孟德尔怎样从豌豆中发现遗传的秘密?
生物的遗传与变异是一种普遍现象,子女与父母之间、同胞兄弟姐妹之间,既会有长得相似的地方,也会有长得不一样的地方。生物所表现出来的特征也称为性状,像血型、身高、脸型等都是性状。性状的相似就叫遗传,性状的差异就叫变异,遗传与变异是同时存在的。
生物为什么会发生遗传和变异?导致遗传和变异的原因是什么?它们之间有什么规律?其实,很早就有人关心这类问题了,可始终得不到正确的结论。从1856—1863年,在奥地利布隆市(现属捷克)的一座修道院里,有一位戴着金丝边眼镜的青年神父格雷戈尔·孟德尔,他用市场上买来的几种不同品种的豌豆,在一块约220平方米的园地里进行了8年的杂交试验,终于揭开了遗传的奥秘。
实验的第一步是根据豌豆的不同颜色和形状,挑选出一一对应的性状,例如有的豌豆品种开红花,有的开白花,红花和白花是一对相对性状;有的豌豆种子的形状是圆形的,有的是皱形的,圆形种子和皱形种子也是一对相对性状;还有,豌豆种子有黄色和绿色之分,它们又是一对相对性状。
孟德尔首先观察了豌豆的红花和白花这一对相对性状,发现了一个奇妙的现象:红花豌豆与白花豌豆杂交后,所得后代(子一代)既不像人们想象中的开粉红色花,也没有开白色花,绽放的都是红色花朵。
奇怪!红花和白花的后代中,为什么看不到白色花呢?孟德尔给这两个性状起了一对形象的名字:在子一代显露出来的性状——红花,叫作“显性性状”;子一代中隐藏起来的性状——白花,叫作“隐性性状”。
孟德尔很好奇,决定把实验继续下去。这次他用子一代作为实验对象,用人工方法将同一株上的花粉传到这株豌豆的雌花柱头上,实行自交。经过自交后,一共得到929粒种子,这在遗传学中叫作子二代。孟德尔又把929粒种子播种下去,等到929粒豌豆萌发成株开花后,孟德尔惊异地发现,它们中既有开红花的,也有开白花的,而且红花与白花的数量之比大约为3:1。
这些现象究竟说明了什么?孟德尔继续对豌豆的其他6对相对性状分别进行实验,在子二代中,显性性状和隐性性状之比也都是3:1左右。奇怪!在子二代中,为什么隐性性状又出现了呢?为什么显性性状与隐性性状之比总是大约3:1呢?
孟德尔苦苦思索着,终于找到了合理的答案。他认为,双亲传递给子代的不是开红花或者白花这些性状本身,而是决定性状发育的因子。1909年,丹麦遗传学家约翰森创造了“gene”一词来称呼这种因子。1936年,中国遗传学家谈家桢把它的中文译名定为“基因”。约翰森还用“基因型”一词表示生物体的基因组成,用“表型”一词表示生物体表现的性状。
孟德尔推测,基因在生物体内是成对存在的。在产生生殖细胞(配子)时,成对的基因发生分离,分别进入配子,这就是分离定律。如果用基因符号来表示基因型,用作杂交试验亲本的开红花豌豆,其基因型是CC,形成的配子含有基因C,它决定显性性状(红花),叫作显性基因;用作杂交试验亲本的开白花豌豆,其基因型是cc,形成的配子含有基因c,它决定隐性性状(白花),叫作隐性基因。受精后的合子发育成子一代植株,其基因型是Cc。因为C对c是显性,所以基因型是Cc的子一代植株都开红花。
而开了红花的子一代在产生配子时,基因C和基因c分离,形成两种数目相等的配子,一种含基因C,一种含基因c。两种配子数目之比是1:1。雌雄配子受精结合而成的合子中,1/4的基因型是CC,表型是红;2/4的基因型是Cc,表型也是红;1/4的基因型是cc,表型是白。所以,子二代的基因型(CC:Cc:cc)之比是1:2:1,表型(红花:白花)之比正是孟德尔所看到的3:1。