孟德爾豌豆雜交實驗 · PeaLab

為什麼選豌豆

1856—1863 年，孟德爾在修道院的這片園子裡種了 8 年豌豆。豌豆是自花傳粉植物，而且是閉花受粉——花瓣還沒張開，花粉已經落到自己的柱頭上，所以自然狀態下一般都是純種。豌豆還有許多易於區分的相對性狀，花較大，便於人工去雄和授粉。

六行豆畦種著六個純種品系，分別在莖的高度、花色、花的位置、豆莢形狀和顏色上與標準品系不同。拖動右上的時間軸，看它們從播種長到開花、結莢、枯黃。

人工異花授粉

要讓兩個品系雜交，必須阻止豌豆自花受粉，再把另一株的花粉送到柱頭上：

去雄：在花蕾期（花葯還沒成熟）撥開花瓣，用鑷子夾去全部 10 枚雄蕊。花一開放就已經自花受粉了，再去雄為時已晚。

套袋：防止昆蟲帶來別的花粉。

等 1 天左右，雌蕊成熟。

人工授粉：用毛筆蘸取父本成熟花葯上的花粉，塗在母本的柱頭上。

再套袋，掛上標籤記下親本和日期。

Ⅰ 行是圓粒品系（母本，正處在花蕾期），Ⅱ 行是皺粒品系（父本，早播了一週，已經開花）。

一對相對性狀的雜交

上一季已經做好兩組雜交：Ⅰ 行圓粒 ♀ × Ⅱ 行皺粒 ♂，Ⅲ 行高莖 ♀ × Ⅳ 行矮莖 ♂。

種子的性狀比植株的性狀早一代顯現：種子裡的胚就是下一代。所以雜交當季，母本豆莢裡的就是 F₁ 種子——全是圓粒；F₁ 植株上結的種子就是 F₂，圓粒與皺粒約為 3 : 1。莖的高度要把種子種下、長成植株才看得到，所以要多種一季。

孟德爾的解釋：生物的性狀由遺傳因子決定，體細胞中遺傳因子成對存在；形成配子時，成對的遺傳因子彼此分離，分別進入不同的配子；受精時雌雄配子隨機結合。

測交：驗證分離

孟德爾用演繹推理檢驗自己的假說：如果 F₁ 真的含有一對不同的遺傳因子（Rr），產生 R、r 兩種數量相等的配子，那麼讓 F₁ 與隱性純合子（rr）雜交，後代應當是圓粒 : 皺粒 = 1 : 1。

Ⅰ 行種的是 F₁（圓粒），Ⅱ 行是皺粒品系，早播了一週。先寫下你的預測，再做實驗。孟德爾的測交結果是 106 粒圓粒、101 粒皺粒。

兩對相對性狀的雜交

黃色圓粒 ♀ × 綠色皺粒 ♂（Ⅰ × Ⅱ，上一季已雜交）。F₁ 全是黃色圓粒；F₁ 自交，F₂ 出現四種表型：黃色圓粒、黃色皺粒、綠色圓粒、綠色皺粒，約為 9 : 3 : 3 : 1。其中綠色圓粒和黃色皺粒是親本沒有的新組合。

單看每一對性狀，仍然是 3 : 1。孟德爾的解釋：F₁ 形成配子時，每對遺傳因子彼此分離，不同對的遺傳因子自由組合，產生 YR、Yr、yR、yr 四種數量相等的配子。用測交檢驗：F₁ × 綠色皺粒，後代應為 1 : 1 : 1 : 1。

七對性狀自由探究

豆園交給你了。點每行右側的“播種”，可以種任何一個純種品系，或者你收穫的種子；拖動時間軸讓它們生長。在花蕾期點一朵花，就能做人工授粉；成熟後點“收穫”，到工作臺上分揀計數。

試一試：紫花 × 白花的 F₁ 種皮是什麼顏色？豆莢的形狀和顏色由誰決定——母本還是種子？兩對植株性狀（如莖高與花位）的 F₂ 也是 9 : 3 : 3 : 1 嗎？

假說—演繹法

回顧孟德爾的研究過程：

觀察與提出問題：F₁ 只表現顯性性狀，F₂ 又出現隱性性狀，且比例接近 3 : 1，為什麼？

提出假說：性狀由遺傳因子決定；體細胞中遺傳因子成對存在；形成配子時成對的遺傳因子分離，配子中只含每對中的一個；受精時雌雄配子隨機結合。

演繹推理：若假說正確，F₁ × 隱性純合子 → 1 : 1。

實驗驗證：測交實驗得到 1 : 1。

得出結論：分離定律；對兩對性狀同理得出自由組合定律。

1909 年約翰遜把“遺傳因子”改稱為基因。今天我們知道 R/r 基因編碼澱粉分支酶：rr 種子澱粉少、蔗糖多，失水後皺縮。