科學：小學教師指南/遺傳與遺傳
在19世紀60年代，奧地利僧侶格里戈爾·孟德爾開始用豌豆進行實驗。孟德爾先生想要弄清楚生命形式是如何將物理特徵（也稱為性狀）從一代傳遞到下一代的。
格里戈爾·孟德爾專注於研究的性狀是豌豆植株的高度、豌豆種子的顏色和豌豆種子的形狀。透過雜交授粉豌豆植株，他仔細控制了哪些植株繁殖，並跟蹤了這些性狀是如何從一代傳遞到下一代的。雜交授粉是指格里戈爾·孟德爾從他選擇的豌豆植株中獲取花粉，並將它放到他選擇的另一株豌豆植株上。
在他的早期實驗中，孟德爾從矮莖豌豆植株上取花粉，並將它放到其他矮莖豌豆植株上。正如你所料，結果是所有後代都是矮莖豌豆植株。孟德爾稱這些為純種，因為所有後代都與親本相同。
然後，他從高莖豌豆植株上取花粉，並將它放到其他高莖豌豆植株上。你認為結果會怎樣？如果你猜到所有後代也都會是高莖，那麼你與格里戈爾·孟德爾的猜測相同。有趣的是，事實並非如此。一些高莖親本植株只產生了高莖後代，正如你所預期的那樣。然而，一些高莖豌豆植株也產生了矮莖後代。這怎麼可能？格里戈爾·孟德爾發現，一些高莖豌豆植株是純種的，這意味著它們只產生其他高莖豌豆植株，而其他一些高莖豌豆植株不是純種的，因為它們產生了高莖和矮莖植株混合的後代。
接下來，孟德爾從純種高莖豌豆植株上取花粉，並將它放到純種矮莖植株上。他稱這些純種親本植株為P1代。他想要弄清楚哪種性狀會傳遞給後代，是高莖的性狀，還是矮莖的性狀。你認為發生了什麼？令他驚訝的是，所有後代都是高莖的。孟德爾稱這一代植物為F1代。矮莖植株的性狀似乎消失了。最後，格里戈爾·孟德爾從這些F1代豌豆植株上取花粉，並將它放到同一F1代中的其他豌豆植株上。你認為發生了什麼？
令人驚訝的是，矮莖性狀又出現了。一些後代是矮莖的。格里戈爾·孟德爾意識到了一些非常重要的東西。他意識到每株植物並非只有一個，而是有兩個控制每個性狀的基因。這意味著每株豌豆植株可以有兩個高莖基因，兩個矮莖基因，或者一個高莖基因和一個矮莖基因。如果一株植物遺傳了兩個高莖基因，你認為它會怎樣生長？嗯，沒有矮莖基因，所以植株會長成高莖。如果一株植物有兩個矮莖基因呢？因為沒有高莖基因，所以植株會是矮莖的。但如果一株植物同時擁有高莖基因和矮莖基因呢？
孟德爾發現，有些基因是顯性的，或者比其他基因更強大。當存在兩種不同型別的基因（高莖和矮莖）時，顯性基因將決定植株的生長方式。在豌豆植株中，高莖基因是顯性的，而矮莖基因是隱性的。隱性是一個大詞，意思是“非顯性的”。這意味著，如果一株豌豆植株同時擁有高莖基因和矮莖基因，那麼顯性基因高莖將使植株長成高莖。矮莖基因仍然存在，並且仍然可以傳遞給未來的植物世代。
格里戈爾·孟德爾提出了一個關於基因如何從親本傳遞給後代的假說。這個假說（科學家今天仍然使用）說，豌豆植株（以及所有其他生命形式）有兩個控制高莖的基因，形成一個基因對。它們還為每個其他性狀（包括種子形狀、種子顏色，或在人類中，眼睛顏色、頭髮顏色、膚色等）都有一對基因。繁殖時，每個親本只能從每對基因中傳遞一個基因給後代。這意味著後代將從每個親本那裡繼承一個基因，形成一個新的基因對。
基因的現代工作定義是DNA的一部分（或序列），它編碼已知的細胞功能或過程（“製造黑色素分子”）。一個核苷酸包含：磷酸鹽、糖和鹼基。四個含氮鹼基是：腺嘌呤、鳥嘌呤、胸腺嘧啶和胞嘧啶。一個單基因可能包含少量或大量核苷酸，就像一個詞可能很短或很長一樣。一個單基因通常與鄰近基因相互作用來產生細胞功能，甚至在沒有這些鄰近基因的情況下也可能無效。一系列核苷酸可以組合在一起而不形成基因（DNA的非編碼區域），就像一串字母可以組合在一起而不形成一個詞一樣。儘管如此，所有詞都有字母（AGCT），就像所有基因都必須有核苷酸（PBS）一樣。
在DNA複製過程中，第二條鏈的聚合過程中偶爾會發生錯誤。這些錯誤被稱為突變，可能對生物體的表型產生影響，尤其是如果它們發生在基因的蛋白質編碼序列中。由於DNA聚合酶的“校對”能力，錯誤率通常非常低——每1億到1000萬個鹼基發生1個錯誤。增加DNA變化率的過程被稱為誘變：誘變化學物質會促進DNA複製過程中的錯誤，通常透過干擾鹼基配對的結構，而紫外線輻射則透過破壞DNA結構引起突變。DNA的化學損傷也會自然發生，細胞使用DNA修復機制來修復錯配和斷裂。然而，修復並不總是恢復原始序列。
在使用染色體交叉來交換DNA和重組基因的生物體中，減數分裂（細胞分裂，將親本細胞中的染色體數量減少一半，併產生四個配子細胞；也是，交換，與染色體交換資訊）期間的對齊錯誤也會導致突變。當類似的序列導致夥伴染色體錯誤對齊時，交叉錯誤尤其可能發生；這使得基因組中的一些區域更容易以這種方式發生突變。這些錯誤在DNA序列中產生了大的結構變化——重複、倒位、整個區域的缺失——或者不同染色體之間整個序列部分的意外交換（染色體易位）。
當細胞分裂時，它們的完整基因組被複制，每個子細胞繼承一份複製。這個過程被稱為有絲分裂，是最簡單的繁殖形式，也是無性生殖的基礎。無性生殖不需要配偶。無性生殖可以在多細胞生物體中發生，產生從單個親本那裡繼承基因組的後代。遺傳上與親本相同的後代被稱為克隆。
真核生物經常使用有性生殖來產生含有來自兩個不同親本的混合遺傳物質的後代。有性生殖過程在含有單份基因組（單倍體）和雙份複製（二倍體）的形式之間交替。單倍體細胞融合並組合遺傳物質，形成具有配對染色體的二倍體細胞。二倍體生物體透過分裂形成單倍體，在不復制其DNA的情況下，形成隨機繼承每對染色體中的一條的子細胞。大多數動物和許多植物在它們生命的大部分時間裡都是二倍體，單倍體形式減少為單個細胞配子，例如精子或卵子。
儘管它們不使用單倍體/二倍體有性生殖方法，但細菌有許多獲得新遺傳資訊的方法。一些細菌可以進行結合，將一小段環狀DNA轉移到另一個細菌中。細菌也可以吸收環境中發現的原始DNA片段並將它們整合到它們的基因組中，這種現象被稱為轉化。這些過程導致水平基因轉移，在原本無關的生物體之間傳遞遺傳資訊的片段。