孟德尔发现的遗传定律有(发明创造的故事)
孟德尔揭开遗传的秘密
自古以来,人们都知道"种瓜得瓜,种豆得豆","牛生牛,羊生羊","子女的相貌总有些像父母"。这种生物的特性,是怎样一代一代传下来的呢?其中的奥秘何在呢?这曾经引起许多人的兴趣,科学家们也一直在进行着艰苦的探索。
19世纪,奥地利布隆的奥古斯丁修道院是当地的一个学术和科学研究的中心。1843年秋天,修道院新来了一名修道士,他就是现在被人们公认的伟大的遗传学家孟德尔(1822--1884)。
孟德尔出生于奥地利西里西亚一个小村庄的农民家庭,他是家里5个孩子中唯一的一个男孩,自幼天资卓越,酷爱科学,但却无钱接受良好的教育。当地的小学校长很欣赏孟德尔那异常的才能,劝说他的父母让他继续求学。以后,在大学的学习期间,孟德尔经常为求学的资金而奔波,但他在自传中写道:"由于缺乏朋友,又没人推荐,所有努力都没成功。"这种失败常使他焦虑,并导致了严重的疾病。后来经他在大学预备班读书时的一位老师(布隆修道院工作多年的修道士)的推荐进修道院当一名僧侣,解决了生存问题。
孟德尔进院时,人们正利用修道院这块园地研究植物的遗传、变异、进化等问题。在这里他得到一些初步的训练。为了得到自然科学方面的更好训练,孟德尔被准许在维也纳大学学习两年。在此期间,他系统学习了动物学、昆虫学、植物学、古生物学、物理学、化学和数学,同时他还受到了杰出科学家们的影响。例如恩格,他是细胞理论发展中的一位重要人物,孟德尔从他那里学到了把细胞看作为动、植物有机体结构的观点。此外,孟德尔还参加了维也纳大学的动植物学会,发表过一些生物学论文。
孟德尔回到修道院以后,对多种生物学问题进行了探索。他研究了豌豆象鼻虫;种植豌豆做杂交试验;饲养50箱蜂,试图用来自美国、埃及、欧洲的蜂群进行杂交。他还养过老鼠,用老鼠做过遗传研究,特别是从1854年夏天开始,他用34个株系的豌豆进行了历时8年的豌豆杂交实验。
孟德尔选用豌豆为实验材料的理论依据是:首先,豌豆是自花授粉植物,不受外来花粉的干扰,且易于摘除雄蕊。其次,豌豆有稳定而显著的外表性状。他在实验中搜集到34个豌豆品种,从中选出22个纯种品系作为实验材料,确定用7对相对性状(圆粒,皱粒;黄子叶,绿子叶;红花,白花;荚膨大,荚缢缩;熟荚绿色,熟英黄色;花腋生,花顶生;植株高,植株矮)的植株进行杂交。他同时对植株进行自花传粉和人工杂交授粉,并将授粉后的植株仔细包扎起来,以免出现其他意外的授粉。下一代生长出来后,继续进行同样的授粉。
豌豆杂交试验
他首先考察植株的高矮这对性状的遗传情况。将矮株与矮株杂交,高株与高株杂交,结果发现,矮株与矮株杂交后产生的种子永远只能生长出矮株,而高株与高株杂交形成的种子生长出的植株则不同,约占总数的1/3的种子代代生育高株,其余的高株的种子生长出一部分高株,一部分矮株,高矮的比例大约是3:1,这就说明高株有两类:一类是纯种的,一类是非纯种的。他又将矮株与纯种高株杂交,出现的现象令盂德尔很吃惊,杂交生长出的植株竟然全是高株,而矮株的性状似乎全部消失了。但当他又将这一代杂交生出的高株进行自花授粉,结果新一代l/4是纯矮种,l/4是纯高种,2/4是非纯高种。
豌豆的高矮株杂交试验
这种规律性简直是太神奇了。孟德尔认识到,豌豆的高矮性状在遗传时表现不同,前者是显性,后者是隐性的,也就是说在它们都存在时,只显现高株性状,矮株性状并没有消失,等到下一代不存在高株性状时,矮株性状才能表现出来。
这种显性和隐性的性状遗传是否具有普遍性呢?孟德尔接着考察了其他一些性状,结果发现类似的遗传规律也在起作用。如圆粒豌豆与皱粒豌豆杂交,圆粒是显性性状,皱粒是隐性性状;红花豌豆与白花豌豆杂交,红花是显性性状,白花是隐性性状,其性状的分配规律恰好是3:1。
孟德尔是这样解释他的实验结果的:①性状是由遗传因子控制的,这种遗传因子在体细胞中是成对的,一个来自父本,一个来自母本,形成配子时彼此分配到不同配子中去,即每个配子只有其中一个遗传因子;②在第一代体细胞中,这种遗传因子各自独立,不发生混淆和干扰,但对性状表现却有影响,从而有显性和隐性之分;③杂种所产生的不同类型的配子数目相等,而且两种配子(雄配子和雌配子)结合是随机的。
虽然当时相当普遍地进行植物杂交试验,但孟德尔采用的实验方法和统计方法是独一无二的。他在发展并充实前人正反两个方面的经验的基础上,选择了明显的相对立的成对性状着手观察,从一对性状开始,增加到两对……由简而繁,仔细观察,认真记录,然后用数学方法统计各种性状呈现的数量。在整个实验过程中,他处理了近3万株豌豆植株,把获得的大量材料归纳整理,提出假设,进行推理。这一整套严谨的科学方法使他的实验研究结果反映出生物遗传规律的本质,并得到了相应的数学关系式。人们分别称他的发现为“孟德尔第一定律——分离定律” 和“孟德尔第二定律——独立分配定律”。
孟德尔第一定律即分离定律:在生物体的细胞中,控制同一性状的遗传因子成对存在,不相融合;在形成配子时,成对的遗传因子发生分离,分离后的遗传因子分别进入不同的配子中,随配子遗传给后代 。
孟德尔第二定律——独立分配定律即为:当两对以上的等位基因进入一个配子时,它们相互之间是独立自由组合的,后代基因型是雌配子和雄性配子随机受精决定的。
孟德尔的第一、第二定律揭示了生物遗传奥秘的基本规律。除了豌豆以外,孟德尔还对其它植物作了大量的类似研究,其中包括玉米、紫罗兰和紫茉莉等,以期证明他发现的遗传规律对大多数植物都是适用的。
他于1865年在布隆博物学会上宣读了《植物杂交实验》的论文,1866年他的研究论文发表在该学会的学报上。
孟德尔是第一个对遗传现象作出系统的实验和观察,并且提出规律性理论解释的人。但他的这一创造性的研究成果在当时并未引起那些有名望的生物学家们的重视,直至1884年孟德尔病逝时,也没有一个人把他当做一位伟大的科学家。
1900年,荷兰的德·佛里斯、德国的柯灵斯和奥地利的丘歇马克都各自独立地从事植物的杂交试验,分别得到了与孟德尔一致的结论。但他们在查阅文献资料时,意外地发现孟德尔的文章,因而这3位科学家都把荣誉归于孟德尔,而且用自己的实验证明了孟德尔成果的正确性。也正是到这时,孟德尔学说的伟大及对科学的贡献才真正被人们所认识。大家公认是孟德尔揭开了遗传的秘密,他是现代遗传学的奠基人。因此,人们在布隆为孟德尔树立了一尊纪念石像。
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