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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个孩子中惟一的一个男孩,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做为动。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。
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。
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。 |