Hai lần phân bào, một bộ NST: theo dấu giảm phân từ tế bào mẹ đến giao tử
Theo dấu NST, cromatit và DNA qua giảm phân I, II; tính số loại giao tử, so sinh tinh với sinh trứng, đọc đồ thị và nhận diện kì, kèm 20 bài luyện tập.
Sinh học 9 · Di truyền và nhiễm sắc thể
Hai lần phân bào, một bộ NST: theo dấu giảm phân từ tế bào mẹ đến giao tử
Em sẽ đi theo từng nhiễm sắc thể qua giảm phân I và giảm phân II, đếm NST, cromatit và phân tử DNA ở mọi mốc, rồi dùng kết quả đó để tính số loại giao tử và hiểu vì sao thụ tinh không làm bộ NST phình to qua các đời.
Khoảng 120 phút Mức: khá đến giỏi Cầu nối lên Sinh học THPT
Em sẽ học: phân biệt NST đơn, NST kép, cặp tương đồng · đếm qua từng kì · trao đổi chéo · sinh tinh và sinh trứng · đọc đồ thị DNA · hiểu lỗi phân li.
1 Vì sao cần một kiểu phân bào riêng cho giao tử?
Ta bắt đầu bằng một phép tính đơn giản để thấy giảm phân là điều bắt buộc, không phải chi tiết thừa.
Cơ thể người có 46 nhiễm sắc thể (viết tắt NST) trong mỗi tế bào cơ, tế bào gan, tế bào da. Khi một tinh trùng gặp một trứng để tạo ra em bé, hợp tử mới hình thành lại phải có đúng 46 NST, không nhiều hơn, không ít hơn. Nếu tinh trùng và trứng cũng mang 46 NST như các tế bào khác thì điều gì xảy ra? Ta thử tính.
Thế hệ · Số NST · Ghi chú
Ông bà · 46 · Giả sử giao tử vẫn giữ 46 NST
Bố mẹ · 92 · Hợp tử nhận 46+46
Con · 184 · Gấp đôi thế hệ trước
Cháu · 368 · Vẫn tiếp tục gấp đôi
Sau 10 thế hệ · 47\,104 · 46\times 2^{10}
Con số 47\,104 là vô lí: NST của loài không thể tăng vô hạn. Vậy phải có một cơ chế giảm một nửa bộ NST trước khi tạo giao tử, để khi hai giao tử gặp nhau, bộ NST được khôi phục nguyên vẹn. Cơ chế đó gọi là giảm phân .
GV
Cô Lukato
Hãy hình dung bộ NST như một bộ sách hai tập: mỗi tập có một bản từ bố và một bản từ mẹ. Giảm phân không xé sách làm đôi; nó chỉ cho mỗi giao tử mang một trong hai bản của mỗi tập. Khi thụ tinh, hai giao tử góp lại đủ hai bản.
Ghi nhớ
Giảm phân là hình thức phân bào của tế bào sinh dục chín: một lần nhân đôi DNA nhưng hai lần phân chia liên tiếp , tạo ra các tế bào con có bộ NST giảm đi một nửa (n) so với tế bào mẹ (2n).
Bài 1 Mức 1 · Nhận biết
Nếu tinh trùng và trứng của người đều có 46 NST (không giảm phân) thì hợp tử vừa hình thành có bao nhiêu NST?
Gợi ý 1. Hợp tử nhận toàn bộ NST của tinh trùng và toàn bộ NST của trứng.
Gợi ý 2. Cộng hai số: 46+46.
Chính xác! 46+46=92 NST, gấp đôi bình thường. Giảm phân chính là cách tránh điều này.
Đó mới chỉ là số NST của một giao tử. Hợp tử nhận NST của cả tinh trùng lẫn trứng nên phải cộng hai số.
23 là số NST của giao tử bình thường. Đề đang giả sử giao tử có 46 NST.
Lời giải mở sau khi bạn làm đúng, thử 2 lần, hoặc xem hết gợi ý.
Lời giải
Hợp tử nhận NST từ cả hai giao tử: 46+46=92. Vì vậy giao tử bình thường của người chỉ được phép có 23 NST, và hai lần 23 cho lại 46.
Ba câu hỏi vàng khi đọc một hình phân bào. Trước khi nhớ tên kì, hãy tự hỏi: (1) Đang tách loại cấu trúc nào: cả NST tương đồng hay chỉ cromatit chị em? (2) Số liệu em đang đếm là của một tế bào hay của cả nhóm tế bào? (3) Tế bào chất đã chia xong chưa? Ba câu hỏi này giúp em tránh gần hết các lỗi ở bài này.
Để làm quen, hãy thử nhanh ba câu kiểm tra đầu vào. Sai cũng không sao: phần giải thích sau mỗi câu là kiến thức của bài.
Tế bào của một loài có bộ NST lưỡng bội 2n=8. Bộ NST đơn bội n của loài này bằng
Sai: 16 là 2\times 8, tức bộ NST của tế bào tứ bội, không liên quan đến giao tử.
Sai: 8 là bộ lưỡng bội 2n, đề đã cho.
Đúng: n=2n/2=8/2=4. Giao tử của loài này có 4 NST.
Sai: 2 là số nếu 2n=4; em đã chia đôi hai lần.
Giảm phân xảy ra ở loại tế bào nào của động vật?
Sai: các tế bào này phân chia bằng nguyên phân để sinh trưởng và thay thế.
Đúng: giảm phân xảy ra ở tế bào sinh dục chín, tạo ra giao tử.
Sai: hợp tử nguyên phân nhiều lần để thành phôi, không giảm phân.
Sai: tế bào thần kinh trưởng thành hầu như không phân chia.
Sau một lần giảm phân hoàn chỉnh (hai lần phân chia liên tiếp), từ một tế bào mẹ tạo ra tối đa bao nhiêu tế bào con?
Sai: hai tế bào chỉ là kết quả sau giảm phân I.
Đúng: giảm phân I cho 2 tế bào, mỗi tế bào lại qua giảm phân II nên có 2\times 2=4 tế bào con.
Sai: chỉ có hai lần phân chia, không phải ba.
Sai: đó là trường hợp tế bào chưa phân chia.
2 Ba khái niệm hay bị nhầm: NST đơn, NST kép, cặp tương đồng
Đây là nền móng: nếu vững ba khái niệm này, phần còn lại của bài chỉ là đếm cẩn thận.
Phần lớn lỗi khi học giảm phân không nằm ở việc quên tên các kì, mà ở việc nhầm ba khái niệm rất gần nhau. Hãy dành thời gian cho Hình 1 trước khi đọc tiếp.
Hình 1. Ba đối tượng hay bị nhầm. Cromatit chị em cùng một NST kép; hai NST của một cặp tương đồng khác nguồn gốc (bố, mẹ).
NST đơn là một sợi nhiễm sắc chưa nhân đôi, chứa một phân tử DNA. Khi đếm cromatit, người ta quy ước chỉ đếm ở NST kép, vì NST đơn chưa có 2 cromatit chị em. NST kép xuất hiện sau khi DNA nhân đôi ở kì trung gian: nó gồm hai cromatit chị em giống hệt nhau, dính với nhau tại một điểm gọi là tâm động , chứa hai phân tử DNA. Còn cặp NST tương đồng là hai NST có cùng hình dạng, kích thước, cùng các gen ở những vị trí tương ứng; một chiếc nhận từ bố, một chiếc nhận từ mẹ.
Hai NST của một cặp tương đồng có thể mang các allele (dạng khác nhau của cùng một gen) khác nhau tại một vị trí. Còn hai cromatit chị em thì mang cùng allele vì chúng là kết quả của một lần sao chép DNA. Đây là lí do vì sao tách cặp tương đồng và tách cromatit chị em cho kết quả di truyền rất khác nhau.
Khái niệm · Nghĩa là gì · Cách đếm
NST đơn · Một sợi chưa nhân đôi, một phân tử DNA · Đếm số tâm động; không đếm cromatit
NST kép · Hai cromatit chị em dính ở tâm động · Vẫn đếm là một NST, nhưng có hai DNA
Cặp tương đồng · Hai NST cùng loại, một từ bố, một từ mẹ · Một bộ 2n có n cặp
Bộ lưỡng bội 2n · Mỗi loại NST có hai chiếc · Số NST của tế bào sinh dưỡng
Bộ đơn bội n · Mỗi loại NST chỉ còn một chiếc · Số NST của giao tử
Ghi nhớ
Hai trục độc lập. Trục thứ nhất là số bộ NST: lưỡng bội (2n) hay đơn bội (n). Trục thứ hai là trạng thái của từng NST: đơn hay kép. Một tế bào có thể đơn bội mà NST vẫn kép , như tế bào con vừa sinh ra sau giảm phân I. Em hãy giữ hai trục này tách bạch trong đầu.
· NST đơn · NST kép
Lưỡng bội 2n · Tế bào ở đầu kì trung gian (trước pha S) · Tế bào ở kì giữa I, kì giữa nguyên phân
Đơn bội n · Giao tử, tế bào con sau giảm phân II · Tế bào con ngay sau giảm phân I, kì giữa II
Ví dụ 1 · Đếm mọi thứ từ một bộ NST cho trước
Một tế bào sinh dục của loài có 2n=6 đang ở kì trung gian, ngay sau pha S. Hỏi có bao nhiêu cặp NST tương đồng, bao nhiêu NST kép, bao nhiêu cromatit, bao nhiêu phân tử DNA, bao nhiêu tâm động?
Ta cần xác định trạng thái NST rồi mới đếm từng loại; đừng đếm vội.
Số cặp tương đồng: n=2n/2=6/2=3 cặp.
Mỗi cặp gồm hai NST cùng loại, nên số cặp bằng một nửa số NST.
Sau pha S, mỗi NST đã nhân đôi thành NST kép, nên số NST vẫn là 6 (mỗi NST kép được tính là một NST).
Pha S nhân đôi DNA nhưng không làm tăng số NST: hai cromatit vẫn dính ở một tâm động.
Số cromatit: 6\times 2=12. Số phân tử DNA: mỗi cromatit chứa một phân tử DNA nên có 12 phân tử.
Số cromatit bằng số DNA khi các NST đã kép.
Số tâm động: 6, bằng số NST, không phụ thuộc NST đơn hay kép.
Tâm động là "chỗ dính": hai cromatit chị em chỉ có chung một tâm động.
Bẫy thường gặp
Sai lầm 1: "Cặp tương đồng là hai cromatit chị em". Sai! Hai cromatit chị em thuộc cùng một NST kép; hai NST của một cặp tương đồng là hai NST khác nhau (một từ bố, một từ mẹ). Ở Hình 1, cặp tương đồng có 4 cromatit, còn NST kép chỉ có 2.
Bẫy thường gặp
Sai lầm 2: "Sau pha S, số NST tăng gấp đôi nên tâm động cũng gấp đôi". Sai! Sau pha S chỉ có lượng DNA và số cromatit gấp đôi. Số NST và số tâm động giữ nguyên vì hai cromatit chị em chung một tâm động. Ví dụ tế bào người: 46 NST kép, 92 cromatit, 92 phân tử DNA, nhưng chỉ có 46 tâm động.
Bài 2 Mức 1 · Nhận biết
Tế bào của ruồi giấm có 2n=8. Ở kì giữa I, mỗi NST đã ở trạng thái kép. Hỏi trong tế bào có bao nhiêu cromatit?
Gợi ý 1. Có 8 NST kép.
Gợi ý 2. Mỗi NST kép gồm mấy cromatit chị em?
Chính xác! 8\times 2=16 cromatit, và cũng có 16 phân tử DNA.
8 là số NST kép. Mỗi NST kép có hai cromatit, em cần nhân đôi.
Em đã nhân đôi hai lần: chỉ nhân đôi một lần vì mỗi NST kép có đúng 2 cromatit.
Lời giải mở sau khi bạn làm đúng, thử 2 lần, hoặc xem hết gợi ý.
Lời giải
Ở kì giữa I có 2n=8 NST kép. Mỗi NST kép gồm 2 cromatit nên số cromatit là 8\times 2=16.
Bài 3 Mức 2 · Vận dụng
Một tế bào người ở kì giữa I có bao nhiêu cặp NST tương đồng? Nhập một số.
Gợi ý 1. Người có 2n=46.
Gợi ý 2. Mỗi cặp tương đồng gồm hai NST.
Chính xác! 46/2=23 cặp, và cũng bằng n=23.
46 là số NST, không phải số cặp. Mỗi cặp gồm hai NST.
92 là số cromatit (hoặc số DNA), không phải số cặp NST.
Lời giải mở sau khi bạn làm đúng, thử 2 lần, hoặc xem hết gợi ý.
Lời giải
Số cặp bằng một nửa số NST: 46/2=23. Ở kì giữa I, 23 cặp này xếp thành hai hàng ở mặt phẳng xích đạo.
Tế bào con vừa hình thành sau giảm phân I (chưa qua giảm phân II) của loài 2n=4 có đặc điểm nào?
Sai: bộ NST đã giảm một nửa nên không còn lưỡng bội.
Đúng: mỗi tế bào chỉ còn một NST của mỗi cặp (n=2), nhưng mỗi NST vẫn gồm hai cromatit nên vẫn là NST kép.
Sai: NST vẫn kép vì cromatit chị em chưa tách; chúng chỉ tách ở giảm phân II.
Sai: 4 NST kép là của tế bào mẹ ở kì giữa I, trước khi phân chia.
Tế bào của một loài có 2n=12. Số cặp NST tương đồng là ; bộ đơn bội là n= ; sau pha S số cromatit là .
3 Một lần nhân đôi, hai lần phân chia: toàn cảnh có số đếm
Bảng đếm dưới đây là "bản đồ số liệu" của cả bài. Em sẽ quay lại với nó nhiều lần.
Trước khi vào từng kì, hãy nhìn toàn cảnh. Tế bào sinh dục chín đang ở kì trung gian gồm ba pha: pha G_{1} (tế bào lớn lên, tổng hợp chất), pha S (DNA nhân đôi, NST đơn trở thành NST kép) và pha G_{2} (chuẩn bị phân chia). Sau đó tế bào bước vào giảm phân I , rồi giảm phân II . Điểm đáng nhớ nhất: pha S chỉ xảy ra một lần , trước giảm phân I. Giữa hai lần phân chia, tế bào có thể nghỉ rất ngắn nhưng DNA không nhân đôi thêm.
Bảng dưới đây đếm số NST, số cromatit và số phân tử DNA trong một tế bào của loài 2n=4 (dùng làm mô hình xuyên suốt bài). Các số này được kiểm tra bằng chương trình mô phỏng, không đếm bằng mắt. Quy ước: chỉ đếm cromatit khi NST ở trạng thái kép; với NST đơn ta ghi "0".
Mốc · NST · Cromatit · DNA
Kì trung gian, trước pha S (NST đơn) · 4 · 0 · 4
Sau pha S, kì đầu I, kì giữa I (NST kép) · 4 · 8 · 8
Kì sau I, cả tế bào (NST kép) · 4 · 8 · 8
Kì sau I, mỗi cực (NST kép) · 2 · 4 · 4
Tế bào con sau giảm phân I, kì giữa II (NST kép) · 2 · 4 · 4
Kì sau II, cả tế bào (NST đơn) · 4 · 0 · 4
Kì sau II, mỗi cực (NST đơn) · 2 · 0 · 2
Tế bào con cuối cùng (NST đơn) · 2 · 0 · 2
Ghi nhớ
Ba nhịp giảm số lượng. Số phân tử DNA trong tế bào giảm hai lần: từ 4n xuống 2n khi kết thúc giảm phân I, từ 2n xuống n khi kết thúc giảm phân II (ở đây n là số NST của bộ đơn bội, 2n=4 nên 4n là 8). Còn bộ NST chỉ giảm từ 2n xuống n một lần , lúc kết thúc giảm phân I. (Ở kì sau II, hai cromatit chị em tách ra nên cả tế bào tạm có 4 NST đơn, rồi mỗi tế bào con chỉ nhận 2 NST, vẫn là bộ n.)
Bẫy thường gặp
Đề hay hỏi: "Tế bào ở kì sau II có bao nhiêu NST?" Nhiều em đáp n vì nghĩ "giảm phân II ra tế bào đơn bội". Sai! Ở kì sau II, các cromatit chị em vừa tách nên cả tế bào tạm thời có 2n NST đơn (mỗi cực n). Chỉ sau khi tế bào chất chia xong, mỗi tế bào con mới có n NST. Câu hỏi "cả tế bào" và "mỗi cực" luôn cho hai đáp số khác nhau.
Bài 4 Mức 1 · Nhận biết
Tế bào sinh dục của một loài có 2n=12. Ngay sau khi pha S kết thúc, trong một tế bào có bao nhiêu phân tử DNA?
Gợi ý 1. Trước pha S có 12 NST đơn, mỗi NST chứa một phân tử DNA.
Gợi ý 2. Pha S nhân đôi DNA: số phân tử DNA tăng gấp mấy lần?
Chính xác! DNA nhân đôi: 12\times 2=24 phân tử, tương ứng 12 NST kép.
12 là số DNA trước khi nhân đôi. Đề hỏi sau pha S nên phải nhân đôi.
Em đã nhân đôi hai lần. Pha S chỉ nhân đôi một lần.
Lời giải mở sau khi bạn làm đúng, thử 2 lần, hoặc xem hết gợi ý.
Lời giải
Trước pha S: 12 NST đơn, 12 DNA. Pha S nhân đôi DNA nên số DNA thành 12\times 2=24. Số NST vẫn là 12 (nay đều là NST kép), số cromatit là 24.
Không có pha S thứ hai
Sơ đồ nào vẽ thêm một lần nhân đôi NST giữa giảm phân I và giảm phân II đều sai, dù tên các kì có đúng. Nếu có pha S thứ hai, tế bào con cuối cùng sẽ có bộ NST 2n chứ không phải n, và giảm phân không còn làm giảm số NST nữa.
Một tế bào loài 2n=8 đang ở kì giữa II. Trong tế bào này có bao nhiêu phân tử DNA?
Sai: 4 là số NST kép (n=4); em quên rằng mỗi NST kép có hai DNA.