自由组合定律，即生物的生殖细胞在形成过程中，不同对的等位因子可以自由组合（它们自由组合的机会均等），存在于不同的配子中。
孟德尔用两对性状作杂交试验时，发现了一些新情况。例如，用圆滑黄色的豌豆与皱褶绿色的豌豆杂交，这里圆滑的、黄色的是显性，皱褶的和绿色的是隐性。Fl 得出来的豌豆全是圆滑黄色的，两个显性性状都表现出来，而两个隐性性状都不表现出来，这与孟德尔的第一定律基本上是符合的。但是，让Fl 自花授粉时，产生的凡出现了一个新的现象，不但有圆滑黄色和皱褶绿色原来的两种类型，同时出现了两种新类型，即圆滑绿色和皱褶黄色的，而且也成为一定的比例，这也符合孟德尔定律。
为什么出现这两种新类型呢？孟德尔认为：假定圆滑为R ，皱褶为r ，这是一对性状；黄色为Y ，绿色为y ，这又是一对性状。因此，圆滑黄色（纯合子）为RRYY ，皱褶绿色（纯合子）为rryy 。这两个亲本杂交，圆滑黄色形成的配子均为RY ，皱褶绿色的配子均为ry ，两者结合所成的合子（Fl ）为Rryy 。这个Fl 是圆滑黄色的，因为r 在有R 时不表现出来，y 在有Y 时不表现出来。
但是重要的假说是：Fl 自行交配时，Rryy 这两对决定性状的因子可以自由组合，R 不一定与Y 在一起，r 也不一定与y 在一起。这就是在生殖细胞形成时，不同对的等位因子可以自由组合，因此产生了4 种不同配子（RY , Ry , ry 及ry ) ，它们的数量是相等的。
自由组合定律在育种实践中具有重要的意义。因为在杂交的凡中，出现了新类型（组合变异），这就提供了培育新种的一种办法。例如，一羽归巢性好但飞速较慢的信鸽，另一羽飞速较快但归巢性不稳定的信鸽，可以把它们杂交，在几中就可能出现既是归巢性好又有较快飞速的新品种。这种方法在植物和家畜的遗传育种中成功的事例是不少的。但是，如果把奶牛、玉米的遗传育种看作是一件繁复工作的话，那么，信鸽的遗传育种比这更是困难得多。信鸽的归巢和飞翔能力不仅决定于它外表构造上的因素，如骨骼、肌肉、羽毛、翅膀及呼吸系统等结构，其他的功能也是重要因素。例姐，心脏的活力及感觉器官的灵敏程度，以及身体各部分协调的控制等，都是信鸽辨别方向和航行所必需的。而功能上的因素也是决定精神上的活跃能力，如决胜勇气和临场发挥等，这些并不是取决于一个因子的作用，很难用遗传学所完全说得清楚的。因此，信鸽在遗传上影响它竞翔的真正模式，至今还不十分清楚，育种的结果也没有完全达到预期的效果。就目前来说，遗传学应用于信鸽育种上最有明显成效的，就是上文讲到的羽色遗传，遗憾的是羽色对于竞翔并不起多大作用。
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