SINH HỌC · PHÂN BÀO ① — Máy đọc hình phân bào: ba tín hiệu, bảng quyết định và nguyên lý nhập nhằng
Chuyên đề Sinh học (nguyên phân – giảm phân): ba tín hiệu đọc hình (NST đơn hay kép, cách sắp xếp, có cặp tương đồng hay không), bảng quyết định 12 kì, quy…
[SINH HỌC · PHÂN BÀO ①] · THPT AI LUKATO · BÀI KHÁI NIỆM
Máy đọc hình phân bào: ba tín hiệu, bảng quyết định và nguyên lý nhập nhằng
NST đơn hay kép, xếp thế nào, có cặp tương đồng không; từ hình đến số đếm T, rồi đến kì và bộ NST 2n
Nhiều em nhìn hình phân bào rồi "đoán kì" theo cảm giác, nên đúng được hình này, sai hình kia. Bài này thay cảm giác bằng một cỗ máy ba câu hỏi: ① NST đơn hay kép , ② chúng xếp thế nào , ③ trong cùng một nhóm có cặp tương đồng không . Hai câu đầu cho em con số T (tổng số tâm động trong cả tế bào) và danh sách các cặp (kì, 2n) có thể; câu thứ ba loại bớt. Có những hình luôn để lại hai khả năng; đó là nguyên lý nhập nhằng, và biết nó thì em biết khi nào phải hỏi thêm. Bài thuần khái niệm; mỗi mục có sơ đồ và một câu "em thử xem"; ba phòng thí nghiệm nằm ở các mục 3, 4 và 5. Mọi loài, tế bào và con số trong bài đều là hư cấu.
11 SƠ ĐỒ TỰ DỰNG 3 PHÒNG THÍ NGHIỆM THUẦN KHÁI NIỆM 8 CÂU TRẮC NGHIỆM TỰ SOẠN
BẢN ĐỒ BÀI
Từ một hình đến một con số, bằng ba câu hỏi
Đề thi hay cho một hình tế bào đang phân bào rồi hỏi "tế bào ở kì nào", "bộ NST 2n của loài là bao nhiêu", "hai tế bào có thể cùng loài không". Ba câu hỏi ấy cùng một gốc: đọc hình bằng ba tín hiệu, đếm, rồi tra . Bài ② của chuỗi sẽ theo dấu NST, cromatit và DNA trên trục thời gian; bài này là công cụ đọc hình.
① NST đơn hay kép ② Cách xếp ③ Cặp tương đồng Nhập nhằng
Vuốt ngang để xem hết sơ đồ
Hình 1. Bản đồ bài: một hình tế bào đi qua ba câu hỏi, cho ra con số T và danh sách ứng viên (kì, 2n); nếu còn hai ứng viên thì phân xử bằng tín hiệu ③ hoặc bằng 2n đã biết của loài.
0.1 Ba tín hiệu: hỏi gì, nhìn đâu, dễ nhầm ở đâu
Viết tắt dùng suốt bài: NP là nguyên phân, GP là giảm phân (GP I và GP II là lần phân bào thứ nhất và thứ hai của giảm phân). Em hỏi theo đúng thứ tự ①, ②, ③. Thứ tự này có lí do: ① và ② đếm được bằng mắt, không cần biết gì về loài; ③ cần so sánh hình các NST với nhau nên để sau cùng.
Tín hiệu · Câu hỏi · Nhìn vào đâu · Dễ nhầm ở đâu
① Đơn hay kép · Mỗi NST có 1 hay 2 cromatit? · Mỗi NST là một thanh (đơn) hay hai thanh song song dính nhau ở một tâm động (kép) · Đếm "que" thay vì đếm tâm động: một NST kép trông như hai que nhưng chỉ là 1 NST
② Cách xếp · Các NST nằm tản mạn, một hàng, hai hàng hay thành hai nhóm? · Vị trí của các tâm động trong tế bào · Gộp "hai hàng" (kì giữa I) với "hai nhóm" (kì sau); hai nhóm ở kì sau I gồm NST kép , ở kì sau NP gồm NST đơn
③ Có cặp không · Trong cùng một nhóm , mỗi hình NST xuất hiện hai lần hay một lần? · Kích thước và vị trí tâm động của từng NST (màu chỉ để nhận nguồn gốc) · Tưởng hai cromatit chị em là một cặp tương đồng; quên cặp XY khác hình
Vuốt ngang để xem hết bảng
0.2 Quy ước đếm dùng suốt bài
Số NST = số tâm động. Mỗi NST có đúng một tâm động, kép hay đơn đều vậy. Vì thế em đếm tâm động (chấm trắng trong hình) để biết số NST.
T là tổng cả tế bào. T = tổng số tâm động trong CẢ tế bào, gồm cả hai nhóm ở hai cực hoặc hai nhân. Một cực chỉ có một nửa T.
Cromatit chỉ đếm khi NST kép. Theo quy ước của sách và đề Việt Nam: NST kép gồm 2 cromatit (chromatid) chị em nên có 2 cromatit; NST đơn được ghi là "0 cromatit". (Về bản chất, NST đơn gồm một cromatit; quy ước chỉ nói rằng khi đếm cromatit người ta chỉ đếm ở NST kép.) Vậy cromatit = 2 × T nếu kép, bằng 0 nếu đơn.
DNA nhân tính theo a. a là lượng DNA trong nhân của một bộ NST đơn bội (n NST đơn). Tế bào 2n ở pha G1 có 2a; không tính DNA ti thể và lục lạp.
2n bộ NST lưỡng bội
n bộ đơn bội = 2n ÷ 2
T tổng tâm động trong cả tế bào
a DNA nhân của n NST đơn
0.3 Giả định và nhãn "hư cấu" hư cấu
Giả định của mọi quy tắc đếm trong bài: tế bào lưỡng bội bình thường, phân bào bình thường (không đột biến số lượng NST, không rối loạn phân li), mọi NST thành cặp tương đồng (không xét kiểu XO, như châu chấu đực 2n = 23, chỉ có một NST giới tính X). Mục 5 có một hộp riêng "Khi nào máy đọc sai?" nói rõ chỗ quy tắc bị phá.
Các loài trong bài đều là loài giả định, ví dụ "loài Z có 2n = 4 (hư cấu)"; hình vẽ chỉ có tối đa bốn dạng NST khác nhau để dễ nhận. Hình vẽ chỉ dùng để đếm và so sánh: ở pha trung gian NST dãn xoắn nên không thấy thành từng que dưới kính, và hình vẽ bỏ qua trao đổi chéo. Em đọc bài theo thứ tự các mục 1 đến 5, rồi xem sáu hiểu nhầm kinh điển, phần tổng kết và trắc nghiệm.
MỤC 1 · TÍN HIỆU ①
Đơn hay kép: đếm tâm động, đừng đếm que
Tín hiệu đầu tiên quyết định cả cách đếm lẫn danh sách ứng viên. Nó trả lời một câu: mỗi NST trong hình gồm một hay hai cromatit? Muốn trả lời đúng, em cần tách bạch hai thứ hay bị trộn lẫn: số NST và số cromatit .
1.1 Một NST, một tâm động
Tâm động là chỗ thắt nhỏ trên NST, nơi hai cromatit chị em dính vào nhau và nơi thoi phân bào bám vào để kéo NST đi. Mỗi NST có đúng một tâm động, nên số NST = số tâm động . Đây là quy tắc đếm luôn đúng trong phân bào bình thường.
Một NST đơn gồm một cromatit (một phân tử DNA mạch kép). Sau khi DNA nhân đôi ở pha S, mỗi NST trở thành NST kép : hai cromatit (chromatid) chị em, chứa hai phân tử DNA giống hệt nhau, dính nhau ở tâm động. Hai cromatit chị em vẫn chỉ là một NST vì chỉ có một tâm động.
Vuốt ngang để xem hết sơ đồ
Hình 2. NST đơn và NST kép (trên); một tế bào 2n = 4 (hư cấu) đi qua pha G1, G2, kì giữa NP, kì sau NP (dưới): số tâm động T, số cromatit và lượng DNA nhân đổi ra sao.
Nhìn hàng dưới của Hình 2: từ G1 sang G2, T giữ nguyên là 4 nhưng cromatit từ 0 lên 8 và DNA từ 2a lên 4a. Từ kì giữa sang kì sau, T nhảy từ 4 lên 8, cromatit về 0 nhưng DNA nhân vẫn là 4a. Hai biến cố khác nhau, hai kiểu đổi khác nhau.
1.2 Hai biến cố làm đổi số đếm hư cấu
Biến cố · Xảy ra khi nào · Số NST (tâm động) · Cromatit · DNA nhân
DNA nhân đôi · pha S, trước phân bào · không đổi · từ 0 lên 2 × T (NST đơn thành NST kép) · gấp đôi (2a lên 4a)
Tâm động tách đôi · kì sau của nguyên phân và kì sau II của giảm phân · gấp đôi (mỗi tâm động thành hai) · về 0 (NST kép thành hai NST đơn) · không đổi (hai NST đơn vẫn nằm trong cùng tế bào)
Vuốt ngang để xem hết bảng
Còn kì sau I của giảm phân thì sao? Ở đó tâm động không tách: cả NST kép của một cặp tương đồng đi về cực, nên NST vẫn kép và T vẫn giữ nguyên. Vì vậy NST kép tồn tại từ cuối pha S cho đến kì sau của nguyên phân, hoặc cho đến kì sau II của giảm phân (qua cả GP I và đầu GP II).
Hai cái bẫy tách ra từ bảng. Nhân đôi DNA không làm tăng số NST: chỉ biến NST đơn thành NST kép. Tách tâm động không làm đổi lượng DNA của tế bào: chỉ biến một NST kép thành hai NST đơn. Nhầm hai điều này là nguồn gốc của phần lớn đáp án sai về kì sau.
1.3 Cách đọc ① từ hình
Bước 1. Tìm các chấm tâm động và đếm chúng: được T.
Bước 2. Với mỗi NST, nhìn xem hai bên tâm động là một thanh hay hai thanh song song. Hai thanh dính nhau ở một tâm động: NST kép . Một thanh: NST đơn .
Bước 3. Ghi cromatit: bằng 2 × T nếu kép, bằng 0 nếu đơn (quy ước đếm ở mục 0.2).
Về hình vẽ ở pha trung gian. Ở pha G1, S, G2 NST dãn xoắn nên dưới kính chỉ thấy nhân; ta vẽ que ở các pha này chỉ để đếm cho dễ. NST chỉ thấy rõ thành từng thanh khi đã co xoắn, nhất là ở kì giữa và kì sau.
Chốt ý mục 1: đếm tâm động để biết T; nhìn số thanh của mỗi NST để biết đơn hay kép NST đơn: 0 cromatit · NST kép: 2 × T cromatit · nhân đôi DNA đổi đơn thành kép, tách tâm động đổi kép thành đơn
tế bào loài Z có 2n = 4 (hư cấu) ở pha G2, rồi vào kì sau của nguyên phân. Ở hai thời điểm ấy, T, số cromatit và DNA nhân là bao nhiêu?
Hãy phân biệt: lúc nào NST kép, lúc nào đã thành NST đơn?
Giải thích. Pha G2 (sau pha S): NST kép, T = 4 tâm động, cromatit = 2 × 4 = 8, DNA nhân 4a. Kì sau NP: tâm động đã tách đôi nên NST đơn, T = 8, cromatit = 0 (quy ước), DNA nhân vẫn 4a. Số tâm động tăng gấp đôi (4 lên 8) nhưng DNA không đổi vì chưa có tế bào con nào tách ra. Đối chiếu Hình 2, hàng dưới.
MỤC 2 · TÍN HIỆU ②
Cách xếp: tản mạn, một hàng, hai hàng, hai nhóm
Sau khi biết NST đơn hay kép, em nhìn xem các tâm động nằm ở đâu trong tế bào. Chỉ có bốn kiểu, và mỗi kiểu gắn với những kì nhất định. Vì sao lại có đúng bốn kiểu? Câu trả lời nằm ở cách thoi phân bào kéo NST.
2.1 Bốn kiểu sắp xếp
Kiểu xếp · Trông như thế nào · Gặp ở kì nào
Tản mạn · Các tâm động rải khắp tế bào, chưa thành hàng · kì đầu của NP, kì đầu I, kì đầu II (NST kép đã co xoắn, thoi phân bào đang hình thành)
Một hàng · Tâm động nằm thẳng hàng trên mặt phẳng xích đạo của tế bào · kì giữa của NP, kì giữa II
Hai hàng · Tâm động nằm trên hai đường song song ở vùng xích đạo của tế bào; mỗi cặp tương đồng có một NST ở mỗi đường · kì giữa I
Hai nhóm · Các NST tụ thành hai nhóm về hai phía (hai cực hoặc hai nhân) · kì sau và kì cuối của NP, của GP I và của GP II
Vuốt ngang để xem hết bảng
Vuốt ngang để xem hết sơ đồ
Hình 3. Bốn kiểu xếp của NST với loài 2n = 4 (hư cấu): tản mạn, một hàng, hai hàng, hai nhóm (hai nhóm có thể gồm NST kép hoặc NST đơn). Chấm trắng là tâm động.
Hai chi tiết em cần nhớ ngay: (a) "hai hàng" chỉ có ở kì giữa I; (b) "hai nhóm" là kiểu xếp của cả kì sau lẫn kì cuối , và nhóm có thể gồm NST kép (kì sau I, kì cuối I) hoặc NST đơn (kì sau NP, kì sau II); đó chính là lí do ① phải đi trước ②. Kì sau và kì cuối có cùng số đếm ; ở kì cuối các nhóm đã nằm trong hai nhân mới (có màng nhân) và tế bào chất bắt đầu thắt lại, nên hình có màng nhân là kì cuối.
2.2 Vì sao có bốn kiểu: thoi phân bào kéo thế nào
Nguyên phân và giảm phân II. Ở kì giữa, mỗi NST kép nằm trên mặt phẳng xích đạo, và sợi thoi từ cả hai cực bám vào hai phía của tâm động. Ở kì sau, tâm động tách đôi: hai cromatit chị em trở thành hai NST đơn và bị kéo về hai cực khác nhau . Vì thế mỗi cực nhận đủ một bản của mọi NST.
Giảm phân I. Ở kì giữa I, hai NST kép của một cặp tương đồng nằm ở hai phía của mặt phẳng xích đạo, mỗi NST kép hướng về một cực. Đó là lí do có hai hàng . Ở kì sau I, hai NST kép của mỗi cặp bị kéo về hai cực khác nhau; tâm động không tách, hai cromatit chị em đi cùng nhau. Mỗi cực nhận n NST kép, mỗi hình một chiếc.
MỞ RỘNG Hướng của hai tâm động chị em. Chỗ sợi thoi bám vào mỗi cromatit chị em gọi là kinetochore (vùng gắn sợi thoi ở tâm động). Ở nguyên phân và giảm phân II, hai vùng này của cùng một NST kép quay về hai cực đối nhau nên hai cromatit đi hai ngả. Ở giảm phân I, hai vùng ấy quay về cùng một cực nên cả NST kép đi cùng nhau. Phần này nằm ngoài chương trình bắt buộc; để đọc hình em chỉ cần biết kết quả: kì sau I kéo NST kép, kì sau của NP và của II kéo NST đơn.
2.3 Cách đọc ② từ hình
Tản mạn hay thành hàng? Nếu các tâm động không thẳng hàng cũng không tụ thành hai nhóm, đó là tản mạn: kì đầu.
Một hàng hay hai hàng? Đếm số đường mà các tâm động nằm trên. Một đường: một hàng. Hai đường song song: hai hàng. Hai đường chỉ có ở kì giữa I.
Hai nhóm: kép hay đơn? Chuyển sang tín hiệu ①. Nhóm gồm NST kép: kì sau I hoặc kì cuối I. Nhóm gồm NST đơn: kì sau hoặc kì cuối của NP hoặc của GP II.
② không cho biết 2n. Chỉ riêng kiểu xếp chưa nói gì về bộ NST của loài: hình "một hàng" có thể là kì giữa NP của loài này hay kì giữa II của loài khác. Muốn ra 2n em cần T, và đôi khi cần thêm tín hiệu ③ (mục 3 và mục 5).
Chốt ý mục 2: bốn kiểu xếp là dấu vân tay của kì; kiểu xếp đi cùng ① mới xác định T và danh sách ứng viên tản mạn: kì đầu · một hàng: kì giữa NP hoặc II · hai hàng: kì giữa I · hai nhóm: kì sau hoặc kì cuối
loài Y có 2n = 6 (hư cấu). Ở kì giữa NP và ở kì giữa I, các NST xếp thế nào và T bằng bao nhiêu?
Cả hai kì đều có NST kép nằm trên mặt phẳng xích đạo; hãy đếm số hàng và số NST trong mỗi hàng.
Giải thích. Kì giữa NP: 6 NST kép xếp thành một hàng , T = 6. Kì giữa I: 3 cặp tương đồng, mỗi cặp có một NST kép ở mỗi bên xích đạo, nên có hai hàng , mỗi hàng 3 NST kép, T = 6. Hai kì có cùng ① (kép) và cùng T = 6; chỉ ② (một hàng hay hai hàng) phân biệt được chúng. Kiểm bằng Hình 3 (một hàng và hai hàng, với 2n = 4) và Phòng thí nghiệm 1 ở mục 3.
MỤC 3 · TÍN HIỆU ③
Cặp tương đồng: mỗi hình xuất hiện hai lần hay một lần?
Hai tín hiệu đầu đếm được bằng mắt. Tín hiệu thứ ba cần một thao tác khác: so sánh các NST với nhau. Nó cho biết tế bào còn giữ cả hai bộ NST của bố và mẹ (mỗi hình xuất hiện hai lần) hay chỉ còn một bộ (mỗi hình một lần). Đó chính là chỗ giảm phân II khác nguyên phân.
3.1 Cặp tương đồng là gì, nhận bằng gì
Trong tế bào lưỡng bội, các NST tồn tại thành từng cặp: một NST nhận từ mẹ, một NST nhận từ bố. Hai NST của một cặp NST tương đồng có cùng kích thước, cùng hình dạng, cùng vị trí tâm động và mang các gen quy định cùng những tính trạng. Vì vậy trong hình vẽ, hai NST của một cặp trông cùng hình ; còn các cặp khác nhau thì khác hình (khác độ dài hoặc khác vị trí tâm động).