1.孟德尔的豌豆杂交实验一如图所示高茎豌豆与矮茎豌豆异花传粉的示意图 。结果发现,无论是以高茎作母本,矮茎作父本,还是以高茎作父本,矮茎作母本(即无论是正交还是反交),它们杂交得到的第一代植株(简称“子一代”,以F1表示)都表现为高茎 。也就是说,就这一对相对性状而言,F1植株的性状只能表现出双亲中的一个亲本的性状——高茎,而另一亲本的性状——矮茎,则在F1中完全没有得到表现 。
孟德尔让上述F1的高茎豌豆自花授粉,然后把所结出的F2豌豆种子于次年再播种下去,得到杂种F2的豌豆植株,结果出现了两种类型:一种是高茎的豌豆(显性性状),一种是矮茎的豌豆(隐性性状),即:一对相对性状的两种不同表现形式——高茎和矮茎性状都表现出来了 。孟德尔的疑问解除了,并把这种现象称为分离现象 。不仅如此,孟德尔还从F2的高、矮茎豌豆的数字统计中发现:在1064株豌豆中,高茎的有787株,矮茎的有277株,两者数目之比,近似于3∶1 。
2.孟德尔的豌豆杂交实验的具体步骤孟德尔对上述7个豌豆杂交试验结果中所反映出来的、值得注意的三个有规律的现象感到吃惊 。事实上,他已认识到,这绝对不是某种偶然的巧合,而是一种遗传上的普遍规律,但对于3∶1的性状分离比,他仍感到困惑不解 。经过一番创造性思维后,终于茅塞顿开,提出了遗传因子的分离假说,其主要内容可归纳为:
(1)生物性状的遗传由遗传因子决定(遗传因子后来被称为基因) 。
(2)遗传因子在体细胞内成对存在,其中一个成员来自父本,另一个成员来自母本,二者分别由精卵细胞带入 。在形成配子时,成对的遗传因子又彼此分离,并且各自进入到一个配子中 。这样,在每一个配子中,就只含有成对遗传因子中的一个成员,这个成员也许来自父本,也许来自母本 。
(3)在杂种f1的体细胞中,两个遗传因子的成员不同,它们之间是处在各自独立、互不干涉的状态之中,但二者对性状发育所起的作用却表现出明显的差异,即一方对另一方起了决定性的作用,因而有显性因子和隐性因子之分,随之而来的也就有了显性性状与隐性性状之分 。
(4)杂种f1所产生的不同类型的配子,其数目相等,而雌雄配子的结合又是随机的,即各种不同类型的雌配子与雄配子的结合机会均等 。
3.孟德尔的豌豆杂交实验一如图所示高茎豌豆与矮茎豌豆异花传粉的示意图 。
结果发现,无论是以高茎作母本,矮茎作父本,还是以高茎作父本,矮茎作母本(即无论是正交还是反交),它们杂交得到的第一代植株(简称“子一代”,以F1表示)都表现为高茎 。也就是说,就这一对相对性状而言,F1植株的性状只能表现出双亲中的一个亲本的性状——高茎,而另一亲本的性状——矮茎,则在F1中完全没有得到表现 。
孟德尔让上述F1的高茎豌豆自花授粉,然后把所结出的F2豌豆种子于次年再播种下去,得到杂种F2的豌豆植株,结果出现了两种类型:一种是高茎的豌豆(显性性状),一种是矮茎的豌豆(隐性性状),即:一对相对性状的两种不同表现形式——高茎和矮茎性状都表现出来了 。孟德尔的疑问解除了,并把这种现象称为分离现象 。
不仅如此,孟德尔还从F2的高、矮茎豌豆的数字统计中发现:在1064株豌豆中,高茎的有787株,矮茎的有277株,两者数目之比,近似于3∶1 。
4.如何做豌豆杂交实验孟德尔的实验过程孟德尔在实验工作中贯彻了从简单到复杂的原则.他所用的两个亲本(父本和母本)都只相差一个性状,事实上不管这两个亲本有多少种性状差别,他只注意研究一对性状的遗传规律.孟德尔与那些早期研究者相比,他获得成功主要有以下四个原因.精心选择实验材料孟德尔从豆科植物中选择了自花传粉而且是闭花受粉的豌豆作为杂交实验的材料.从市场买来的豌豆种子可以说都是纯种.杂交实验从纯种出发,是他实验成功的保证,只有这样才能得到真正的杂种.豌豆花的结构特点,使得人工方法去雄和进行异花授粉很方便.此外,他对豌豆材料进行了品种和性状的选择,挑选的有差异的性状既明显而又稳定.精心设计实验方法实验设计是科学方法学的重要组成部分.孟德尔的成功还归因于采取单因子分析法,即分别地观察和分析在一个时期内的一对性状的差异,最大限度地排除各种复杂因素的干扰.他首先发现了“分离定律”,然后在这个基础上,再把个别性状综合起来,又发现了“自由组合定律”.精确的统计分析对杂交实验的子代中出现的性状进行分类、计数和数学的归纳.由于孟德尔有数学和统计学家的头脑和训练,他从一个简单的二项式展开式的各项系数中,找到了豌豆杂交实验显示出来的规律性,并深刻地认识到1∶1、3∶1数字中所隐藏着的深刻意义和规律.首创了测交方法孟德尔巧妙地设计了测交方法,令人信服地证明了他的因子分离假设的正确性.实践证明这种以杂交子一代个体再与其隐性纯合亲本进行测交的方法,完美而巧妙地成为遗传学分析的经典方法.孟德尔成功地发现了遗传规律也存在“巧合”的因素.现在已知豌豆体细胞中存在不同的7对同源染色体,配子中有7条染色体.孟德尔研究的7对性状的遗传因子并不正好分布在7对不同的同源染色体上,而只是分布在4对同源染色体上.其中第一对同源染色体上坐落两对基因(子叶黄绿和种皮的灰白,图距单位为204).第四对同源染色体坐落三对等位基因(植株高矮、豆荚形状等).第七对同源染色体上坐落一对等位基因(豆粒圆皱).由于交换值具有相对的稳定性,所以通常以交换值表示两个基因在同一染色体上的相对距离,或称为遗传学图上的图距.图距小于50出现连锁现象.孟德尔的二因子和三因子杂交实验所涉及的性状不是由非同源染色体上基因决定的,就是由同源染色体上基因决定,但两对基因的图距非常大,以致这两对基因表现出自由组合.2.正交、反交、杂交、自交的实验方法的介绍孟德尔的杂交实验实际上包含了两种交配方式:一种交配方式称为杂交,另一种交配方式称为自交.杂交一般指两个具有不同基因型品种或类型的个体间雌雄配子的结合.自交是指同一个体或不同个体但为同一基因型的个体间雌雄配子的结合;此定义比植物学的定义广,植物学自交特指自花受粉.植物学的自花受粉即遗传学上的自交;但植物学的异花受粉包含遗传学上的杂交和自交.在植物有性杂交中,把接受花粉的植株叫做母本,用符号“♀”表示;供给花粉的植株称为父本,用“♂”表示.父母本统称为亲本,用“P”表示,杂交符号用“*”表示,自交符号用“”表示,杂种一代用“F1”表示,杂种二代用“F2”表示,依此类推.如果在做杂交时,父母本相互交换,这在遗传学上称为互交.例如,现有两个亲本,用P1和P2表示.第一个杂交实验♀P1*P2♂,第二个杂交实验♂P1*P2♀,即第一个杂交实验P1为母本,而P2为父本;第二个杂交实验P1却作为父本,而P2却作为母本,前一个杂交组合称为正交,后一个杂交组合称为反交,两个杂交组合就叫互交.互交实验结果是否一致可以推断控制性状的基因是细胞质基因还是细胞核基因.正反交结果一致说明控制性状的基因是核基因;不一致说明控制性状的基因是细胞质基因.当核基因分为常染色体基因(位于常染色体上的基因)和性染色体基因(位于性染色体上的基因)时,两种基因控制的性状也可以通过互交实验加以区别.互交结果一致说明控制性状的基因是常染色体基因;不一致说明基因为性染色体基因.杂交亲本一般应选用纯合子,即基因型纯合的个体.玉米属于异花受粉作物,一般情况下都是杂合子.为了获得纯合的个体,让玉米植株通过多次自交,就可得到几乎是基因型纯合的个体,我们称为自交系,它可作为配制杂种的亲本.自交方法基本同杂交方法.不同的是:杂交是两个不同自交系间个体的交配,而自交是同一自交系内个体(包括同一个体)的交配;杂交的目的是获得杂合的个体,而自交的目的是获得纯合的个体;杂合个体可产生多种不同的配子,后代中出现分离现象,纯合个体只产生一种配子,后代中只有一种基因型,后代中不出现分离现象,且表现型与基因型相同.3.孟德尔设计测交实验的目的孟德尔的一对相对性状的杂交实验中,F2代中显隐性比例接近3∶1,在所有实验中没有中间类型出现.他指出F2中的显性性状有两种含义:亲本类型的显性和杂种类型的显性.前者指性状稳定地传给所有后代,后者指在后代中继续表现分离,这从孟德尔在F3中的结果可以得到证实.在全部7对性状的F2中,具有显性性状的类型中,2/3是具有杂种性状的显性,1/3则是具有亲本性状 。
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