我的豌豆杂交实验
豌豆杂交实验
现在由我汇报一下自己的豌豆杂交工作以及我在其中的一些新发现。汇报共分以下几部分:1、颗粒遗传与融合遗传之争;2、豌豆杂交的一般程序;3、我研究了豌豆的哪些性状;4,豌豆杂交实验否定融合遗传,但可以用颗粒遗传解释;5、孟德尔遗传定律。
1. 颗粒遗传与融合遗传之争
这个年代,人们对生物遗传的认识大体上分为两大派。绝大多数支持融合遗传,在这种遗传模式中,父母双方提供的遗传物质在子代中混合起来,子代表现出来的一般就是双亲的中间类型或者是混合类型。就像这里的红色和绿色,如果它们代表亲本,那么它们的子代就是两种颜色混合的黄色。接下来黄色个体产生下一代时,其来自父母的红色和绿色就不能再分开了。虽然融合遗传得到了广泛认可,还有一些人坚持颗粒遗传,在这种遗传模式中,父母双方提供的遗传物质在子代中没有混合起来,就像我们图示的这样。来自双亲的红色和绿色没有混合,因此该个体继续产生下一代时,就能够将来自父母的红色和绿色再次分开并传递下去。
颗粒遗传和融合遗传的差异在于:双亲的遗传物质在子代中融合在一起了还是以颗粒的形式独立存在?我的豌豆杂交实验显示颗粒遗传是更合理的。
2. 豌豆杂交的一般程序
早期植物学家所做的杂交多是种间杂交,他们希望能通过杂交获得类似狮身人面像那种融合了两种生物特征的新类型,后来杂交被引入到种内杂交中。
植物杂交是针对显花植物而言的,显花植物的花有单性花和两性花之分,单性花就是每朵花里头只有雌蕊(雌花)或雄蕊(雄花),这类植物做杂交比较容易,只需把雄性花摘下套到雌性花上就可以了。两性花的一朵花里头雌雄蕊都有,如果雄蕊花粉落到自身柱头上进行授粉,就是自花授粉。比如豌豆,在花开放之前已经散粉,因此柱头只能接受自身的花粉,这是自花授粉。对于豌豆来说要想实现杂交,必须在花开放之前(实际应该是散粉之前)打开花瓣,然后用剪刀或镊子去掉选定母本的雄蕊,注意去雄必须彻底,否则残留花粉就可能落到自身柱头上(导致部分自花授粉)。去雄后,由于花瓣已经打开,此时外源花粉就可能落到去雄后母本的柱头上,为了避免这种情况出现,可以在去雄后的母本花上套一个纸袋。到了散粉时节,再从选定的父本那里用毛笔蘸取一点花粉,随后涂抹到去雄后的母本柱头上,操作完成后再套上纸袋。这样就实现了异花授粉。
由于两性花杂交过程中需要进行去雄操作,因此花太小的话人工杂交就很困难。早期植物学家们多选花较大的植物来进行杂交。我所做的杂交实验中最成功的是豌豆杂交,豌豆的花够大,去雄等操作起来也比较容易。
3. 我研究了豌豆的哪些性状
豌豆有很多性状,某些性状是连续变异的,如豌豆的产量。这样的性状像人的身高那样,研究起来有一个很大困难。例如现在我要研究人的身高,下图中布拉德皮特到底应该把他算作是高的还是矮的呢? 这就很难归类(说明:孟德尔当然不认识皮特,这里只是为了叙述的便利)。
我研究时选择了另一类性状,这类性状不像产量那样不容易区分,而是恰好位于两个极端上,很容易区别。比如花着生的位置有腋生(腋生就是花着生在植株的半腰)和顶生(顶生就是花着生在顶部)之分、子叶颜色有黄色和绿色之分、豌豆形状有圆形和皱缩之分、豌豆茎有高茎(一米多)和矮茎(也就是到膝盖)之分、豌豆荚的颜色有绿色和黄色之分,豌豆荚的形状有饱满和不饱满之分、花色有紫色和白色之分。像这样的不连续变异的性状后人称为质量性状,同一质量性状中不同的表现类型叫做相对性状,如豌豆的高茎和矮茎、花的腋生和顶生等。
4. 豌豆杂交实验否定融合遗传,但可以用颗粒遗传解释
当我用自然状态下具有相对性状的个体进行杂交时,我发现了一些有意思的事情。为了便于接下来的叙述,我先约定一些符号,接下来我会用P 表示亲代;F 表示子代,F1表示子一代,F2表示子二代,以此类推。杂交用符号×表示;自交用符号 表示。
4.1一对相对性状的杂交实验
4.1.1一对相对性状的杂交实验否定了融合遗传
我选择紫花豌豆和白花豌豆作为亲本进行杂交,不论我用紫花做母本、白花做父本,还是紫花做父本、白花做母本,得到的F1全部开紫花,白花好像凭空消失了一样。不过当我用F1自交得到F2时,F2中发现又重新发现了不少白花植株,当然紫花植株更多。上述结果显然是融合遗传无法解释的,因为根据融合遗传的观点,F1融合了双亲的遗传信息后不可再分,而F1表现紫花所以含有控制紫花的遗传信息,因此在F1产生F2时,F2都将得到紫花的遗传信息,也就是说F2应该全部表现为紫花。
这种亲代具有相对性状,F1只表现一种性状,F2又分离出亲代的两种类型,称之为性状分离,性状分离的交实验结果在前人的实验中已有记录。不过早期的杂交实验先驱多数坚持融合遗传,他们认为F2中另一种表现类型太少了,可以归因于实验允许的误差范围之内。为了检验这一点,我极其谨慎地选择了特别容易去雄的豌豆,并且对F2分离出来的紫花和白花进行了统计,结果发现F2中紫花:白花比例接近3:1,并且其它六对选择的性状的分离比都接近3:1,这表明3:1的性状分离比与我选择的性状类型无关。如果杂交实验中F2的白花等性状的出现是实验误差所导致的,性状分离比都应该是随机比例,因此上述实验不能用实验误差来解释,我所看到的3:1分离比例暗含某种规律在其中。
为了方便后续叙述,我把上述实验中F1表现出来的性状叫做显性性状,比如上述例子中豌豆的高茎、花的腋生、子叶的黄色等;F1中隐而未现F2中又重新出现的性状叫做隐性性状。