Tài liệu Chuyên đề phân bào

PHẦN I: MỞ ĐẦU Trong chương trình Sinh học cấp trung học phổ thông, phần kiến thức vê phân bào là một nội dung quan trọng. Đây là cơ sở để lĩnh hội các nội dung kiến thức có liên quan: học sinh hiểu rõ bản chất của quá trình phân bào sẽ dê dàng giải thích được cơ sở khoa học của quy luật di truyên, những diên biến không bình thường của nhiêm sắc thể trong các giai đoạn phân bào sẽ dẫn đến những biến đổi ở thế hệ con, ... Nội dung của phần Phân bào đã được thể hiện trong rất nhiêu tài liệu, tuy nhiên hiện nay một số nội dung kiến thức của phần này đã có nhiêu thay đổi so với trước. Do đó, để có thể cập nhật nội dung kiến thức mới và giúp học sinh có tài liệu ôn tập, củng cố kiến thức trong các kì thi học sinh giỏi, thi đại học tôi đã tiến hành xây dựng nội dung chuyên đê: “Phân bào”. Mục đích của chuyên đê - Hệ thống lại một số kiến thức vê phân bào. - Giới thiệu một số câu hỏi tự luận và trắc nghiệm. Đối tượng, phạm vi áp dụng - Học sinh lớp 10, các đội tuyển ôn thi học sinh giỏi môn sinh cấp tỉnh và 11, 12 ôn thi học sinh giỏi quốc gia, tham khảo trong quá trình ôn thi đại học. Nội dung tôi tiến hành còn nhiêu thiếu xót, kính mong ý kiến đóng góp của các đồng chí. Xin chân thành cảm ơn! 1 PHẦN II: NỘI DUNG Chương 1: CẤU TRÚC VÀ VAI TRÒ MỘT SỐ THÀNH PHẦN THAM GIA PHÂN BÀO 1.1. Nhiễm sắc thể (NST) - Các NST tham gia vào quá trình phân bào là các NST kép sau khi đã được nhân đôi ở kì trung gian. - Mỗi NST kép gồm 2 NST đơn có cùng nguồn gốc và được đính lại với nhau bằng protein cohesin. Quá trình phân giải của protein cohesin sẽ làm cho 2 NST đơn tách nhau ở tâm động để tham gia vào các kì phân bào. 1.2. Thoi phân bào 1.2.1. Cấu tạo Thoi phân bào được cấu tạo từ vi ống và protein tubulin - Các vi ống được hình thành bắt đầu từ trung thể ở tế bào động vật. Từ trung thể các vi ống được kéo dài ra do phản ứng trùng hợp để các protein tubulin kết dính lại với nhau. - Các vi ống có thể co ngắn lại khi phản ứng giải trùng hợp xảy ra làm phân giải các thành phần protein tubulin. 1.2.2. Các loại thoi phân bào - Loại 1: gồm các vi ống chứa thể động có gắn với NST tại tâm động nhờ protein: Khi các vi ống chứa thể động này hoạt động chúng sẽ phân giải các tiểu phần protein tubulin cấu trúc làm cho các vi ống co ngắn lại qua đó cõng các NST vê 2 cực tế bào tại kì sau. - Loại 2: gồm các vi ống không thể động, chúng không liên kết với NST mà trong tế bào sau khi xuất hiện thì giữa 2 vi ống không thể động xuất phát từ 2 cực tế bào đối diện nhau sẽ xen cài vào nhau. Vai trò của các vi ống không thể động: Chúng dài ra làm cho các tế bào kéo dài theo tại kì sau phân bào. Hình 1.1: Cấu trúc Nhiễm sắc thể 2 Chương 2: PHÂN BÀO TRỰC PHÂN 2.1. Đặc điểm - Là quá trình phân bào trên các tế bào nhân sơ như vi khuẩn hoặc một số tế bào không bình thường (tế bào ung thư), chúng không hình thành thoi phân bào. 2.2. Cơ chê Ở các tế bào nhân sơ quá trình phân bào trực phân diên ra khi vật chất di truyên nhân đôi, tế bào chất tăng cường tổng hợp, phân chia tế bào thành 2 tế bào mới. 2.3. Kêt quả - Từ một tế bào mẹ ban đầu trải qua một lần phân chia tạo ra 2 tế bào con. 2.4. Ý nghĩa - Giúp sinh vật sinh sản nhanh hoặc có thể hình thành các khối tế bào. 3 Chương 3: PHÂN BÀO GIÁN PHÂN 3.1. Kì trung gian 3.1.1. Đặc điểm - Là gia đoạn trung gian trước khi tế bào bước vào giai đoạn phân bào. - Gồm 3 pha là G1, S và G2. Trong đó: 3.1.1.1. Pha G1 - Là pha tăng trưởng của tế bào KÌ TRUNG GIAN 3.1.1.1. Pha S - Vật chất di truyên được nhân đôi. 3.1.3. Pha G2 - Hai trung thể được hình thành qua nhân đôi từ một trung thể đơn. - Nhân chứa một hoặc hai hạch nhân. - Màng nhân vẫn tồn tại bao quanh nhân 3.2. Nguyên phân 3.2.1. Đặc điểm - Là quá trình phân bào xảy ra ở các tế bào sinh dưỡng, tế bào sinh dục sơ khai và ở hợp tử. - Các tế bào con tạo ra từ quá trình nguyên phân giống hệt tế bào mẹ vê vật chất di truyên. 3.2.2. Cơ chê Gồm 2 giai đoạn * Giai đoạn 1: Phân chia nhân: Gồm 4 kì: Kì đầu, kì giữa, kì sau, kì cuối. * Giai đoạn 2: Phân chia tế bào chất 4 3.2.2.1. Kì đầu - Các NST co ngắn, mỗi NST đã nhân đôi gồm 2 NST đơn cùng nguồn gốc đính với nhau ở tâm động. - Màng nhân và nhân con tiêu biến. - Thoi phân bào được hình thành. - Các trung thể tách nhau và di chuyển vê 2 cực tế bào.KÌ ĐẦU 3.2.2.2. Kì giữa - Các NST tập chung thành một hàng trên một mặt phẳng tưởng tượng nằm giữa hai cực tế bào. ĐẦU KÌ GIỮA KÌ GIỮA 3.2.2.3. Kì sau - Bắt đầu khi các protein cohesin tách nhau ra. - Hai NST con đã tách nhau bắt đầu di chuyển vê hai cực tế bào khi các vi ống co ngắn lại. - Các vi ống không thể động dài ra làm cho các tế bào kéo dài theo. - Cuối kì hai cực tế bào có hai bộ NST tương đương nhau. KÌ SAU 5 3.2.2.4. Kì cuối - Tế bào hình thành hai nhân. - Màng nhân tái xuất hiện từ nguyên liệu là các mảnh cũ. - Xuất hiện nhân con. - Các NST giãn xoắn. - Nhân đã phân chia từ một nhân thành hai nhân. KÌ CUỐI Giai đoạn phân chia tê bào chất. - Xảy ra vào cuối kì cuối. - Gồm hai kiểu: Hình thành rãnh phân cắt, lõm sâu vào chia đôi tế bào chất ( tế bào động vật) và hình thành vách ngăn (tế bào thực vật) 3.2.3. Kêt quả Từ một tế bào mẹ ban đầu tạo ra hai tế bào con giống hệt nhau và giống hệt tế bào mẹ. 3.2.4. Ý nghĩa Làm tăng số lượng tê bào giúp cơ thể lớn lên, thay thế các tế bào già, chết, ... Tạo điêu kiện cho các đột biến soma biểu hiện thành thể khảm. 3.3. Giảm phân 3.3.1. Đặc điểm - Là quá trình phân bào cuả các tế bào sinh dục tại vùng chín, từ một tế mẹ ban đầu tạo ra các tế bào con có số lượng NST giảm đi một nửa. 3.3.2. Cơ chê Gồm hai giai đoạn: * Giảm phân I: 6 Hình 2.1. Các kì giảm phân I 3.3.2.1. Kì đầu I - Các NST bắt đầu co xoắn lại, các NST tương đồng bắt cặp với nhau và diên ra quá trình tiếp hợp và trao đổi chéo giữa các NST khác nguồn. - Quá trình trao đổi chéo kết thúc ở giữa kì đầu và các NST trong từng cặp dần tách nhau. - Trung thể di chuyển, thoi phân bào hình thành, màng nhân phân huỷ. - Cuối kì đầu các vi ống từ các cực gắn vào hai thể động, cấu trúc protein nằm ở tâm động, các NST tương đồng sau đó di chuyển vê mặt phẳng xích đạo. 3.3.2.2. Kì giữa I - Các cặp NST tương đồng xếp thành hàng trên mặt phẳng xích đạo, mỗi NST trong một cặp hướng vê một cực tế bào. - Cả hai nhiêm sắc tử của một NST tương đồng gắn với vi ống có thể động từ 1 cực, còn các nhiêm sắc tử của NST tương đồng kia gắn vào vi ống từ cực đối diện. 3.3.2.3. Kì sau I Các protein gắn kết các nhiêm sắc tử chị em bị phân giải làm cho các NST tương đồng tách nhau ra và di chuyển vêê hai cực tế bào do hoạt động của thoi phân bào. 3.3.2.4. Kì cuối I và phân chia tê bào chất - Đầu kì mỗi nửa tế bào có một bộ NST đơn bội hoàn chỉnh trong đó các NST đã được nhân đôi. - Phân chia tế bào chất diên ra đồng thời hình thành nên hai tế bào con. - Sau đó diên ra giảm phân II mà không xảy ra nhân đôi NST. 7 * Giảm phân II: Hình 2.2. Các kì giảm phân II 3.3.2.5. Kì đầu II - Thoi phân bào hình thành, cuối kì các NST mỗi cái vẫn còn hai nhiêm sắc tử dính với nhau ở tâm động di chuyển vê mặt phẳng xích đạo 3.3.2.6. Kì giữa II - Các NST xép thành hàng ở mặt phẳng xích đạo, hai nhiêm sắc tử cùng nguồn khác nhau vê di truyên do đã xảy ra trao đổi chéo. - Các thể động của nhiêm sắc tử gắn với các vi ống. 3.3.2.6. Kì sau II - Các nhiêm sắc tử chị em tách nhau ra do hân huỷ các protein liên kết giữa chúng và di chuyển vêê hai cực đối diện nhau. 3.3.2.7. Kì cuối II và phân chia tê bào chất - Nhân con hình thành, NST dãn xoắn và diên ra quá trình phân chia tế bào chất. 3.3.3. Kêt quả Qua 2 lần phân bào từ một tế bào mẹ giảm phân cho ra 4 tế bào con đơn bội, mỗi tế bào chứa một bộ NST đơn bội, các tế bào con khác nhau vê mặt di truyên và khác tế bào mẹ. 3.3.4. Ý nghĩa Quá trình giảm phân tạo giao tử tham gia thụ tinh giúp duy trì nòi giống và tạo sự đa dạng di truyên ở các giao tử do hiện tượng tiếp hợp và trao đổi chéo. 8 Chương 4. MỘT SỐ DẠNG BÀI TẬP LIÊN QUAN ĐẾN PHÂN BÀO 4.1. Bài tập vê nguyên phân 4.1.1. Xác định số NST, cromatit, tâm động trong một tế bào qua các kì nguyên phân Bảng tóm tắt: Kì Số NST Số cromatit Tâm động Trung gian 2n (kép) 4n 2n Trước 2n (kép) 4n 2n Giữa 2n (kép) 4n 2n Sau 4n (đơn) 0 4n Cuối 2n (đơn) 0 2n Bài tập 1: Loài cà chua có bộ NST lưỡng bội 2n= 24 . Hợp tử trải qua nguyên phân. Xác định số NST, cromatit, tâm động có trong tế bào qua mỗi kì nguyên phân. Đáp án: Kì Số NST Số cromatit Tâm động Trung gian 24 (kép) 48 24 Trước 24 (kép) 48 24 Giữa 24 (kép) 48 24 Sau 48 (đơn) 0 48 Cuối 24 (đơn) 0 24 4.1.2. Xác định số tế bào sinh ra, NST môi trường cung cấp * Số tê bào sinh ra qua nguyên phân: - Một tế bào qua k lần nguyên phân sẽ hình thành 2k tế bào con - a tế bào đêu nguyên phân k lần, số tế bào con được tạo thành: a. 2k tế bào * Số NST môi trường cung cấp - Một tế bào có 2n NST qua k lần nguyên phân sẽ cần số NST đơn từ môi trường là: (2k – 1) 2n. - a tế bào có 2n NST qua k lần nguyên phân sẽ cần số NST đơn từ môi trường là: a(2k – 1) 2n. 9 Bài tập 2: Loài cà chua có bộ NST lưỡng bội 2n= 24. Một tế bào nguyên phân liên tiếp 8 lần. Xác định số tế bào con được tạo thành, số NST trong các tế bào con, số NST đơn môi trường cung cấp? Đáp án: - Số tế bào con được tạo thành 28 = 256 tế bào - Số NST trong tế bào con 256. 24= 6144 NST - Số NST đơn môi trường cung cấp (28- 1) 24= 6120 NST 4.1.3. Xác định số lần nguyên phân và bộ NST của loài - Số lần nguyên phân là số nguyên dương. - Bộ NST lưỡng bội của loài là số nguyên, chẵn. - Dựa vào dữ kiện của đê bài, thiêt lập giữa chúng với ẩn số cần tìm bằng phương trình. Bài tập 3: Ruồi giấm có bộ NST 2n= 8. Có 5 tê bào sinh dưỡng trải qua số đợt nguyên phân bằng nhau cần môi trường cung nguyên liệu tạo thêm 1240 cromatit mới. Xác định số lần nguyên phân của mỗi tê bào Đáp án: - Gọi k là số lần nguyên phân ta có 5(2k- 1)= 1240 → k= 5 lần Bài tập 4: Ở một hợp tử tại một thời điểm trong quá trình nguyên phân, số NST đơn hoàn toàn mới bằng số NST đơn còn chứa nguyên liệu cấu tạo nên số NST ban đầu. Xác định số lần phân bào của hợp tử tại thời điểm đó: Đáp án: Số NST đơn chứa nguyên liệu cấu tạo nên số NST ban đầu sẽ thuộc 2 tê bào → 2n.(2k – 2) = 2n.2 → k = 2 4.2. Bài tập vê giảm phân 4.2.1. Xác định số NST, cromatit, tâm động trong một tê bào qua các kì giảm phân Kì Số NST Số cromatit Tâm động Trung gian 2n (kép) 4n 2n Trước I 2n (kép) 4n 2n Giữa I 2n (kép) 4n 2n Sau I 2n (kép) 4n 2n 10 Cuối I n (kép) 2n n Trước II n (kép) 2n n Giữa II n (kép) 2n n Sau II 2n (đơn) 0 2n Cuối II n (đơn) 0 n Bài tập 1: Ba tế bào sinh tinh qua vùng sinh sản rồi qua vùng chín đó hình thành tất cả 253 thoi phân bào. Trong quá trình giảm phân, môi trường đã cung cấp nguyên liệu tương đương 2432 NST đơn. Xác định bộ NST 2n của loài. Đáp án: - Gọi số đợt nguyên phân của tế bào 1 là k1 - Gọi số đợt nguyên phân của tế bào 2 là k2 - Gọi số đợt nguyên phân của tế bào 3 là k3 - Theo đầu bài ta có: (2k1 – 1) + 3.2k1 + (2k2 – 1) + 3.2k2 + (2k3 – 1) + 3.2k3 = 253 → 2k1 + 2k2 + 2k3 = 64 Ta lại có: 2n.( 2k1 + 2k2 + 2k3) = 2432 Do đó ta có: 2n = 38 4.2.2. Xác định số tế bào sinh ra, NST môi trường cung cấp - Một tế bào sinh tinh qua giảm phân tạo 4 tinh trùng. - Một tế bào sinh trứng qua giảm phân tạo 1 trứng và 3 thể định hướng. - Mỗi tê bào con sinh ra sau GP2 đêu mang bộ NST đơn bội. - Một tế bào sinh dục có 2n qua giảm phân cần môi trường cung cấp số NST đơn là 4n- 2n= 2n. Bài tập 2: Một loài có bộ NST 2n= 12. Có 5 tế bào sinh dục sơ khai tại vùng sinh sản đêu nguyên phân 4 đợt. Tất cả các tế bào con đêu giảm phân tạo giao tử. Tính số giao tử được sinh ra? Đáp án: - Số tế bào sinh ra qua nguyên phân 5. 24= 80 tế bào. - Nếu là tế bào sinh tinh thì số giao tử là 80. 4= 320 giao tử. - Nếu là tế bào sinh trứng thì số giao tử là 80 giao tử. 4.2.3. Xác định số kiểu giao tử tạo ra trong trường hợp xảy ra trao đổi đoạn - Một cặp gồm 2 NST cấu trúc khác nhau quá trình giảm phân không xảy ra trao đổi chéo và không đột biến tạo ra hai kiểu giao tử. 11 - Xét n cặp tạo ra→2n kiểu giao tử. * Xảy ra trao đổi chéo đơn tại một điểm ở k trong số n cặp NST tương đồng có cấu trúc khác nhau: - Xét 1 cặp gồm 2 NST cấu trúc khác nhau, quá trình giảm phân xảy ra trao đổi chéo tại 1 điểm sẽ tạo ra 4 kiểu giao tử. - k cặp xảy ra trao đổi chéo đơn tại 1 điểm tạo ra 4k kiểu giao tử. - (n-k) cặp còn lại không trao đổi chéo đơn tạo ra 2(n-k) kiểu Vậy tổng số giao tử của loài là 2(n-k) 4k * Xảy ra trao đổi chéo đơn tại 2 điểm không cùng lúc ở k trong tổng số n cặp NST của loài: - trao đổi chéo đơn hai điểm khác nhau có: Tế bào xảy ra trao đổi chéo đơn tại điểm 1, có tế bào xảy ra trao đổi chéo đơn ở điểm 2. - Xét 1 cặp NST tương đồng xảy ra trao đổi chéo đơn tại 2 điểm tạo ra 6 kiểu giao tử khác nhau: 2 giao tử không trao đổi chéo đơn, 2 giao tử xảy ra ở điểm 1, 2 giao tử ở điểm 2. - Xét n cặp NST trong đó có k cặp trao đổi chéo đơn tại 2 điểm như trên tạo ra: 2(n-k) 6k= 2n 3k * Xảy ra trao đổi chéo kép ở k trong tổng số n cặp NST của loài - Xét n cặp NST trong đó có k cặp trao đổi chéo kép tạo ra: 2(n-k) 8k Bài tập 3: Một loài thực vật có bộ NST 2n = 14. Trong điêu kiện không phát sinh đột biến NST, loài sinh vật này sẽ tạo ra tối đa bao nhiêu loại giao tử trong các trường hợp: a. Vào kì đầu của giảm phân 1 có sự tiếp hợp và trao đổi chéo tại 1 điểm ở 2 cặp NST b. Cặp NST số 1 có trao đổi chéo tại 2 điểm, cặp NST số 2, số 3 và số 4 có xảy ra trao đổi chéo tại 1 điểm: Đáp án: Loài sinh vật có 2n = 14 → có 7 cặp NST a. - Có 2 cặp NST xảy ra trao đổi chéo tại 1 điểm thì sẽ tạo ra 42 loại giao tử - 5 cặp NST không xảy ra trao đổi chéo thì sẽ tạo ra 25 loại giao tử - Tối đa có số loại giao tử là 42. 25 = 29 loại giao tử b. – Cặp NST có trao đổi chéo tại 2 điểm thì tối đa sẽ tạo ra 8 loại giao tử - Có 2 cặp NST xảy ra trao đổi chéo tại 1 điểm sẽ tạo ra 42 loại giao tử - Có 4 cặp NST không xảy ra trao đổi chéo tạo ra số loại giao tử là 24 - Tối đa có số loại giao tử là 8. 42. 24 = 211 loại giao tử 4.3. Bài tập vê xác định số lượng giao tử tối đa được tạo thành 12 4.3.1. Tế bào bình thường chứa gen phân li độc lập a. Tế bào sinh dục đực - 1 Tế bào sinh tinh khi giảm phân tạo ra 2 loại tinh trùng. - Bước 1: Xác định số kiểu giao tử tối đa tạo ra từ tế bào chứa các gen phân li độc lập (Max) - Bước 2: Gọi n- số tế bào sinh tinh tham gia tạo giao tử, so sánh nếu: + 1< n< Max 2 thì số loại tinh trùng tối đa được tạo ra từ n tế bào sinh tinh là (2n) +n> Max 2 thì số loại tinh trùng tối đa được tạo ra từ n tế bào sinh tinh là (Max) Bài tập 1: Có 5 tế bào sinh tinh có KG: AaBbDdEE giảm phân tạo tinh trùng, xác định số tinh trùng tối đa tạo ra: Đáp án: - KG: AaBbDdEE (chứa 3 cặp dị hợp) tạo ra 23= 8 (Max) - Ta thấy số tế bào sinh tinh ban đầu là (n= 5): n> 8 2 vậy số tinh trùng tối đa tạo ra là 8 Bài tập 2: Có 3 tế bào sinh tinh của một cá thể có kiểu gen AaBbddEe giảm phân bình thường tạo tinh trùng. Số loại tinh trùng tối đa có thể tạo ra? Đáp án: - KG AaBbddEe tạo ra 23= 8 (Max) - Ta thấy số tế bào sinh tinh ban đầu là (n= 3): 1< n < 8 2 vậy số tinh trùng tối đa tạo ra là (2.3=6) b. Tế bào sinh dục cái -1 TB sinh trứng khi giảm phân cho 1 loại trứng -Bước 1: Xác định số kiểu giao tử tối đa tạo ra từ tế bào chứa các gen phân li độc lập (Max) - Bước 2: Gọi n- số tế bào sinh trứng tham gia tạo giao tử, so sánh nếu: + 1< n< Max→ thì số loại trứng tối đa được tạo ra từ n tế bào sinh trứng là (n) + n > Max → thì số loại trứng tối đa được tạo ra từ n tế bào sinh trứng là (Max) Bài tập 3: Có 5 tế bào sinh trứng có KG: AaBbDdEE giảm phân tạo trứng, xác định số trứng tối đa tạo ra: Đáp án: 13 - AaBbDdEE (chứa 3 cặp dị hợp) tạo ra 23= 8 (Max) - Ta thấy số tế bào sinh trứng ban đầu là (n= 5): n>8 vậy số trứng tối đa tạo ra là (8) 4.3.2. Tế bào bình thường chứa gen hoán vị a. Tế bào sinh dục đực (TB sinh tinh) - 1 tế bào sinh tinh xảy ra hoán vị tạo ra tối đa 4 loại tinh trùng - Bước 1: Xác định số kiểu giao tử tối đa tạo ra từ tế bào chứa các gen hoán vị (Max) - Bước 2: Gọi n- số tế bào sinh tinh tham gia tạo giao tử, so sánh nếu: + 1< n< Max 4 → thì số loại tinh trùng tối đa được tạo ra từ n tế bào sinh tinh là (4n) +n> Max 4 → thì số loại tinh trùng tối đa được tạo ra từ n tế bào sinh tinh là (Max) Bài tập 4: Có 5 tế bào sinh tinh có KG: AB ab DdEE giảm phân tạo tinh trùng. Thực tế số tinh trùng tối đa được tạo ra là bao nhiêu? Đáp án: - KG AB ab DdEE xảy ra hoán vị tạo ra 4.2= 8 giao tử - Ta thấy số tế bào sinh tinh ban đầu là (n= 5): n> 8 4 vậy số tinh trùng tối đa tạo ra là 8 b. Tế bào sinh dục cái (TB sinh trứng) -1 TB sinh trứng khi giảm phân dù có xảy ra HVG thì cũng chỉ cho 1 loại trứng - Bước 1: Xác định số kiểu giao tử tối đa tạo ra từ tế bào chứa các gen hoán vị (Max) - Bước 2: Gọi n- số tế bào sinh trứng tham gia tạo giao tử, so sánh nếu: + 1< n< Max→ thì số loại trứng tối đa được tạo ra từ n tế bào sinh trứng là (n) + n > Max → thì số loại trứng tối đa được tạo ra từ n tế bào sinh trứng là (Max). 14