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Arbeitsblatt: Die Mendelschen Regeln (Klasse 10)

9 Aufgaben zu Uniformitäts-, Spaltungs- und Unabhängigkeitsregel, Kreuzungsschemata, mit Musterlösungen zu jeder Aufgabe. Kostenlos zum Ausdrucken, ohne Anmeldung.

BiologieKlasse 10Gymnasiummit Lösungen
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Name: ______________________Datum: ____________Biologie · Klasse 10

Genetik: Die Mendelschen Regeln

Gymnasium Klasse 10 · Biologie · NRW-Lehrplan · Bearbeitungszeit: ca. 90 Minuten

Bearbeite die Aufgaben in der gegebenen Reihenfolge. Nutze für Kreuzungsschemata den zur Verfügung stehenden Platz. Achte auf die korrekte Verwendung von Fachbegriffen (Gen, Allel, Phänotyp, Genotyp, dominant, rezessiv). Bei Aufgaben mit Kreuzungsschemata: Schreibe die Genotypen der Eltern auf, bestimme die möglichen Gameten und trage die F₁- und F₂-Genotypen in das Schema ein.

1

Ordne die Fachbegriffe den korrekten Definitionen zu:

1. Gen____A) Zwei gleiche Allele für ein Merkmal vorhanden (z. B. AA oder aa)
2. Allel____B) Die genetische Zusammensetzung eines Organismus (z. B. AA oder Aa)
3. Phänotyp____C) Unterschiedliche Ausprägungen eines Gens (z. B. Allele A und a)
4. Genotyp____D) Die sichtbare oder messbare Ausprägung eines Merkmals (z. B. gelbe Samenfarbe)
5. Homozygot____E) Zwei unterschiedliche Allele für ein Merkmal vorhanden (z. B. Aa)
6. Heterozygot____F) Abschnitt auf der DNA, der die Information für ein Merkmal trägt
2

Bei der sexuellen Fortpflanzung erhält ein Organismus von jedem Elternteil ein für jedes Merkmal. Diese beiden Allele können (gleich) oder (unterschiedlich) sein. Wenn zwei unterschiedliche Allele vorhanden sind, setzt sich oft das Allel durch und bestimmt den Phänotyp – das Allel wird überlagert.

3

Gregor Mendel kreuzte reinerbige (homozygote) Erbsenpflanzen mit gelben Samen (dominant, G) mit reinerbigen Erbsenpflanzen mit grünen Samen (rezessiv, g). Führe diese Kreuzung durch und stelle das Ergebnis dar:

a) Notiere die Genotypen der P-Generation (Eltern).
b) Bestimme die möglichen Gameten (Keimzellen) jedes Elternteils.
c) Erstelle ein Kreuzungsschema (Punnett-Quadrat) für die F₁-Generation.
d) Gib den Genotyp und Phänotyp aller F₁-Nachkommen an.
e) Formuliere die 1. Mendelsche Regel in deinen Worten.

4

Kreuze nun zwei F₁-Pflanzen (Gg × Gg) miteinander, um die F₂-Generation zu erhalten.

a) Bestimme die möglichen Gameten der F₁-Pflanzen.
b) Erstelle ein Punnett-Quadrat für die F₂-Generation.
c) Gib die Genotypen und deren Häufigkeiten in der F₂-Generation an.
d) Gib die Phänotypen und deren Häufigkeiten (Verhältnis) in der F₂-Generation an.
e) Erkläre, warum die Merkmalsspaltung auftritt und welche Rolle die Meiose dabei spielt.

5

Welche Aussage zur 3. Mendelschen Regel (Unabhängigkeitsregel) ist korrekt?

  • Die 3. Mendelsche Regel gilt für alle Gene, unabhängig davon, auf welchem Chromosom sie sich befinden.
  • Die 3. Mendelsche Regel besagt, dass Gene an verschiedenen Chromosomen unabhängig voneinander vererbt werden.
  • Die 3. Mendelsche Regel erklärt, warum rezessive Merkmale in der F₁-Generation nicht sichtbar sind.
  • Die 3. Mendelsche Regel gilt nur für die Vererbung von Merkmalen beim Menschen.
6

Erkläre mit eigenen Worten, warum die 3. Mendelsche Regel (Unabhängigkeitsregel) nur für Gene an verschiedenen Chromosomen gilt. Was würde passieren, wenn zwei Gene auf dem gleichen Chromosom sehr nah beieinander liegen?

7

Entscheide, ob die folgenden Aussagen wahr oder falsch sind. Begründe deine Antwort in 1–2 Sätzen.

richtigfalsch
Wenn beide Eltern das rezessive Allel für eine Erbkrankheit tragen, aber nicht erkrankt sind, können ihre Kinder die Krankheit erben.
Ein Kind kann ein Merkmal haben, das keiner seiner Eltern zeigt, wenn das Merkmal autosomal-rezessiv vererbt wird.
Die Mendelschen Regeln gelten nicht für die Vererbung beim Menschen, da dieser zu komplex ist.
Wenn ein Elternteil homozygot dominant ist und der andere homozygot rezessiv, können alle Kinder das rezessive Merkmal zeigen.

⭐ ⭐ Bonus für Schnelle

8

⭐ Bonus-Aufgabe 1: Dihybride Kreuzung (Transfer)

Eine Erbsenpflanze mit gelben, runden Samen (GGRR) wird mit einer Pflanze mit grünen, runzeligen Samen (ggrr) gekreuzt. (G = gelb/dominant, g = grün/rezessiv; R = rund/dominant, r = runzelig/rezessiv)

a) Bestimme den Genotyp und Phänotyp aller F₁-Nachkommen.
b) Kreuze zwei F₁-Pflanzen miteinander. Welche Phänotypen entstehen in der F₂-Generation und in welchem Verhältnis?
c) Erkläre, warum das Verhältnis 9:3:3:1 entsteht und welche Rolle die 3. Mendelsche Regel dabei spielt.

9

⭐ Bonus-Aufgabe 2: Knobel-Aufgabe – Rückkreuzung

Ein Genetiker hat eine Erbsenpflanze mit gelben Samen, weiß aber nicht, ob sie homozygot (GG) oder heterozygot (Gg) ist. Um dies herauszufinden, kreuzt er die Pflanze mit einer Pflanze mit grünen Samen (gg).

a) Welche Nachkommen entstehen, wenn die unbekannte Pflanze GG ist?
b) Welche Nachkommen entstehen, wenn die unbekannte Pflanze Gg ist?
c) Wie kann der Genetiker anhand der Nachkommen bestimmen, welcher Genotyp vorliegt? Erkläre die Logik dieser sogenannten Rückkreuzung oder Testkreuzung.

Lösungen
  1. Aufgabe 1: 1 → F, 2 → C, 3 → D, 4 → B, 5 → A, 6 → E
  2. Aufgabe 2: Allel, homozygot, heterozygot, dominante, rezessive
  3. Aufgabe 3: a) P-Generation: GG (gelbe Samen) × gg (grüne Samen)

    b) Gameten: GG-Pflanze bildet nur G-Gameten; gg-Pflanze bildet nur g-Gameten

    c) Punnett-Quadrat F₁:
    G G
    g Gg Gg
    g Gg Gg

    d) Genotyp F₁: 100 % Gg (alle heterozygot)
    Phänotyp F₁: 100 % gelbe Samen (da G dominant ist)

    e) Die 1. Mendelsche Regel (Uniformitätsregel) besagt: Kreuzt man zwei reinerbige Organismen, die sich in einem Merkmal unterscheiden, sind alle Nachkommen der F₁-Generation phänotypisch gleich und heterozygot. Sie zeigen den Phänotyp des dominanten Allels.
  4. Aufgabe 4: a) Gameten der F₁-Pflanzen (Gg): Jede Pflanze bildet zwei Arten von Gameten: G und g (je 50 %)

    b) Punnett-Quadrat F₂:
    G g
    G GG Gg
    g Gg gg

    c) Genotypen F₂:
    - 1 GG (25 %, homozygot dominant)
    - 2 Gg (50 %, heterozygot)
    - 1 gg (25 %, homozygot rezessiv)
    Verhältnis: 1 : 2 : 1

    d) Phänotypen F₂:
    - 3 gelbe Samen (GG und Gg zusammen = 75 %)
    - 1 grüne Samen (gg = 25 %)
    Verhältnis: 3 : 1

    e) Die Merkmalsspaltung tritt auf, weil die F₁-Pflanzen heterozygot sind (Gg). Bei der Meiose trennen sich die homologen Chromosomen, sodass jede Keimzelle nur ein Allel erhält (G oder g). Die Befruchtung kombiniert diese Allele zufällig neu, wodurch verschiedene Genotypen entstehen. Das rezessive Allel kommt in der F₂-Generation wieder zum Vorschein, wenn es homozygot vorliegt (gg).
  5. Aufgabe 5: Die 3. Mendelsche Regel besagt, dass Gene an verschiedenen Chromosomen unabhängig voneinander vererbt werden.
  6. Aufgabe 6: Die 3. Mendelsche Regel basiert darauf, dass sich homologe Chromosomen während der Meiose unabhängig voneinander verteilen. Wenn zwei Gene auf verschiedenen Chromosomen liegen, werden sie zufällig und unabhängig auf die Keimzellen verteilt, was zu neuen Kombinationen führt.

    Wenn zwei Gene jedoch auf dem gleichen Chromosom sehr nah beieinander liegen, werden sie meist zusammen vererbt, da sie nicht voneinander getrennt werden (Genkopplung). Sie zeigen dann nicht die erwarteten Verhältnisse der 3. Mendelschen Regel, sondern bleiben häufiger zusammen. Dies führt zu einer Abweichung von der 9:3:3:1-Ratio bei dihybriden Kreuzungen.
  7. Aufgabe 7: Wenn beide Eltern das rezessive Allel für eine Erbkrankheit tragen, aber nicht erkrankt sind, können ihre Kinder die Krankheit erben. → richtig
    Ein Kind kann ein Merkmal haben, das keiner seiner Eltern zeigt, wenn das Merkmal autosomal-rezessiv vererbt wird. → richtig
    Die Mendelschen Regeln gelten nicht für die Vererbung beim Menschen, da dieser zu komplex ist. → falsch
    Wenn ein Elternteil homozygot dominant ist und der andere homozygot rezessiv, können alle Kinder das rezessive Merkmal zeigen. → falsch
  8. Aufgabe 8: a) P-Generation: GGRR × ggrr
    Gameten: GR × gr
    F₁: Alle Nachkommen sind GgRr
    Phänotyp F₁: 100 % gelb und rund (da G und R dominant sind)

    b) F₁ × F₁: GgRr × GgRr
    Gameten: GR, Gr, gR, gr (jeweils 25 %)

    F₂-Phänotypen und Verhältnis:
    - 9 gelb und rund (G_R_)
    - 3 gelb und runzelig (G_rr)
    - 3 grün und rund (ggR_)
    - 1 grün und runzelig (ggrr)

    Verhältnis: 9 : 3 : 3 : 1

    c) Das Verhältnis 9:3:3:1 entsteht, weil die beiden Gene unabhängig voneinander segregieren (3. Mendelsche Regel). Für jedes Gen separat gilt die 3:1-Ratio (dominant:rezessiv). Die Kombination dieser beiden unabhängigen Segregationen führt zu: (3:1) × (3:1) = 9:3:3:1. Dies zeigt, dass die Gene auf verschiedenen Chromosomen liegen und sich daher unabhängig verteilen.
  9. Aufgabe 9: a) Wenn die unbekannte Pflanze GG ist:
    Kreuzung: GG × gg
    Gameten: G × g
    Nachkommen: Alle Gg
    Phänotyp: 100 % gelbe Samen

    b) Wenn die unbekannte Pflanze Gg ist:
    Kreuzung: Gg × gg
    Gameten: G, g × g
    Nachkommen: 50 % Gg (gelb), 50 % gg (grün)
    Phänotyp: 1:1-Verhältnis (gelb:grün)

    c) Logik der Testkreuzung (Rückkreuzung):
    Der Genetiker kreuzt die unbekannte Pflanze mit einer homozygot rezessiven Pflanze (gg). Diese Pflanze kann nur g-Gameten bilden, daher zeigen die Nachkommen direkt, welche Gameten die unbekannte Pflanze bildet:
    - Wenn alle Nachkommen gelb sind (GG), bildet die unbekannte Pflanze nur G-Gameten → Genotyp GG
    - Wenn etwa die Hälfte der Nachkommen grün ist (gg), bildet die unbekannte Pflanze sowohl G- als auch g-Gameten → Genotyp Gg

    Die Testkreuzung ist ein elegantes Verfahren, um den Genotyp eines Organismus mit dominantem Phänotyp zu bestimmen.
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