3 : 1 und 1 : 2 : 1 – Spaltungsverhältnisse verstehen
Vertiefung zum ThemaSpaltungsregel
Drei zu eins: Diese Zahl steht in jedem Biologiebuch. Doch was sagt ein Spaltungsverhältnis genau aus, wie rechnest du damit, und warum kommt im Versuch fast nie exakt 3 : 1 heraus? Hier lernst du, Verhältnisse zu lesen, umzurechnen und zu deuten, auch wenn sie einmal 2 : 1 lauten.
Einfach erklärt
Diese Seite vertieft das Thema Spaltungsregel. Ein Spaltungsverhältnis zeigt: Wie verteilen sich die Nachkommen auf die Merkmale? Ein Beispiel ist 3 : 1. Das heißt: Auf drei gelbe Erbsen kommt im Mittel eine grüne.
Zum Rechnen zählst du zuerst die Teile. 3 : 1 hat vier Teile. Ein Teil ist also ein Viertel. Grün sind deshalb 25 Prozent, nicht ein Drittel. Bei 480 Samen erwartest du 360 gelbe und 120 grüne. Beim Aussehen gilt 3 : 1. Bei den Erbanlagen gilt 1 : 2 : 1. Der Grund: GG und Gg sehen beide gelb aus.
3 : 1 ist ein Erwartungswert. Das ist der Wert im Mittel von vielen Versuchen. Echte Zahlen weichen fast immer etwas ab. Das ist Zufall. Bei wenigen Nachkommen sind die Abweichungen groß. Bei vielen Nachkommen werden sie klein. Mendel zählt deshalb sehr viele Samen. Er kommt auf 6022 gelbe und 2001 grüne.
Merke: 3 : 1 heißt: Jede vierte Erbse ist im Mittel grün.
Kurz gesagt
Ein Spaltungsverhältnis gibt an, wie sich die Nachkommen einer Kreuzung auf verschiedene Merkmalsklassen verteilen. Kreuzt man zwei mischerbige Eltern (Aa × Aa), erwartet man nach der 2. Mendelschen Regel bei den Phänotypen 3 : 1, also 75 % zu 25 %, und bei den Genotypen 1 AA : 2 Aa : 1 aa. Diese Zahlen sind Wahrscheinlichkeiten: Je weniger Nachkommen du zählst, desto stärker weicht das Ergebnis meist davon ab.
Das lernst du hier
- Spaltungsverhältnisse in Anteile und erwartete Anzahlen umrechnen,
- Phänotyp- und Genotypverhältnis unterscheiden und aus einem Verhältnis die Genotypen der Eltern ableiten,
- erklären, warum beobachtete Zahlen vom Erwartungswert abweichen, besonders bei kleinen Stichproben,
- abweichende Verhältnisse wie 2 : 1 deuten.
Was ein Spaltungsverhältnis angibt
Ein Verhältnis vergleicht Anzahlen miteinander. 3 : 1 heißt: Auf drei Nachkommen mit dem dominanten Merkmal kommt im Mittel einer mit dem rezessiven. Die Spaltungsregel, also die 2. Mendelsche Regel, sagt solche Verhältnisse für die F2-Generation voraus, die Nachkommen mischerbiger F1-Eltern. Um mit diesen Zahlen zu arbeiten, musst du sie in Anteile und erwartete Anzahlen umrechnen können. Das gelingt in vier Schritten:
- Teile zählenAddiere die Zahlen des Verhältnisses. Bei 3 : 1 sind es 4 Teile, bei 1 : 2 : 1 ebenfalls 4, bei 9 : 3 : 3 : 1 sind es 16.
- Anteile bildenTeile jede Zahl durch die Summe der Teile. Aus 3 : 1 werden 3/4 = 75 % und 1/4 = 25 %, aus 1 : 2 : 1 werden 25 %, 50 % und 25 %.
- Erwartete Anzahl berechnenMultipliziere jeden Anteil mit der Gesamtzahl der Nachkommen. Bei 480 Samen erwartest du nach 3 : 1 genau 360 dominante und 120 rezessive.
- Beobachtetes Verhältnis angebenTeile alle gezählten Werte durch den kleinsten. Aus 355 gelben und 123 grünen Samen wird so 2,89 : 1.
Ein häufiger Rechenfehler steckt schon im ersten Schritt: 3 : 1 bedeutet nicht, dass ein Drittel der Nachkommen das rezessive Merkmal zeigt, sondern ein Viertel. Das Verhältnis vergleicht zwei Gruppen miteinander, der Anteil dagegen eine Gruppe mit allen Nachkommen zusammen.
Spaltungsregel einfach erklärt: Phänotyp- oder Genotypverhältnis?
Ob du 3 : 1 oder 1 : 2 : 1 angeben musst, hängt davon ab, was gezählt wird. Das Phänotypverhältnis zählt Erscheinungsbilder, also das, was man sieht, zum Beispiel gelbe und grüne Erbsen. Das Genotypverhältnis zählt Allelkombinationen: AA, Aa und aa. Beim dominant-rezessiven Erbgang sehen AA und Aa gleich aus. Die Phänotypen fassen deshalb zwei Genotypklassen zusammen: 1 + 2 = 3 dominante zu 1 rezessiven. Beim intermediären Erbgang hat jeder Genotyp ein eigenes Aussehen, Phänotyp- und Genotypverhältnis sind dann gleich. Herleiten lassen sich alle diese Verhältnisse mit einem Punnett-Quadrat.
| Kreuzung | Genotypen | Phänotypen dominant-rezessiv | Phänotypen intermediär |
|---|---|---|---|
| AA × aa | alle Aa | alle dominant | alle Mischform |
| Aa × Aa | 1 AA : 2 Aa : 1 aa | 3 : 1 | 1 : 2 : 1 |
| Aa × aa | 1 Aa : 1 aa | 1 : 1 | 1 : 1 |
| AA × Aa | 1 AA : 1 Aa | alle dominant | 1 : 1 |
Rückwärts gedacht: Was verrät ein Verhältnis über die Eltern?
In Klausuren ist oft der umgekehrte Weg gefragt: Du kennst die Nachkommen und sollst auf die Eltern schließen. Bei einem Gen mit zwei Allelen helfen diese Faustregeln:
- 3 : 1 – beide Eltern sind mischerbig (Aa × Aa).
- 1 : 1 – ein Elternteil ist mischerbig, der andere reinerbig rezessiv (Aa × aa). Genau das nutzt die Rückkreuzung, um einen unbekannten Genotyp zu testen.
- Keine Aufspaltung, alle dominant – mindestens ein Elternteil ist reinerbig dominant (AA).
- 1 : 2 : 1 bei den Phänotypen – intermediärer Erbgang, beide Eltern mischerbig.
Verfolgt man zwei Merkmale, die unabhängig voneinander vererbt werden, multiplizieren sich die Anteile. Aus zweimal 3 : 1 wird 9 : 3 : 3 : 1, denn 3/4 · 3/4 = 9/16. Wie das zustande kommt, erklärt die Unabhängigkeitsregel.
Merke
Spaltungsverhältnis bei Aa × Aa: Phänotypen 3 : 1 (75 % zu 25 %), Genotypen 1 : 2 : 1 (25 % zu 50 % zu 25 %). Verhältnis ist nicht gleich Anteil: Bei 3 : 1 zeigt ein Viertel das rezessive Merkmal, nicht ein Drittel. Spaltungsverhältnisse sind Erwartungswerte, die sich erst bei großen Zahlen zuverlässig zeigen.
Erwartungswert und Zufall: Warum kleine Zahlen schwanken
Welches Allel eine Keimzelle erhält und welche Keimzellen sich bei der Befruchtung treffen, entscheidet der Zufall. Für jeden einzelnen Nachkommen zweier mischerbiger Eltern beträgt die Wahrscheinlichkeit für das rezessive Merkmal 1/4, ganz gleich, wie seine Geschwister aussehen. Das Verhältnis 3 : 1 ist deshalb ein Erwartungswert: der Wert, um den die Ergebnisse vieler Versuche streuen.
Wie stark sie streuen, zeigt Abb. 1. Bei nur vier Nachkommen kommt genau 3 : 1 lediglich in 42 % der Fälle heraus. In 32 % der Fälle zeigt keiner das rezessive Merkmal, in rund 5 % sind es sogar drei oder vier. Mit wachsender Zahl wird der Bereich, in dem die Ergebnisse üblicherweise liegen, immer enger. Bei 20 Erbsen sind 2 bis 9 grüne völlig normal, bei 1000 Erbsen liegt der Anteil grüner fast immer zwischen 22 und 28 %.
Daraus folgt eine wichtige Regel für die Auswertung: Eine Abweichung vom erwarteten Verhältnis ist bei kleinen Stichproben kein Widerspruch zur Spaltungsregel. Ob eine Abweichung noch zum Zufall passt, prüft man in der Oberstufe mit dem Chi-Quadrat-Test, den die Seite zur 2. Mendelschen Regel an Mendels Daten vorrechnet. Selbst ausprobieren kannst du es im Kreuzungslabor: Ernte dort 10, 100 und 1000 Erbsen und vergleiche, wie nah du jeweils an 3 : 1 herankommst.
Wusstest du?
Der Zufall hat kein Gedächtnis. Haben zwei Anlageträger einer rezessiv vererbten Krankheit bereits drei Kinder ohne diese Krankheit, liegt die Wahrscheinlichkeit für das vierte Kind trotzdem bei 25 %, nicht bei 100 %. Umgekehrt ist bei vier Kindern solcher Eltern mit einer Wahrscheinlichkeit von rund 32 % kein Kind betroffen, denn (3/4)4 ≈ 0,32.
Mendels Zahlen: Einzelne Pflanzen streuen, die Summe nicht
Mendel kannte dieses Problem genau. In seiner Arbeit von 1866 listete er die Ergebnisse der ersten zehn Pflanzen seines Versuchs zur Samenfarbe einzeln auf. Jede dieser Pflanzen war eine mischerbige F1-Pflanze, die sich selbst bestäubt hatte. Die Samen in ihren Hülsen gehören also zur F2.
| Pflanze | gelbe Samen | grüne Samen | Verhältnis |
|---|---|---|---|
| 1 | 25 | 11 | 2,27 : 1 |
| 2 | 32 | 7 | 4,57 : 1 |
| 3 | 14 | 5 | 2,80 : 1 |
| 4 | 70 | 27 | 2,59 : 1 |
| 5 | 24 | 13 | 1,85 : 1 |
| 6 | 20 | 6 | 3,33 : 1 |
| 7 | 32 | 13 | 2,46 : 1 |
| 8 | 44 | 9 | 4,89 : 1 |
| 9 | 50 | 14 | 3,57 : 1 |
| 10 | 44 | 18 | 2,44 : 1 |
| Summe | 355 | 123 | 2,89 : 1 |
Die einzelnen Pflanzen schwanken zwischen 1,85 : 1 und 4,89 : 1. Mendel nannte außerdem Extremfälle: Eine Pflanze trug 32 gelbe und nur einen grünen Samen, eine andere 20 gelbe und 19 grüne. Im Versuch zur Samenform zählte er an einer Pflanze 43 runde und nur 2 kantige Samen, an einer anderen 14 runde und 15 kantige. Erst die Summe vieler Pflanzen nähert sich dem erwarteten Wert: Über alle 258 Pflanzen kam Mendel bei der Samenfarbe auf 6022 gelbe und 2001 grüne Samen, also 3,01 : 1.
Mendel zog daraus selbst den Schluss, auf den es bei jedem Spaltungsverhältnis ankommt: Die wahren Verhältniszahlen lassen sich nur als Mittelwert aus möglichst vielen Einzelwerten bestimmen. Je mehr Werte man zusammenfasst, desto stärker gleicht sich der Zufall aus.
Typische Fehler
- „3 : 1 heißt: Ein Drittel zeigt das rezessive Merkmal.“ 3 : 1 sind vier Teile. Rezessiv ist ein Viertel, also 25 %.
- „Ein Ergebnis von 2,8 : 1 widerlegt die Spaltungsregel.“ Abweichungen sind durch den Zufall zu erwarten. Entscheidend ist, ob sie größer sind, als der Zufall erklären kann.
- „1 : 2 : 1 gibt es nur beim intermediären Erbgang.“ Die Genotypen spalten bei Aa × Aa immer 1 : 2 : 1 auf. Beim dominant-rezessiven Erbgang sieht man es den Nachkommen nur nicht an.
- „Ein Verhältnis von 2 : 1 muss ein Zählfehler sein.“ Es kann ein Hinweis darauf sein, dass ein Genotyp gar nicht lebensfähig ist (siehe Vertiefung).
Vertiefung Oberstufe: Wenn das Verhältnis 2 : 1 lautet – Letalfaktoren und andere Abweichungen
Der französische Biologe Lucien Cuénot untersuchte 1905 die Fellfarbe von Mäusen. Kreuzte er gelbe Mäuse mit grauen Mäusen in Wildfarbe, erhielt er gelbe und graue Junge im Verhältnis 1 : 1. Gelb ist also dominant, und die gelben Tiere waren mischerbig. Kreuzte er gelbe Mäuse untereinander, erwartete er nach Mendel 3 gelb : 1 grau. Er fand aber stets etwa 2 gelb : 1 grau, und nie eine reinerbig gelbe Maus. William Castle und Clarence Little zeigten 1910, dass ein Viertel der Nachkommen solcher Kreuzungen schon während der Embryonalentwicklung stirbt.
Die Erklärung: Das Gelb-Allel, vereinfacht Y, ist für die Fellfarbe dominant, wirkt aber in doppelter Dosis tödlich. Solche Allele heißen Letalfaktoren. Aus dem erwarteten 1 YY : 2 Yy : 1 yy fällt die Klasse YY weg, übrig bleiben 2 Yy (gelb) : 1 yy (grau). Alle überlebenden gelben Mäuse sind mischerbig, deshalb lässt sich eine reinerbig gelbe Linie gar nicht züchten. Für die Fellfarbe ist Y dominant, für die Sterblichkeit rezessiv, denn erst zwei Kopien führen zum Tod. Ein ähnliches Muster zeigt die Manx-Katze: Kreuzt man zwei schwanzlose Manx-Katzen, ist etwa ein Drittel der überlebenden Jungen normal geschwänzt, zwei Drittel sind schwanzlos oder kurzschwänzig. Reinerbige Tiere sterben vor oder um die Geburt.
2 : 1 ist nicht die einzige Abweichung von 3 : 1. Weitere Ursachen sind etwa ein Gen auf dem X-Chromosom, bei dem Söhne und Töchter verschieden aufspalten, oder zwei Gene, die gemeinsam an einem Merkmal wirken. Dann kann aus 9 : 3 : 3 : 1 zum Beispiel 9 : 7 oder 15 : 1 werden. Für die Auswertung gilt: Weicht ein Verhältnis auch bei großen Zahlen deutlich und reproduzierbar ab, steckt meist eine biologische Ursache dahinter, die man mit weiteren Kreuzungen aufklären kann.
Fachbegriffe
- Spaltungsverhältnis
- Zahlenverhältnis, in dem sich die Nachkommen einer Kreuzung auf Merkmalsklassen verteilen, etwa 3 : 1.
- Phänotypverhältnis
- Verhältnis der Erscheinungsbilder; bei Aa × Aa und dominant-rezessivem Erbgang 3 : 1.
- Genotypverhältnis
- Verhältnis der Allelkombinationen; bei Aa × Aa 1 AA : 2 Aa : 1 aa.
- Erwartungswert
- Wert, der sich im Mittel vieler Versuche ergibt; einzelne Ergebnisse streuen darum.
- Stichprobe
- Die tatsächlich gezählten Nachkommen. Je größer sie ist, desto geringer ist meist die zufällige Abweichung.
- Letalfaktor
- Allel, das in bestimmter Kombination, meist reinerbig, zum Tod führt und so Spaltungsverhältnisse verändert.
Aufgaben
AFB I Wissen wiedergeben AFB II Anwenden AFB III Beurteilen
- AFB IRechne die Spaltungsverhältnisse 3 : 1 und 1 : 2 : 1 in Prozent um und gib an, wie viele Nachkommen du bei 600 Samen jeweils in den einzelnen Klassen erwartest.
Lösung anzeigen
3 : 1 hat 4 Teile: 75 % und 25 %. Bei 600 Samen: 450 und 150. 1 : 2 : 1 hat ebenfalls 4 Teile: 25 %, 50 % und 25 %. Bei 600 Samen: 150, 300 und 150.
- AFB IILeite ab: Zwei gelbsamige Erbsenpflanzen werden gekreuzt. Unter den Nachkommen zählst du 312 gelbe und 104 grüne Samen (G: gelb, dominant; g: grün). Bestimme das Verhältnis und die Genotypen der Eltern.
Lösung anzeigen
312 : 104 = 3 : 1. Grüne Nachkommen (gg) entstehen nur, wenn beide Eltern ein g weitergeben können. Da beide Eltern gelb sind, haben sie den Genotyp Gg. Erwartet werden bei 416 Samen etwa 104 GG, 208 Gg und 104 gg.
- AFB IIBerechne die Wahrscheinlichkeit, dass in einer Hülse mit vier Erbsen aus der Kreuzung Gg × Gg alle Erbsen gelb sind. Erkläre, warum ein solches Ergebnis die Spaltungsregel nicht widerlegt.
Lösung anzeigen
Jede Erbse ist mit der Wahrscheinlichkeit 3/4 gelb, unabhängig von den anderen. Für vier gelbe Erbsen gilt (3/4)4 = 81/256 ≈ 31,6 %. Fast jede dritte Hülse enthält also nur gelbe Erbsen. Die Spaltungsregel beschreibt Wahrscheinlichkeiten, die sich erst bei großen Zahlen im Verhältnis 3 : 1 zeigen. Bei vier Erbsen sind Abweichungen normal.
- AFB IIErkläre: Ein Züchter kreuzt gelbe Mäuse untereinander und erhält 58 gelbe und 30 graue Junge. Gib an, welcher Anteil der gelben Jungtiere mischerbig ist.
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58 : 30 ≈ 1,9 : 1, also etwa 2 : 1 statt 3 : 1. Die gelben Eltern sind mischerbig (Yy). Erwartet wären 1 YY : 2 Yy : 1 yy. Reinerbig gelbe Embryonen (YY) sterben jedoch ab, deshalb bleiben 2 Yy (gelb) : 1 yy (grau). Alle gelben Jungtiere sind mischerbig, der Anteil beträgt 100 %.
- AFB IIIBeurteile die Aussage: „Mendels 6022 gelbe und 2001 grüne Samen liegen so nah an 3 : 1, dass sie gefälscht sein müssen.“
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Erwartet wären 6017,25 gelbe und 2005,75 grüne Samen, die Abweichung beträgt also 4,75. Bei 8023 Samen liegt die Zahl grüner Samen in rund 95 % aller Versuche zwischen 1930 und 2082. Werte nahe am Erwartungswert sind die häufigsten, ein einzelnes so genaues Ergebnis ist daher nicht verdächtig. Mendels Einzelpflanzen zeigen zudem die erwartete starke Streuung. Fragen kann es erst aufwerfen, wenn sehr viele Versuche zusammen auffällig wenig streuen. Das meinte der Statistiker Ronald Fisher 1936 für Mendels Daten insgesamt; wie das zu deuten ist, wird bis heute diskutiert. Ein Beweis für eine Fälschung ist ein einzelnes genaues Ergebnis jedenfalls nicht.
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Quellen & Stand
- Mendel, G.: Versuche über Pflanzen-Hybriden (1866), Abschnitte „Die erste Generation der Hybriden“ und „Die Befruchtungs-Zellen der Hybriden“. MendelWeb: Originaltext.
- Wikipedia: Lethal allele (Cuénot 1905, Castle und Little 1910, Manx-Katze).
- Wahrscheinlichkeiten und Bereiche in Abb. 1: eigene Berechnung mit der Binomialverteilung (p = 1/4).
Stand: Oktober 2026.