逍遥学能 2017-05-15 12:27
遗传学是在孟德尔遗传定律的基础上逐步成长并建立起来的。孟德尔的卓越发现来自他高度创造性的豌豆杂交实验，他于1866年发表的《杂交实验》之论文，被认为是科学文献中的经典文章。然而，孟德尔并不是第一个进行杂交实验的科学家，在他之前，已有不少的科学家相继进行了不同植物的杂交实验。
孟德尔之前的杂交实验
18～19世纪期间，为了对植物进行品种改良以获得新的植物类型，并探讨杂种形成的理论，在欧洲一些皇家科学院公开悬赏科学论文的激励下，科尔罗伊德（Joseph Gottlieb K?elreuter, 1733～1806）等大批科学家开始进行一系列的植物杂交实验。他们的研究工作为孟德尔遗传定律建立了一个广泛的基础。科尔罗伊德被誉为「近代植物杂交实验之父」。他先后用138种植物进行了500多个不同的杂交实验，第一次证明了两个亲本的遗传贡献是相等的。他在某些实验中已发现，后代可出现类似亲本的性状，并描述了后代发生明显的性状分离现象。但是，他没有进行有关支配个体单一性状遗传定律的研究。
奈特（Thomas Andrew Knight, 1759～1838）于1799～1833年用豌豆进行了杂交实验。他在实验中，仔细地给花朵摘去雄蕊后再授粉，并以去雄后未授粉的花作对照组，发现了豌豆种子的灰色对白色为显性。他用白色种子的亲本和杂种回交，得到的下代种子有白色和灰色两种类型，但他没有去计数过杂种后代的性状分离比例。
萨格莱特（Augustin Sageret, 1763～1851）在1826年进行的甜瓜杂交实验中，把两个亲本的性状排成一组组相对性状，不仅证实了显性现象，也发现了不同性状的独立分离。
盖特纳（Carl Friedrich Von G?rtnor, 1722～1850）是孟德尔之前最博学、最勤奋、最有成就的科学家。较之前人，他在实验方法和对杂种的比较描述上，都有了很大的进展，先后分析了近一万个杂交实验。在玉米杂交实验中，他观察到黄色籽粒与其它颜色籽粒的分离比例为3.18:1，然而他无法对此作出任何解释。他于1837年发表的获奖论文《植物杂种形成的实验和观察》被孟德尔十分认真地研究过，称之为「里面记载了很多有价值的观察」。
诺丁（Charles Naudin, 1815～1899）在其10年的植物杂交实验研究中，也看到了杂种的性状分离，提出了「杂种后代分别保留着双亲性质」的重要假设。但他也没有去分析杂种的分离比，更未注意到这种分离的重要性。
可见，到孟德尔进行研究之前，这些先驱们在实验方法和思维上都存在着很大的缺陷。他们都过于满足简单地描述实验的结果，没有一个人对实验结果进行分类分析。他们谁也没有把杂种后代的性状分离看成是最关键的变化，当然也就谈不上应用数学分析的方法，从可变化的群体角度去解释所看到的遗传现象。
但是不管怎样，到了19世纪50年代，经过大量的植物杂交实验，先驱们已经清楚地证实了遗传定律中的许多事实。需要新的方法来解决遗传问题，并引进合适的概念阐述遗传理论的时机已经成熟了，而发现遗传定律的历史重任便落到了孟德尔身上。
孟德尔的植物杂交实验
孟德尔是遗传学史上第一个对遗传现象作出系统实验研究的科学家。他的认真求实、坚韧不拔的实验态度，严谨有序、富有创新的科学方法成为科学研究的典范。
孟德尔认为：「如果人们不想一开始就使成功的可能性陷入危险的境地，那么就要尽可能地仔细选择做这种实验的植物」。
在研究了盖特纳等人的杂交实验后，他选用豌豆作为实验材料。豌豆具有稳定、易识别的性状，又是严格的自花传粉植物，便于进行杂交。他从搜集到的34个豌豆品种中挑选出22个品种，经过纯系培育，从中确定了7对相对性状，分别进行杂交实验。这样,孟德尔的研究工作，便限定于彼此间差别十分明显的单一性状之遗传过程，从而简化了实验的条件。
孟德尔将具有一对相对性状的植株为一组进行杂交，如种子圆粒×种子皱粒、高茎×矮茎等。在所有7组实验中，他观察到无论是正交还是反交，F1都只表现双亲一方的性状，即显性性状。而对应的隐性性状则消失不见。在F1自交产生的F2子代中，除了有显性性状外，还出现了F1未呈现的隐性性状。
与先驱们以往的发现最大不同之处就在于孟德尔分类处理了F2中被前人认为是无规律的变异，他运用群体分析的方法，统计分析F2数以万计的种子和植株，确定了各种类型之间的数量关系。他就这样发现F2中的显性个体数和隐性个体数之比总是接近3:1。将大量的F2自交产生的F3中,他又发现凡是F2表现显性性状的类型中，总有三分之二的个体（即杂种）再度呈现了3:1的性状分离。孟德尔敏锐地觉察到杂种后代表现出的这种3:1的性状分离比必然反映着某种遗传的规律性。
对于实验中发现的3:1的性状分离现象，孟德尔运用假设──推理的方法进行解释。他推测每个性状都由相同的或不同的两个因子（即后来称为的基因）所代表，并以符号形式表达出来。如果用AA代表显性亲本，aa代表隐性亲本；Aa则代表亲本中表现出A因子代表的显性性状。来自显性亲本的A因子和来自隐性亲本的a因子在F1中不相混合，各自独立。在F1产生生殖细胞时，A和a要彼此分离，分别进入不同的生殖细胞中，由此形成比例为1:1的两种生殖细胞，每个生殖细胞中只含有成对因子中的一个。在受精过程中，雌雄生殖细胞随机组合，结果形成的F2为AA＋2Aa＋aa，其中AA、Aa均表现显性性状，aa表现隐性性状，显隐之比正好是3:1。
为了证明这种假设，孟德尔进而设计了侧交实验（即把F1与一个隐性类型相交），以检测F1产生的生殖细胞之类型及其比例。他对侧交实验所做的彻底分析表明所有预期将要出现的类型及比例，完全符合他的理论假设。
由于集中在单一性状和它们在后代中行为的研究是运用了假设和实验相互依存的模型，孟德尔总结出了「在杂种体内，来自母方和父方的不同因子从不混合，在生殖细胞形成时，不可避免地要发生分离」的理论，从而根除了人们对融合遗传的相信，揭示出生物遗传的最基本规律──分离定律。此后，孟德尔将他的新见解推广到包括两对以上相对性状的杂交实验的研究，揭示出了自由组合定律。
1865年2月8日和3月8日，孟德尔在奥国小城布隆（现属捷克）的自然科学协会会议上报告他的豌豆杂交实验成果。1866年又以题为《植物杂交实验》的论文发表在该协会会刊第4卷上。
正如他在这篇论文的绪言中所写到的：「在所有已做的大量实验中，没有一个是这样的规模和方法，能确定杂种后代中出现的各种类型的数目；或是很有把握地把每代出现的各种类型进行分类；或是确定这些类型的统计学关系。要从事这么大规模的工作是需要勇气的，但这样的工作，是我们最后解决问题唯一且正确的方法。」
孟德尔正是以极大的勇气，不拘泥于前辈思想的束缚，勇于革新实验方法，在处于孤立、面临种种困难的情况下，进行了长达8年的豌豆杂交实验。他以敏锐的眼光精心选择了实验材料；以深邃的构思合理设计了实验程序；以精确的数学分析方法恰当处理了实验结果。由此，他才能从表面上看来似乎是偶然的现象中，成功地发现人类对自然界之了解中杰出贡献之一的遗传定律，从而奠定了现代遗传学的基础。