遗传现象

从一粒种子说起

当我们在春天播下一粒西瓜种子，经过几个月的精心培育，收获的果实依然是西瓜，而不会长出苹果或者梨。这个看似平常的现象，却蕴含着生命世界最重要的规律之一——遗传。在我们的第一本生物学习中，我们了解了细胞的结构、生态系统的运作以及人体的奥秘。同时，我们对遗传和变异有了初步的认识。现在，让我们深入探索一个更加神奇的领域：生命是如何将自己的特征代代相传的。

在中国的农村地区，农民们世代积累着这样的经验：想要种出甜美的玉米，就要选择颗粒饱满、色泽金黄的玉米作为种子；想要养出产蛋多的母鸡，就要挑选那些来自高产家族的雏鸡。这些朴素的经验，实际上都在利用生物的遗传规律。我们的祖先早在几千年前就开始有意识地选择和培育农作物与家畜，虽然当时他们并不知道遗传的科学原理，但他们已经在实践中掌握了遗传的基本法则。

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什么是遗传

遗传是指生物体通过繁殖将自身的特征传递给后代的现象。这种传递不是简单的复制，而是通过特定的遗传物质实现的精确传递。我们可以把遗传理解为一种“生命的密码传递”，每一个生物个体都携带着来自亲代的密码，这些密码决定了后代会呈现出怎样的特征。

让我们观察身边的例子。在人类社会中，孩子往往会像父母——可能有父亲浓密的眉毛，也可能有母亲明亮的眼睛。这种相似性不是巧合，而是遗传的结果。在中国，人们常用“有其父必有其子”来形容这种现象，这句俗语虽然朴素，却恰当地反映了遗传现象的本质：后代总是与亲代保持着基本的相似性。

遗传现象的多样性

遗传现象在生物界中表现出丰富的多样性。不同的生物有不同的遗传特征，即使是同一种生物，不同个体之间的遗传表现也各有特色。

在植物界，我们可以观察到许多明显的遗传现象。豌豆的种子有圆粒和皱粒之分，这是由遗传决定的；向日葵的高矮不同，这也是遗传的结果。在四川盆地种植的水稻，经过长期的选育，形成了适应当地气候的品种；而在东北平原种植的水稻，则发展出了耐寒的特性。这些不同的特性，都是通过遗传世代传递下来的。

在动物界，遗传现象同样丰富多彩。中国的大熊猫世代保持着黑白相间的毛色，这种独特的外貌特征通过遗传得以延续；藏獒的凶猛和忠诚，也是世代遗传的结果。在家畜养殖中，我们更能清晰地看到遗传的作用。比如蒙古草原上的绵羊，经过长期的自然选择和人工选育，形成了适应高寒气候、产毛量大的特点。

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性状与相对性状

在研究遗传现象时，我们需要理解两个重要的概念：性状和相对性状。性状是指生物体的形态特征、生理特征和行为方式等。比如人的身高、眼睛颜色、血型等都是性状。而相对性状则是指同一种生物的同一性状的不同表现类型。

让我们通过一个表格来理解这个概念：

这个表格展示了不同生物的性状及其相对性状。我们可以看到，相对性状总是成对出现的，它们是同一性状的不同表现形式。在中国的中学课堂上，老师们常常会让学生调查班级中双眼皮和单眼皮的人数比例，这个简单的活动就是在认识相对性状。

通过调查我们会发现一个有趣的现象：在中国人群中，双眼皮和单眼皮的分布比例在不同地区有所不同。南方地区双眼皮的比例相对较高，而北方地区单眼皮的比例较大。这种差异既反映了遗传的多样性，也说明了环境和历史因素对人群遗传特征的影响。

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遗传物质的发现之旅

人类对遗传现象的认识经历了漫长的过程。早在古代，中国的农民就已经懂得选种育种，但他们并不知道遗传的本质是什么。直到19世纪中期，一位奥地利的修道士孟德尔通过豌豆实验，揭开了遗传规律的神秘面纱。

孟德尔选择豌豆作为实验材料有其独特的原因。豌豆具有许多明显的相对性状，容易区分；豌豆的生长周期短，可以在较短时间内观察多代；豌豆是自花传粉植物，容易控制授粉过程。这些特点使豌豆成为理想的遗传研究材料。

孟德尔的实验方法体现了科学研究的严谨性。他不是简单地观察豌豆的生长，而是精心设计了一系列实验。他首先选择具有明显相对性状的豌豆品种，比如高茎和矮茎，然后进行杂交实验。在实验过程中，他详细记录每一代豌豆的性状表现，并进行统计分析。经过八年的持续研究，孟德尔发现了遗传的基本规律。

虽然孟德尔的研究成果在当时并未得到重视，直到20世纪初才被重新发现和认可，但他的研究方法和科学精神对后世产生了深远的影响。今天，当我们学习遗传学时，仍然要从孟德尔的豌豆实验开始，因为这些实验清晰地展示了遗传的基本规律。

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遗传与细胞的关系

在我们的第一本生物学习中，我们已经详细了解了细胞的结构。现在，让我们把遗传现象与细胞结构联系起来。遗传信息究竟储存在细胞的哪个部分呢？

科学家们通过大量的实验研究发现，细胞核在遗传中起着决定性的作用。一个经典的实验证明了这一点：科学家将变形虫的细胞核取出，这个变形虫很快就会死亡；但如果将另一个变形虫的细胞核移植进去，这个变形虫不仅能够存活，而且会表现出提供细胞核的那个变形虫的特征。这个实验有力地证明了细胞核是遗传信息的主要载体。

进一步的研究发现，细胞核中有一种特殊的物质——染色体。在显微镜下，我们可以观察到染色体呈现出棒状或丝状的结构。染色体这个名字来源于它容易被碱性染料染色的特性。不同的生物，染色体的数量是固定的。

让我们通过表格了解一些生物的染色体数量：

从这个表格中，我们可以发现一个重要的规律：每种生物的体细胞中，染色体数量都是偶数，而生殖细胞中的染色体数量正好是体细胞的一半。这个规律不是巧合，而是生物遗传的重要保证。

想象一下，如果没有这个机制会发生什么。假设人类的体细胞有46条染色体，如果精子和卵细胞也各有46条染色体，那么受精卵就会有92条染色体，下一代再繁殖，后代就会有184条染色体……这样下去，染色体数量会无限增加，生物就无法正常生存。正是因为生殖细胞中的染色体数量减半，才使得每一代生物都能保持稳定的染色体数量。

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染色体的组成

染色体并不是单一的物质，而是由两种重要的物质组成：DNA和蛋白质。在这两种物质中，DNA才是真正储存遗传信息的“密码本”，蛋白质主要起保护和支撑作用。

DNA的发现是20世纪最伟大的科学成就之一。科学家发现，DNA分子的形状非常特别，就像一个旋转的楼梯，或者说像拧麻花一样，两条长链缠绕在一起。这种结构既稳定又便于复制，真是大自然的巧妙设计。

更令人惊奇的是，人类的DNA如果完全拉直展开，长度可达2米，但它却能巧妙地折叠在只有头发丝百分之一那么小的细胞核中。这就像把一根2米长的线塞进一个针眼里，却依然井井有条，随时可以“读取”信息。

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基因——遗传信息的关键

在这本生命的说明书中，并不是每一页都同样重要。科学家把DNA中真正起作用、能控制性状的那些片段叫作基因。如果把DNA比作一本很厚的书，那么基因就是书中最关键的那些章节。

人的身体有各种各样的特征。比如，控制眼睛颜色的基因在某个位置，控制血型的基因在另一个位置，控制身高的基因又在别的位置。这些基因就像一个个“说明”，告诉身体该长成什么样子。

我们身边有些人分不清红色和绿色，这就是色盲。色盲是因为控制眼睛识别颜色的基因出了问题。就像说明书中某一页印错了字，导致按照这个说明做出来的“产品”不太一样。不过，通过研究这些特殊的基因，科学家正在寻找帮助人们的方法。

基因是怎样起作用的呢？我们可以这样理解：基因就像菜谱，身体按照这个“菜谱”制造出各种各样的物质，这些物质决定了我们的模样和特点。比如，有的基因“菜谱”让头发变黑，有的让眼睛变大，有的让个子长高。

遗传信息的传递

当一个细胞要分裂成两个细胞时，DNA需要先复制一份，这样两个新细胞才能各得到一套完整的“生命说明书”。这个复制过程非常精确，就像用复印机复印一本书，必须保证每个字都清清楚楚，不能有任何错误。

DNA是如何复制的呢？我们可以把DNA想象成一条拉链。复制时，这条“拉链”先从中间拉开，变成两条单链。然后，每条单链都按照原来的样子重新配上另一半，这样一条DNA就变成了两条一模一样的DNA。这个过程虽然很复杂，但大自然让它变得非常准确。

在现代科技中，科学家已经能够“阅读”DNA这本书了。在中国，很多医院和科技公司都在使用DNA技术。比如，通过检测DNA可以进行亲子鉴定，还可以预测某些疾病的风险，帮助人们更好地保护健康。公安部门破案时，也会用DNA技术来确认犯罪嫌疑人的身份。

遗传与环境的相互作用

虽然遗传决定了生物的基本特征，但环境因素也会对性状的表现产生重要影响。我们可以说，生物的性状是遗传和环境共同作用的结果。

让我们看一个中国人都熟悉的例子——小麦的种植。同样的小麦品种，在肥沃的土地上种植，可能长得高大茁壮，籽粒饱满；而在贫瘠的土地上种植，可能长得矮小瘦弱，产量低下。这说明，虽然小麦的遗传基础是相同的，但环境条件的差异会导致性状表现的不同。

在人类社会中，这种遗传与环境的相互作用体现得更加明显。身高是一个典型的例子。一个人的身高潜力是由遗传决定的，但能否达到这个潜力，则取决于后天的营养、运动、睡眠等环境因素。这就是为什么中国人的平均身高在过去几十年中有显著提高的原因——遗传基础没有改变，但生活条件的改善使得人们的遗传潜力得到了更好的发挥。

这个表格展示了影响身高的多种因素。我们可以看到，虽然遗传因素奠定了基础，但环境因素在很大程度上决定了这个基础能否充分实现。这个道理同样适用于许多其他性状。

中国的遗传学研究与应用

中国在遗传学研究和应用方面取得了显著成就。我们的科学家在水稻育种、家畜改良、疾病基因研究等领域做出了重要贡献。

袁隆平院士培育的杂交水稻就是遗传学应用的典范。他利用遗传学原理，通过杂交的方法，培育出了产量高、品质好的水稻新品种。杂交水稻的成功，不仅解决了中国的粮食问题，也为世界粮食安全作出了重要贡献。这个成就的背后，是对遗传规律的深刻理解和巧妙运用。

在家畜育种方面，中国也积累了丰富的经验。以奶牛养殖为例，通过选择优良种牛进行繁殖，逐代提高奶牛的产奶量和乳质。现代的奶牛场还利用人工授精技术，让优秀种牛的基因得到广泛传播，大大提高了育种效率。

在医学领域，遗传学的应用正在改变疾病的诊断和治疗方式。通过基因检测，我们可以了解一个人是否携带某些遗传疾病的致病基因，从而进行早期预防。中国的一些医院已经开展了针对地中海贫血、苯丙酮尿症等遗传病的产前诊断，帮助家庭生育健康的宝宝。

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本节练习

第一题 下列现象中，不属于遗传现象的是：

A. 小麦种子种下后长出小麦

B. 黑色绵羊生出白色小羊

C. 用黑芝麻榨出黑色芝麻油

D. 父母身材高大，子女也身材高大

第二题 小明调查了他所在班级50名同学的某些性状，统计结果如下表。请回答问题：

（1）在这个调查中，“眼睑”属于什么？“双眼皮”和“单眼皮”又属于什么？

（2）你认为双眼皮和单眼皮在人群中的分布是完全一样的吗？为什么？

第三题 细胞核在遗传中起重要作用。请根据所学知识回答：

（1）为什么说细胞核是遗传信息的主要“储存库”？

（2）染色体是由哪两种物质组成的？其中哪种物质是真正的“生命密码本”？

（3）人的体细胞中有46条染色体，那么人的精子和卵细胞中各有多少条染色体？为什么要是这个数量？

第四题 袁隆平院士培育杂交水稻时，需要将不同品种的水稻进行杂交。请思考：

（1）为什么不同品种的水稻杂交能产生新的优良性状？

（2）杂交水稻高产的特点能一直保持下去吗？为什么农民需要年年购买杂交水稻种子？

第五题 双胞胎是一种特殊的现象，可以分为同卵双胞胎和异卵双胞胎。请分析：

（1）同卵双胞胎和异卵双胞胎在遗传物质上有什么区别？

（2）为什么同卵双胞胎的长相几乎一模一样，而异卵双胞胎有时差异很大？

（3）如果一对同卵双胞胎在不同的环境中长大，他们的身高可能会有差异吗？为什么？