孟德尔是怎样研究豌豆遗传实验的?

如题所述

1853年夏,孟德尔又回到了布隆修道院,开始了他艰苦的实验经历。他利用后花园开辟了一块实验地,种植了豌豆、南瓜、紫茉莉、山柳菊、玉米等植物,还饲养了老鼠和蜜蜂,他利用这些植物和小动物作为材料,进行杂交试验。孟德尔最成功的就是豌豆杂交实验,这项遗传实验从1856年开始,直到1864年才结束,共进行了8年之久。

孟德尔在实验方面是非常认真的。他的实验思路谨慎周密,在选材上也很是审慎小心。他选用豌豆作为主要研究对象就不是偶然的,因为豌豆作为遗传学研究的材料有许多优点:一是豌豆是严格的自花授粉植物,而且在开花之前就完成了授粉作用,这就避免了由于天然杂交而引起的混杂;其次是豌豆生长期短,容易栽培;还有就是豌豆的花朵较大,便于人工操作,以及豌豆的变异较多等优点。

孟德尔反复研究了豌豆的七种相对性状的遗传变异情况,而且用数学统计的方法分析了实验结果,他发现:开红花的豌豆同开白花的豌豆杂交后,第一代全部开出红花;杂交一代自交产生的杂交二代,开红花的约占3/4,开白花的约占1/4。也就是说,杂交二代豌豆开红花的植株与开白花植株的数量之比是3∶1。

孟德尔在解释这一性状的遗传行为时认为,在开红花的豌豆和开白花的豌豆杂交后,第一代杂交后代全部开红花,这说明豌豆开红花的性状遗传下来了,而且呈显性;而豌豆开白花的性状虽然也存在于豌豆花中,但隐而未现,因此叫做隐性;到了杂交的第二代中,开红花的豌豆占到3/4,其中只含有红花性状的占1/4,同时含有两种性状而红花性状呈显性、白花性状呈隐性的占1/2,开白花的也就是说只含有白花性状的占1/4。这个实验证明,杂交植物的不同性状在它的第一代后代中会全部包含,只不过有显性和隐性的区别;在第二代之后,这些植物的不同性状会通过一定的规律逐步分离出来,返回到其原来的状态中去。这就是著名的孟德尔分离定律

同时,孟德尔还研究了子叶的颜色、种子的圆皱、植株的高矮等性状的遗传和变异行为。他发现,如果同时考察两对性状,如花色和株高时,性状的分离是互不干扰的,在杂交二代里,红花高秆、红花矮秆、白花高秆和白花矮秆的比例接近于9∶3∶3∶1(高秆为显性性状),这就是植物遗传学上著名的孟德尔独立分配法则。

孟德尔的工作揭示了生物遗传的两个基本规律——分离定律和自由组合定律,后人统称为孟德尔定律

孟德尔认为植物的每一性状,是由一个遗传因子负责传递的。遗传下来的并不是具体性状,而是遗传因子,因为性细胞里并没有红花、白花等具体性状,他还认为,遗传因子在体细胞内成双存在,而在性细胞内成单,并成颗粒状存在,杂交以后它的颗粒仍保持独立,彼此不融为一体。在杂交产生配子(即性细胞)时,不同遗传因子各自分离开来。并分配到不同的配子里,完整的遗传绐下一代。这就是孟德尔的颗粒遗传因子的概念。

孟德尔的法则与遗传因子的概念,是植物遗传的基本规律,也为生物的基因学说奠定了基础,拉开了现代遗传学研究的帷幕。

到20世纪初,在众多科学家的辛勤努力下,遗传学又有了新的发展,这其中贡献最大的是美国学者摩尔根。摩尔根和他的学生们及其研究组用一种双翅目昆虫——果蝇作为实验材料,对其遗传和变异进行了大量的遗传学和细胞学的研究,提出了染色体遗传理论。

人们大都是饲养猪、狗、猫、鸡、鸭等等,你有没有听说过有人居然喜欢养蝇类,而且成千上万的饲养呢?有这种喜好的人还真的存在,他们便是摩尔根和他的研究组员们。不过摩尔根和他的弟子们养的是一种比较特别的蝇类——果蝇。果蝇的身体很小,饲养成本低、繁殖快,在25摄氏度的时候,果蝇12天就可以繁殖一代,而且一只雌果蝇一次可以生产几千个后代,这就是摩尔根饲养果蝇的原因。事实上,果蝇作为遗传学实验材料还有许多优点,这是摩尔根当时没有想到的。

摩尔根当时用来做实验的雄果蝇具有黑色的身体、紫色眼睛、残缺翅等性状,并且这些性状是可以真实遗传的隐性性状。它们相对应的野生型果蝇是灰色身体、红眼和长翅,这些性状都是显性性状。用具有隐性性状的雄果蝇和具有显性性状的野生型果蝇进行杂交,得到的第一代杂种,全部表现为灰身、红眼和长翅。当把这种杂交的雄性果蝇和具有隐性性状的雌性果蝇做回交实验时,按照孟德尔的自由组合规律,它们的后代应该表现出相等的十六种不同的组合。可是,事实上,它们的后代仅仅出现了两种组合:与它们的祖父母的性状完全一样,不是黑身、紫眼、残翅,就是灰身、红眼、长翅,此外就再也没有其他类型了。

怎么解释这个现象呢?科学家们又遇到了一个大难题。但是,越是有困难就越能激发科学家们的兴趣。为此,不少科学家纷纷进行研究,提出各种假说,但是,只有摩尔根才对这个现象给予了一个成功的解释。

摩尔根首先假定这三个性状的基因都位于一个染色体上,那么,不同染色体上的基因是按照自由组合规律进行分配的,但是在同一条染色体上的基因便不能自由的组合了。摩尔根就把这种现象叫做连锁。后来,科学家们又进行了许多实验,终于证明了连锁现象的存在。科学家们把连锁在一起的基因叫做连锁群,而且他们发现,不少生物的连锁群和单组染色体个数总是相互吻合的,例如果蝇的单倍染色体数目为4,而果蝇恰恰有4个连锁群;玉米有10对染色体,对于玉米已经研究过的400多个基因也刚好属于10个连锁群;孟德尔实验中所用的豌豆有7对染色体,有趣的是孟德尔所用的7对相对性状的基因恰好位于仅有的7对染色体上,所以也就表现出了自由组合的规律。

后来,摩尔根在实验的过程中发现,具有黄体、白眼两种隐性性状的雄果蝇,同具有显性性状的灰体、红眼的雌果蝇交配,所生出的子女全部都是显性性状;再将杂交第一代的雌果蝇,同具有黄体、白眼两种隐性遗传性状的雄果蝇回交,便会得到4种孙辈个体,4种个体中,有两种和它们的祖父母相同,或者是黄体、白眼,或者是灰体、红眼,占孙代个体总数的99%。这一点说明,亲代联合在一起的性状,在杂交后代中绝大多数还是合在一起的。可令人奇怪的是,在孙辈后代中还出现了两种新的类型:一种是黄体红眼,另外一种是灰体白眼,这两种类型占后代个体总数的1%。摩尔根认为,这两个基因一定是位于同一染色体上,所以绝大部分(99%)后代依然连锁在一起。可是有少数(1%)个体,在配子形成时,在两个基因间曾经发生了交换,以至于产生了新的组合,他把这种现象称为互换。

摩尔根和以后的学者们为了验证这1%的新个体不是偶尔得到的,而是具有一定规律的,还做了许多实验,对其加以证实、他们在实验中发现,各种不同类型的基因之间的确是存在着一定的互换,而且互换率实际上是高低不一的,这就是遗传学上著名的连锁与互换规律。

真想不到,我们看起来平平常常的豌豆和令人有点讨厌的果蝇,竟然成为人类发现生物遗传规律的载体,看起来,豌豆和果蝇对遗传学发展的贡献可不小呢。

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第1个回答  2021-01-13

王子一心要娶一位真正的公主为妻。为了测试雨夜投宿的小姐是不是真的公主,王后在20张床垫和20床羽绒被下放上一粒豌豆。注:本视频根据2019新人教版教材制作。

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