求一篇关于孟德尔豌豆实验的小论文

奥地利学者孟德尔(1822-1884)是遗传学的先驱。他通过豌豆杂交实验发现了生物遗传的两个重要定律:分离定律和自由组合定律,提出了遗传因素假说,不仅为遗传学的发展奠定了基础,而且对整个生物学的进步产生了深远的影响。

孟德尔从小随父栽培果树,熟悉农学。1840年,他考上了大学,却因为家境不好而辍学。1843年入布天宫出家。这座修道院的住持是奥地利某地区的农业协会主席。他主张利用庭院空地进行农学实验,并派僧侣到附近学校任教,使修道院成为这一地区的农学和教育中心。孟德尔曾经在这里做过一位非常有成就的植物学家的助手,所以他被训练从事植物实验。1847开始做牧师,1851被推荐到维也纳大学深造。他学习了数学、物理、化学、动物学、植物学、昆虫学和古生物学,向物理学家多普勒、生物学家翁戈等名师学习了开展科学实验的思想和技术。1853年,他回到修道院继续当牧师,在一所技术中学教授自然科学课程,晚年担任住持。孟德尔虽然当了一辈子牧师,但由于他深厚的科学素养、高超的实验技能和优秀的科研成果,他无疑是一位杰出的植物学家。

孟德尔在前人的工作中看到了一个惊人的规律性现象:同一物种之间进行人工杂交时,同一杂交类型总是重复出现。这引起了他的浓厚兴趣。他在高度评价众多植物学家研究成果的同时,指出了他们的不足之处:就实验的规模和方法而言,尚未有效提出一个能阐明杂种形成中亲本与后代制约关系的普遍规律。孟德尔明确地把寻求这一普遍规律作为他的研究目标。由于他在实验方法上的重大突破,经过八年的努力,他终于取得了卓越的成就。

孟德尔在研究方法上的突破和创新主要表现在两个方面:一是努力选择合适的实验材料。他指出:“任何实验的价值和效用都取决于它的材料是否适合研究的目的。”其次,引用了物理学等非生命科学中的因子分析方法,尤其是数理统计方法。这在当时的生物学上是开创性的,所以孟德尔被认为是数学思维在生物学上实际应用的奠基人。

为了避免实验中出现可疑甚至荒谬的结果,他认为杂交实验所用的植株必须是:1)性状稳定、可区分;2)这种植物的杂种可以防止开花时外来花粉的影响;3)杂种及其后代的育性不应受到明显干扰。根据前人和自己的经验,他首先关注豆科植物。他通过实验发现,豌豆具有上述条件,而且豌豆还具有生长期短、易栽培、花器官大、人工杂交时去雄授粉方便等优点。

1856年,孟德尔在修道院的一块地上从事豌豆杂交实验。在此之前,他花了两年时间进行选种和试种,从34个豌豆品种中培育出22个纯品种进行实验,以保证实验结果的确定性。

在部署实验时,孟德尔选择了7对差异明显的豌豆进行实验研究:1)种子的形状,圆形或皱折状;2)子叶的颜色,黄色或绿色;3)种皮的颜色,灰色或白色;4)豆荚的形状,饱满或起皱;5)豆荚的颜色,黄色或绿色;6)花的位置,主茎顶端或主茎轴;7)茎的长度,高或矮。

他把7对性状中每一对的纯种豌豆杂交,它们的后代植株,也就是它们的后代,都表现出一个亲本的性状。比如把一个高茎的豌豆和一个矮茎的豌豆杂交(以高茎为父本,矮茎为母本;或者以矮茎为父本,高茎为母本),后代都是没有矮茎的高茎。再比如纯豌豆与圆粒和皱粒杂交(圆粒为父本,皱粒为母本;或者皱纹是父代,圆粒是母本),后代都是没有皱纹的圆粒。孟德尔把第一代出现的性状称为显性性状,没有出现的称为隐性性状。

第一代植物自交得到第二代。高茎豌豆第二代中,约3/4为高茎,1/4为短茎,株高与株高的比例接近3:1。在豌豆自交的第二代中,约有3/4是圆粒,1/4是皱粒,它们的比例也接近3:1。在其他几对豌豆的杂交实验中,其第二代的显性和隐性比例也接近3:1。这种显性和隐性性状在第二代分别出现,具有比例稳定的规律性,称为遗传学的分离定律。

孟德尔继续杂交两对豌豆。例如,种子圆、子叶黄的豌豆与种子皱、子叶绿的豌豆杂交,后代都表现出种子圆、子叶黄这两个显性性状;第二代分为圆黄、圆绿、皱黄、皱绿四种,在数量上表现为9/16:3/16:3/16:1/16,即9: 3: 3。任何两对豌豆杂交实验都能获得相同的稳定比率。这个定律叫做遗传学自由组合定律。

孟德尔提出了遗传因素假说来解释实验结果。他认为植物的每一个性状都来自生殖细胞中的一对“遗传因子”,一个来自父本,一个来自母本。产生显性性状的显性遗传因素用大写字母A,B表示...;产生隐性性状的隐性遗传因素用小写字母a,b …表示。如果两个因子相同,则表示具有某种性状的纯种,例如高茎性状用A表示,矮茎性状用A表示,亲本纯高茎株用AA表示;亲本的纯矮株是aa。他还假设每个生殖细胞只获得一对遗传因子中的一个。比如高豌豆的生殖细胞只有一个A,矮豌豆的生殖细胞只有一个A。杂交后,两个遗传因子结合形成Aa。A对A是显性的,所以后代植株都是高茎。当后代自花授粉形成生殖细胞时,A和A分离。分别含有A和A的两种精子和两种卵子结合形成第二代,有四个因子:AA,Aa,Aa。前三个是显性,最后一个是隐性。显性与隐性的比例为3:1。

孟德尔在论文中写道:“设n代表两个原始物种的区别性状的个数,3n代表组合系列中的项数,4n代表属于这个系列的个体数,2n代表保持稳定的组合数。”其中一些理论总结与他的实验结果非常吻合。

孟德尔题为《植物杂交实验》的论文发表在《布田自然科学研究社学报》第4卷(1865),并发送给欧美120多个图书馆。他希望有人能做重复实验或对照实验,这样他的结论就能得到检验。然而除了被冷落,被怀疑,被嘲笑,没有人来做这样的实事。35年后的1900年,三位植物学家意识到了这篇论文的重要价值,并使其大白于天下。这一历史事实说明孟德尔的论文确实具有强大的生命力,而八年扎实的实验工作、大量真实可靠的实验数据、精湛独特的研究方法和深入合理的理论分析正是其强大生命力之所在。