孟德尔发现遗传定律用了假说演绎法，其基本步骤：提出问题→作出假说→演绎推理→实验验证→得出结论。

①提出问题（在纯合亲本杂交和F1自交两组豌豆遗传实验基础上提出问题）；

②做出假设（生物的性状是由细胞中的遗传因子决定的；体细胞中的遗传因子成对存在；配子中的遗传因子成单存在；受精时雌雄配子随机结合）；

③演绎推理（如果这个假说是正确的，这样F1会产生两种数量相等的配子，这样测交后代应该会产生两种数量相等的类型）；

④实验验证（测交实验验证，结果确实产生了两种数量相等的类型）；

⑤得出结论（就是分离定律）。

A.孟德尔所在的年代还不知道伴性遗传和细胞质遗传，因此利用豌豆进行正交和反交实验不是为了排除伴性遗传和细胞质遗传，A错误；

B.孟德尔的研究方法是“假说——演绎法”，其中测交实验属实验验证过程，B错误；

C.性状分离是指在杂种后代中，同时显现出显性性状和隐性性状的现象，因此测交子代表现型不同，不能说明发生了性状分离现象，C错误；

D.两亲本杂交，子代表现型比为 3：1，可能遵循自由组合定律，D正确。

故选D。