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孟德爾在做兩對相對性狀的雜交實驗時發現，基因分離比為9:3:3:1。（見右圖）。
圖中黃色圓粒:綠色圓粒:黃色皺粒:綠色皺粒=9:3:3:1
這一結果表明，它是由兩對基因分別由基因的分離定律獨自分離的比例3:1產生的。 在真核生物中，自由組合在減數分裂的第一次分裂後期發生。
實質
基因的自由組合定律的實質是：位於非同源染色體上的非等位基因的分離或組合是互不干擾的；在減數分裂的過程中，同源染色體上的等位基因彼此分離的同時，非同源染色體上的非等位基因自由組合。
在孟德爾兩對相對性狀雜交實驗中,F1黃色圓粒豌豆(YyRr)自交產生F2.在孟德爾兩對相對性狀雜交實驗中,F1黃色圓粒豌豆（YyRr）自交產生F2，非等位基因（Y、y）和（R、r）可以自由組合就是基因自由組合定律。
基因的自由組合定律套用
雜交育種的指導：讓具有不同優良性狀的兩個親本進行雜交，選育優良品種遺傳病的預測和診斷：依靠自由組合定律分析家族中遺傳病的發病情況 後代的基因型和表現型以及它們出現的機率的分析
基因的自由組合定律適用範圍
在育種工作中，使用雜交的方法，有目的地使生物不同品種間的基因重新組合，以便不同親本地優良基因組合到一起，從而創造出對人類有益的新品種。
在醫學實踐中，根據基因的自由組合定律來分析家系中的兩種遺傳病同時發病的情況，並且推斷出後代的基因型和表現型以及他們出現的機率，為遺傳病的預測和診斷提供理論依據。
理解生物多樣性的原因，生物體在進行有性生殖過程中，控制不同的性狀的基因可以進行重新組合——基因重組，從而產生多種不同基因型的後代，表現不同的性狀
驗證定律
孟德爾運用了測交實驗驗證了基因的自由組合定律，他用雜種子一代YyRr（黃色圓粒）和隱形純合子yyrr（綠色皺粒）雜交。後代出現4種表現型，即黃色圓粒∶黃色皺粒∶綠色圓粒∶綠色皺粒=1∶1∶1∶1.
基因的自由組合定律