孟德爾定律

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孟德爾定律是一系列描述了生物特性的遺傳規律並催生了遺傳學誕生的著名定律,包括兩項基本定律和一項原則即:顯性原則分離定律(孟德爾第一定律),以及自由組合定律(孟德爾第二定律)。此定律由奧地利修道院士格里哥·孟德爾於1865至1866年間發表,並在1900年被重新發現。定律發表初時頗具爭議。孟德爾定律與托馬斯·摩爾根1915年發表的遺傳的染色體學說英語:Boveri-Sutton chromosome theory)共同組成了經典遺傳學的基礎。英國遺傳學家羅納德·費希爾將二者與自然選擇學說相結合,發表於他1930年的著作《自然選擇的遺傳理論》(英語:The Genetical Theory of Natural Selection)中,他為進化提供了數學理論基礎,同時也是群體遺傳學現代演化綜論的奠基者。[1]

歷史[編輯]

孟德爾在修道院後院種植豌豆[2],發現並總結出了兩條規律,後人稱之為孟德爾定律。他在1856年至1863年間種下了約5000株豌豆植株並進行雜交實驗,隨後於1865年在布呂恩自然科學研究協會上報告了他的研究結果,1866年他又發表了論文《植物雜交試驗》(德語Versuche über Pflanzen-Hybriden)。[3]

可惜在孟德爾生前,這一發現沒有得到充分的矚目。但是也沒有完全被埋沒,如19世紀中葉,威廉姆·霍克阿爾貝爾特·布朗貝里伊萬·舒馬爾豪森海德·貝利等人都在各自的論文中提到了孟德爾定律。此外,大不列顛百科全書1881年版已經有了對孟德爾研究的介紹。只是當時的生物學家認為孟德爾的結論並不普遍適用,就連孟德爾自己都認為這些規律只適用於特定的某些物種或性狀。孟德爾定律之所以未受到重視,很大程度上是因為19世紀比較流行融合說或者混合說,[2] 融合說將遺傳現象解釋為:母方卵子與父方精子中存在的「某種液體」混合是子代繼承父母兩方特徵的原因。與此相對,孟德爾自立粒子說並且預言,決定父母方性質的是某種單位化的粒子狀物質。由於當時的技術水平的局限孟德爾沒能完全解釋這裡的粒子是什麼,現在我們知道這裡的粒子就是遺傳因子,而融合遺傳則是復等位基因共同作用的結果。可以說孟德爾為以後的遺傳因子理論奠定了框架基礎,這一發現具有歷史性的意義。

1900年荷蘭雨果·德·弗里斯(Hugo de Vries),德國卡爾·柯靈斯(Carl Correns),和奧地利契馬克(Erich von Tschermak)、各自獨立研究再次發現了這一定律。經過對過去文獻的調查,最終發現了孟德爾的論文。並且以此將這一定律命名為「孟德爾定律」。為這一定律命名的是柯靈斯,孟德爾個人沒有將之稱為「定律」。

方法與結果[編輯]

  1. 區分外形:孟德爾首先注意到豌豆有高莖和矮莖並且由此入手開始了研究。
  2. 篩選純種:孟德爾將高莖的豌豆種子收集起來進行了培植,又將培育出來的植株中的矮莖剔除而將高莖篩選出來,留下的高莖種子〈又稱第一子代,以此列推〉第二年再播種培植,如此重複篩選幾年,最終種下的種子完全都能長成高莖。以同樣的手段,經多年努力又篩選出了絕對長成低莖的種子。
  3. 顯性法則的發現:孟德爾將高莖種子培育成的植株的花朵上,受以矮莖種子培育成的植株的花粉。與此相反,在矮莖植株的花朵上受以高莖植株的花粉。兩者培育出來的下一代都是高莖品種。
  4. 分離定律的發現:接下來孟德爾將這批高莖品種的種子再進行培植,第二年收穫的植株中,高矮莖均有出現,高莖:矮莖兩者比例約為3:1。
    孟德爾除了對豌豆莖高以外,還根據豌豆種子的表皮是光滑還是含有皺紋等幾種不同的特徵指標進行了實驗。得到了類似的結果,表皮光滑的豆子與皺紋豆子雜交後,次年收穫的種子均為光滑表皮。將下一代的種子再進行播種,下一年得到了光滑表皮與皺紋表皮兩種,比例也為3:1。此外孟德爾還針對種子顏色黃綠兩色作為區別標準進行了雜交試驗也得出了同樣的結果。
  5. 獨立分配定律的發現:孟德爾將豌豆高矮莖,有無皺紋等包含多項特徵的種子雜交,發現種子各自的特點的遺傳方式沒有相互影響,每一項特徵都符合顯性原則以及分離定律,這被稱為獨立分配定律。另外值得一提的是在孟德爾死後,發現這一定律只在一定的條件下方能成立。
單一性狀的雜交實驗。①親代②第一子代③第二子代。
將兩種不同表現型的親代進行雜交。在第一子代中,只有顯性表現型(紅花)出現;在第二子代中,則有顯性(紅花)與隱性(白花)兩種表現型,比率為3:1。
兩種性狀的雜交實驗。①親代②第一子代③第二子代。
將短毛白兔♀與長毛黑兔♂進行雜交。第一子代全為顯性表現型(短毛黑兔)。第二子代則有四種表現型:短毛黑兔、長毛黑兔、短毛白兔及長毛白兔,比率為9:3:3:1。
中間型/半顯性遺傳。①親代②第一子代③第二子代。
將紅花紫茉莉與白花紫茉莉進行雜交。第一子代得到介於顯性與隱性表現型之間的中間型(粉紅花),第二子代則得到紅花:粉紅花:白花=1:2:1。
孟德爾觀察的七種碗豆性狀:種皮形狀、子葉顏色、花色、豆莢形狀、豆莢顏色、開花位置、植株高矮。
從孟德爾的碗豆雜交實驗可以得出以下結論:
①親代父本與母本體內各有一成對因子(基因)可決定遺傳特徵。
②此一成對因子在雜交的過程中會分開,重新進行組合。(第一定律)
③不同遺傳特徵的基因獨立而不互相干擾。(第二定律)

解釋[編輯]

首先以原來的融合說來考慮會得到如何的結果。假如說決定外形特徵的是某種液體狀的物質。假設決定植株高莖的是100%純果汁的柳橙汁,決定植株矮莖的是不含果汁的柳橙汁。按照顯性原則100%和0%的下一代應該是50%。

不符合孟德爾定律的例子[編輯]

  1. 細胞質遺傳:細胞質遺傳的特點是通過細胞質內的遺傳物質來控制。也就是說細胞質遺傳是兩個親本雜交,後代的性狀都不會像細胞核遺傳那樣出現一定的分離比,而是隨機地、不均等地分配到子細胞中去。

動物驗證孟德爾定律[編輯]

孟德爾以及初期研究者多以植物進行實驗。英國的威廉姆·貝特松等使用、日本的外山龜太郎利用等動物驗證了孟德爾定律。外山的論文於1906年發表。

小補充[編輯]

  1. 因後人對孟德爾提出的遺傳法則作實驗發現有些實驗都吻合。所以後人稱他為『遺傳學之父』。
  2. 也可用棋盤方格法更淺顯易懂

參考文獻[編輯]

  1. ^ Grafen, Alan; Ridley, Mark. Richard Dawkins: How A Scientist Changed the Way We Think. New York, New York: Oxford University Press. 2006: 69. ISBN 0-19-929116-0. 
  2. ^ 2.0 2.1 Henig, Robin Marantz. The Monk in the Garden : The Lost and Found Genius of Gregor Mendel, the Father of Modern Genetics. Houghton Mifflin. 2009. ISBN 0-395-97765-7. The article, written by an Austrian monk named Gregor Johann Mendel... 
  3. ^ See Mendel's paper in English: Gregor Mendel. Experiments in Plant Hybridization. 1865.