经过1856~1864年整整8年的不懈努力，孟德尔终于在1865年发表了《植物杂交试验》的论文，提出了遗传单位即遗传因子（现代遗传学称为基因）的论点，并揭示出遗传学的两个基本规律——分离规律和自由组合规律，为遗传学的诞生和发展奠定了坚实的基础。但令人遗憾的是，由于他那不同于前人的创造性见解过于超前，竟然在长达35年的时间里，没有引起生物界同行们的注意。直到1900年，他的发现被欧洲三位不同国籍的植物学家在各自的豌豆杂交试验中分别予以证实后，才受到重视和公认，遗传学研究从此快速发展。
2）对性状分离现象的解释。孟德尔根据7个豌豆杂交试验结果，提出了遗传因子的分离假说，其主要内容可归纳为：
A.生物性状的遗传由遗传因子决定（遗传因子后来被称为基因）。
B.遗传因子在体细胞内成对存在，其中一个来自父本，另一个来自母本；在形成配子时，成对的遗传因子又彼此分离，并且各自进入到一个配子中。这样，在每一个配子中，就只含有成对遗传因子中的一个，这个因子也许来自父本，也许来自母本。
C.在杂种F1的体细胞中，两个遗传因子处在各自独立、互不干涉的状态之中，它们对性状发育所起的作用也表现出明显的差异，即一方对另一方起了决定性的作用，因而有显性因子和隐性因子之分，随之，也就有了显性性状与隐性性状之分。
D.杂种F1所产生的不同类型的配子，其数目相等，而雌雄配子的结合又是随机的，即各种不同类型的雌配子与雄配子的结合机会均等。
一对遗传因子的遗传分析中，遗传下来的和最终表现出来的并不完全是一回事，如当遗传结构为DD型时，其表现出来的性状是高茎豌豆，而遗传结构为Dd型时，其表现出来的也是高茎豌豆。像这样，生物个体所表现出来的外形特征和生理特性叫作表现型，如高茎与矮茎，红花与白花；而生物个体或其某一性状的遗传基础，则被称为基因型，如高茎豌豆的基因型有DD和Dd两种，而矮茎豌豆的基因型只有dd一种。由相同遗传因子的配子结合成的合子发育而成的个体叫作纯合体，如DD和dd的植株；凡是由不同遗传因子的配子结合成的合子发育而成的个体则称为杂合体，基因型是生物个体内部的遗传物质结构，因此，生物个体的基因型在很大程度上决定了生物个体的表现型。例如，含有显性遗传因子D的豌豆植株（DD和Dd）都表现为高茎，无显性遗传因子的豌豆植株（dd）都表现为矮茎。由此可见，基因型是性状表现的内在因素，而表现型则是基因型的表现形式。由以上分析可知，表现型相同，基因型却并不一定相同。例如，DD和Dd的表现型都是高茎，但其基因型并不相同，并且它们的下一代有差别：DD的下一代都是高茎的，而Dd的下一代则有分离现象——既有高茎，也有矮茎。
3）分离规律的验证。前面讲到孟德尔对分离现象的解释，仅仅是一种假说。为了使这个假说上升为科学真理，孟德尔设计了测交法对实验结果进行验证。
按照孟德尔对分离现象的解释，杂种一代F1（Dd）一定会产生带有遗传因子D和d的两种配子，并且两者的数目相等；而隐性类型（dd）只能产生一种带有隐性遗传因子d的配子，这种配子不会遮盖F1中遗传因子的作用。所以，测交产生的后代应当一半是高茎（Dd）的，一半是矮茎（dd）的，即两种性状之比为1∶1。
孟德尔用杂种子一代F1（Dd）与纯合亲本矮茎豌豆（dd）杂交，得到的后代共64株，其中高茎的30株，矮茎的34株，即性状分离比接近1∶1，实验结果符合预先设想。对其他几对相对性状的测交试验，也无一例外地得到了近似于1∶1的分离比。孟德尔的测交结果，有力地证明了他自己提出的遗传因子分离假说是正确的。
（2）孟德尔遗传定律——自由组合规律
孟德尔在揭示了由一对遗传因子（或一对等位基因）控制的一对相对性状杂交的遗传规律——分离规律之后，又进行了两对、三对甚至更多对相对性状杂交的遗传试验，进而又发现了第二条重要的遗传学规律，即自由组合规律，也有人称之为独立分配规律。
1）杂交试验现象的观察。孟德尔在进行两对相对性状的杂交试验时，仍以豌豆为材料。他选取了具有两对相对性状差异的纯合体作为亲本进行杂交，一个亲本是黄色圆形种子（简称黄色圆粒），另一亲本是绿色皱形种子（简称绿色皱粒），无论是正交还是反交，所得到的F1全都是黄色圆形种子。由此可知，豌豆的黄色对绿色是显性，圆粒对皱粒是显性，所以F1的豌豆呈现黄色圆粒性状。如果把F1的种子播下去，让它们的植株进行自花授粉（自交），则在F2中出现了明显的性状分离和自由组合现象。在共计得到的556粒F2种子中，有4种不同的表现类型。如果以数量最少的绿色皱形种子32粒作为比例数1，那么F2的4种表现型的数字比例大约为9∶3∶3∶1。豌豆种子两对相对性状的遗传试验。从试验结果看出，在F2所出现的四种类型中，有两种是亲本原有的性状组合，即黄色圆形种子和绿色皱形种子，还有两种不同于亲本类型的新组合，即黄色皱形种子和绿色圆形种子，其结果显示出不同相对性状之间的自由组合。
2）杂交试验结果的分析。孟德尔在杂交试验的分析研究中发现，如果单就其中的一对相对性状而言，那么，其杂交后代的显性、隐性性状之比仍然符合3∶1的近似比值。以上性状分离比的实际情况充分表明，这两对相对性状的遗传，分别是由两对遗传因子控制着，其传递方式依然符合于分离规律。此外，它还表明了一对相对性状的分离与另一对相对性状的分离无关，二者在遗传上是彼此独立的。如果把这两对相对性状联系在一起进行考虑，那么，这个F2表现型的分离比，应该是它们各自F2表现型分离比（3∶1）的乘积。这也表明，控制黄、绿和圆、皱两对相对性状的两对等位基因，既彼此分离，又自由组合。
3）自由组合规律的验证。与分离规律相类似，要将自由组合规律由假说上升为真理，同样也需要科学试验的验证。孟德尔为了证实具有两对相对性状的F1杂种，确实产生了4种数目相等的不同配子，他同样采用了测交法来验证。把F1杂种与双隐性亲本进行杂交，由于双隐性亲本只能产生一种含有两个隐性基因的配子（yr），所以测交所产生的后代，不仅能表现出杂种配子的类型，而且还能反映出各种类型配子的比数。
当F1杂种与双隐性亲本测交后，如能产生四种不同类型的后代，而且比数相等，那么，就证实了F1杂种在形成配子时，其基因就是按照自由组合的规律彼此结合的。为此，孟德尔做了测交试验。实际测交的结果，无论是正交还是反交，都得到了4种数目相近的不同类型的后代，其比数为1∶1∶1∶1，与预期的结果完全符合。这就证实了雌雄杂种F1在形成配子时，确实产生了四种数目相等的配子，从而验证了自由组合规律的正确性。
1.2.2遗传因子
“相对性状是受一对等位基因控制的，这些基因之间存在着显性和隐性的关系。”孟德尔用于试验的豌豆种子有外形圆滑和皱缩的、黄的和绿的等区别，能够形成可进行区分的一对性状，孟德尔称这些性状为“相对性状”。具体讲就是当“圆滑”和“皱缩”这一对等位基因兼而有之的时候，则表现出显性的“圆滑”性状；而作为隐性的“皱缩”性状只有在拥有两个皱缩基因时才能够表现出来。孟德尔那个时代还不知道染色体的存在。现在已经弄清，等位基因存在于两条同源染色体上的同一位置。
孟德尔明确地指出，生物体的每种性状是由两个遗传因子决定的。一种是决定显性性状的形式，另一种是决定隐性性状的形式，当决定某一性状的两个因子完全一样时，这种遗传因子的组合方式就叫纯结合，这种个体就是纯种。如果决定某个性状的两个遗传因子不完全相同，而是相似，那么，这种遗传因子的组合就叫杂结合或异质结合，这种个体也就是杂种。
相对性状指同种生物同一性状的不同表现类型，如豌豆花色有红花与白花，种子形状有圆粒与皱粒等。为了方便和有利于分析研究，他首先只针对一对相对性状的遗传情况进行研究，然后再观察多对相对性状在一起的遣传情况。
孟德尔的论文标题是《植物杂交试验》，因此他所从事试验的方法，主要是“杂交试验法”。孟德尔的文章语言流畅，学说简单质朴，而且发表的时间（1866）正是迫切需要这种学说的时候，然而他的工作为什么长期完全被忽视确实是一个费解的谜。说世界还没有做好接纳它的准备这种肤浅的答案根本就不是什么答案。如果孟德尔做好了准备，那么别的人又为什么没有。这个问题十分重要，它表明思想史中的某些基本原则应当被更加仔细地进行研究。孟德尔的工作长期被忽略的可能原因是什么？首先，当然是孟德尔发表的著作极少。从1856年他开始研究到1871年停止杂交选育的这十几年中他必定积累了大量数据资料，但是他只在布隆博物学会发表过演说和另一篇短文章（《山柳菊的杂交试验》，1870年）。说得委婉一点，孟德尔并不是一个多产作家。
1.3纯系学说与系统育种〖1〗1.3.1纯系学说1900年，丹麦科学家约翰森将8千克（近16000粒）天然混杂的同一菜豆品种的种子，按单粒称重，平均495毫克。1901年选出轻重显著不同的100粒种子分别播种，成熟后分株收获，测定每株种子的单粒重，从中挑选由19个单株后代构成的19个纯系，它们的平均粒重有着明显的差异，轻者351毫克，重者642毫克。1902～1907年，连续6代在每个纯系内选重的和轻的种子分别播种，发现每代由重种子长出的植株所结种子的平均粒重，都与由轻种子长出的植株所结种子的平均粒重相似；而且各个纯系虽经6代的选择，其平均粒重仍分别和各系开始选择时大致相同。这说明在纯系内选择是无效的。但经过6代的选择后，各个纯系之间的平均粒重仍保持开始选择时的明显差异，这说明各纯系间平均粒重的差异是稳定遗传的，也说明了在混杂的群体内进行选择的有效性。
根据菜豆选种试验结果，约翰森于1909年提出一种学说，认为植物连续自交若干代后，能形成基因型纯合的品系，即纯系。由于环境的影响，纯系中各个个体在一些数量性状（如豆粒的重量）会出现变异，但对这种变异进行选择是没有意义的，因为它们的后代仍会在纯系的范围内发生变异，这就是他提出的所谓纯系内选择无效的观点。纯系内个体差异由环境影响造成，是不遗传的，故纯系内选择无效。纯系学说区分了遗传的变异和不遗传的变异，是自花授粉作物单株选择育种的理论根据。但他所指的纯系，仅就菜豆粒重这一性状而言，并未涉及所有性状；何况“纯”只是相对的，所谓纯系在日益扩大繁殖的情况下，由于天然杂交和突变，必然会发生基因的分离和重组。育种实践表明，在“纯系”内进行选择也不是完全无效的。他把纯系学说与达尔文进化论联系起来，认为选择只能对现成的遗传差异起分类和过筛的作用，并不能创造新种。这样的看法现在看来也是站不住脚的。
约翰森在纯系学说中正确区分了生物体的可遗传变异（纯系间的粒重差异）与不遗传变异（纯系内的粒重差异），并提出“纯系内选择在基因型上不产生新的改变”的论点，为自花授粉植物的纯系育种建立了理论基础。育种中应用的植物自交系和动物近亲繁殖系也是根据这个学说发展起来的。
然而在植物界，即使是严格的自花授粉植物，纯系的保持也只是相对的。因为在任何一个纯系内，都存在着由于基因突变而导致某种性状发生变异的可能性，而变异的出现就使纯系内的选择成为有效。约翰森在他生前发表的最后著作中，还指出“在纯系的某一后代中当基因型发生改变时，纯系可能分裂为几种基因型”。
1.3.2纯系育种
纯系育种是作物育种的最基本方法，即从现有品种群体中选择优良自然变异个体（株或穗），通过后代鉴定，保纯繁育，育成新品种。适用于自花授粉和常异花授粉作物，也用于无性繁殖作物的芽变选择。
（1）纯系育种的沿革
作物育种是从纯系选择开始的，不论采取何种途径，都与个体选择相联系。我国北魏时的《齐民要术》对谷物选种的必要性、选种方法及种子储藏、保纯等已都有论述。清代《格物篇》也记有通过单株选择获得早熟御稻品种的事实。1856年，法国人德维尔莫兰在进行糖用甜菜等作物育种时，首先提出单株的优劣必须通过种植并考查其后代表现才能作出评价这个基本原则，即“德维尔莫兰分离原则”。1903年，丹麦的约翰森根据菜豆试验提出了纯系学说为纯系育种奠定了理论基础。此后，世界各国都依此原理采用个体选择法开展各类作物的育种。