计 10 株豌豆的杂交结果，会出现较大误差。
第三个问题，将模拟实验的结果与孟德尔的杂交实验结果相比较，你认为孟德尔的假说是否合理？很显然，模拟实验的结果与孟德尔的假说是相吻合的。因为甲乙小桶内的小球代表孟德尔实验中的雌雄配子，从两个小桶内分别随机抓取一个小球进行组合，实际上模拟的是雌雄配子的随机结合，统计的数量也足够大，出现了 3 : 1 的结果。但是证明某一假说是否合理，还需要实验验证，因为一种正确的假说不仅要能解释已得到的实验结果，而且还应该能够预测另一些实验结果。下面我们就来看一下孟德尔是如何对自己的假说进行实验验证的。请同学们看杂交实验图。
通过性状分离比的模拟实验，我们知道关键在于如果假说是正确的，那么子一代的遗传因子组成就是个非常关键的问题。因为子一代由两个亲本杂交产生，且子二代出现 3 : 1 的性状分离比也是因为子一代自交产生。所以如果能证明子一代是杂合子，遗传因子组成是 Dd，就能验证孟德尔的假说。可我们只能看到子一代的表现型是高茎，怎么知道它的遗传因子组成呢？高茎的基因型有两种，DD 或 Dd。因此孟德尔想到了杂交实验。
如果你是当年的孟德尔，你会设计怎样的杂交方案呢？下面是老师提供的三种实验方案，请同学们选择最佳方案，证明 F1 的遗传因子组成。
第一种方案，F1 高茎与纯种高茎豌豆 DD 杂交，纯种高茎豌豆 DD 一定会产生含 D 的配子，无论和什么样的配子结合，子代全为高茎，因此不能判断 F1 高茎是否为杂合子。
第二种方案，F1 自交，如果后代的性状分离比为 3 : 1，则可以证明 F1 为杂合子，可以产生两种类型的配子，能证明 F1 的遗传因子组成，而且自交实验无需进行人工杂交实验，显然是最简单易行的方法。
第三种方案，F1 高茎与纯种矮茎豌豆 dd 杂交，矮茎 dd 只能产生一种配子。如果 F1 是杂合子，那么后代高茎与矮茎之比为 1 : 1，似乎也能解释 F1 为杂合子的猜想。
如果你是当年的孟德尔，你会采用哪种方案呢？是的，同学们和孟德尔一样，都采用了第三种方案来验证自己的假说。孟德尔当时采用第三种方案，主要有两点考虑。第一，在一对相对性状的杂交实验中，子一代高茎自交，子二代出现 3 : 1 的性状分离比，孟德尔因此产生疑惑才提出假说，也就是说子一代自交是本实验中产生子二代的步骤，用提出假说的实验步骤来证明根据实验步骤而做出的假说是对原来实验的重复，解释的还是已有的实验结果。第二，第三种方案的过程和杂交实验一样，都要经过去雄、套袋、人工传粉、再套袋的过程。自交实验不需要经过这些过程，而孟德尔欲解释的恰恰又是杂交实验的过程。出于避免操作过程对结果的影响，他放弃了简单易行的自交方法，而采用了第三种方案，充分体现了科学家严谨的实验态度。
孟德尔用子一代高茎豌豆与隐性纯合子矮茎豌豆杂交，并称这个实验为测交实验。如果假说是正确的，那么子一代高茎会产生两种类型的配子 D、d，矮茎只能产生一种类型的配子 d。测交后，后代高茎和矮茎的比应该是 1 : 1，这是预期的实验结果。事实上真的是这样吗？孟德尔做过实验之后发现，在得到的 64 株后代中，30 株是高茎，34 株是矮茎，这一对相对性状的分离比接近 1 : 1。孟德尔所做的测交实验的结果验证了他的假说。