孟德尔豌豆杂交实验 · PeaLab

为什么选豌豆

1856—1863 年，孟德尔在修道院的这片园子里种了 8 年豌豆。豌豆是自花传粉植物，而且是闭花受粉——花瓣还没张开，花粉已经落到自己的柱头上，所以自然状态下一般都是纯种。豌豆还有许多易于区分的相对性状，花较大，便于人工去雄和授粉。

六行豆畦种着六个纯种品系，分别在茎的高度、花色、花的位置、豆荚形状和颜色上与标准品系不同。拖动右上的时间轴，看它们从播种长到开花、结荚、枯黄。

人工异花授粉

要让两个品系杂交，必须阻止豌豆自花受粉，再把另一株的花粉送到柱头上：

去雄：在花蕾期（花药还没成熟）拨开花瓣，用镊子夹去全部 10 枚雄蕊。花一开放就已经自花受粉了，再去雄为时已晚。

套袋：防止昆虫带来别的花粉。

等 1 天左右，雌蕊成熟。

人工授粉：用毛笔蘸取父本成熟花药上的花粉，涂在母本的柱头上。

再套袋，挂上标签记下亲本和日期。

Ⅰ 行是圆粒品系（母本，正处在花蕾期），Ⅱ 行是皱粒品系（父本，早播了一周，已经开花）。

一对相对性状的杂交

上一季已经做好两组杂交：Ⅰ 行圆粒 ♀ × Ⅱ 行皱粒 ♂，Ⅲ 行高茎 ♀ × Ⅳ 行矮茎 ♂。

种子的性状比植株的性状早一代显现：种子里的胚就是下一代。所以杂交当季，母本豆荚里的就是 F₁ 种子——全是圆粒；F₁ 植株上结的种子就是 F₂，圆粒与皱粒约为 3 : 1。茎的高度要把种子种下、长成植株才看得到，所以要多种一季。

孟德尔的解释：生物的性状由遗传因子决定，体细胞中遗传因子成对存在；形成配子时，成对的遗传因子彼此分离，分别进入不同的配子；受精时雌雄配子随机结合。

测交：验证分离

孟德尔用演绎推理检验自己的假说：如果 F₁ 真的含有一对不同的遗传因子（Rr），产生 R、r 两种数量相等的配子，那么让 F₁ 与隐性纯合子（rr）杂交，后代应当是圆粒 : 皱粒 = 1 : 1。

Ⅰ 行种的是 F₁（圆粒），Ⅱ 行是皱粒品系，早播了一周。先写下你的预测，再做实验。孟德尔的测交结果是 106 粒圆粒、101 粒皱粒。

两对相对性状的杂交

黄色圆粒 ♀ × 绿色皱粒 ♂（Ⅰ × Ⅱ，上一季已杂交）。F₁ 全是黄色圆粒；F₁ 自交，F₂ 出现四种表型：黄色圆粒、黄色皱粒、绿色圆粒、绿色皱粒，约为 9 : 3 : 3 : 1。其中绿色圆粒和黄色皱粒是亲本没有的新组合。

单看每一对性状，仍然是 3 : 1。孟德尔的解释：F₁ 形成配子时，每对遗传因子彼此分离，不同对的遗传因子自由组合，产生 YR、Yr、yR、yr 四种数量相等的配子。用测交检验：F₁ × 绿色皱粒，后代应为 1 : 1 : 1 : 1。

七对性状自由探究

豆园交给你了。点每行右侧的“播种”，可以种任何一个纯种品系，或者你收获的种子；拖动时间轴让它们生长。在花蕾期点一朵花，就能做人工授粉；成熟后点“收获”，到工作台上分拣计数。

试一试：紫花 × 白花的 F₁ 种皮是什么颜色？豆荚的形状和颜色由谁决定——母本还是种子？两对植株性状（如茎高与花位）的 F₂ 也是 9 : 3 : 3 : 1 吗？

假说—演绎法

回顾孟德尔的研究过程：

观察与提出问题：F₁ 只表现显性性状，F₂ 又出现隐性性状，且比例接近 3 : 1，为什么？

提出假说：性状由遗传因子决定；体细胞中遗传因子成对存在；形成配子时成对的遗传因子分离，配子中只含每对中的一个；受精时雌雄配子随机结合。

演绎推理：若假说正确，F₁ × 隐性纯合子 → 1 : 1。

实验验证：测交实验得到 1 : 1。

得出结论：分离定律；对两对性状同理得出自由组合定律。

1909 年约翰逊把“遗传因子”改称为基因。今天我们知道 R/r 基因编码淀粉分支酶：rr 种子淀粉少、蔗糖多，失水后皱缩。