Bài 43: Nguyên phân và giảm phân
I – NGUYÊN PHÂN
1. Khái niệm nguyên phân
– Khái niệm: Nguyên phân là hình thức phân chia của tế bào nhân thực mà trong đó các tế bào con được tạo ra có bộ NST giống nhau và giống tế bào mẹ ban đầu.
– Cơ chế:
Sơ đồ quá trình nguyên phân ở tế bào động vật
+ Trước khi nguyên phân, tế bào diễn ra quá trình nhân đôi DNA và nhiễm sắc thể ở kì trung gian.
+ Quá trình nguyên phân diễn ra qua hai giai đoạn: phân chia nhân và phân chia tế bào chất. Phân chia nhân diễn ra qua 4 kì (kì đầu, kì giữa, kì sau, kì cuối). Phân chia tế bào chất diễn ra đồng thời với kì cuối của phân chia nhân.
Kì
Hoạt động
của NST
Bộ NST
trong 1 tế bào
Kì đầu
Các NST kép tiếp tục co xoắn.
2n NST kép
Kì giữa
Các NST kép co xoắn cực đại và tập trung thành một hàng trên mặt phẳng xích đạo của thoi phân bào.
2n NST kép
Kì sau
Mỗi NST kép tách nhau ra ở tâm động, hình thành 2 NST đơn đi về 2 cực của tế bào.
4n NST đơn
Kì cuối
Tại mỗi cực tế bào, NST dãn xoắn dần. Tế bào chất phân chia hình thành 2 tế bào con.
2n NST đơn
– Kết quả: Từ 1 tế bào mẹ (2n) qua nguyên phân tạo ra 2 tế bào con có bộ NST giống nhau và giống hệt tế bào mẹ.- Ví dụ về nguyên phân:
+ Ở thực vật, khi hạt nảy mầm, tế bào phôi ở trong hạt nguyên phân liên tiếp và biệt hoá tạo ra số lượng lớn tế bào hình thành các cơ quan như rễ, thân, lá,…
+ Ở người, tế bào ở tầng tế bào sống của da nguyên phân liên tục để tạo các tế bào mới thay thế các tế bào da bị chết.
2. Ý nghĩa di truyền học của nguyên phân
– Đối với cơ thể đa bào, nguyên phân tạo ra các thế hệ tế bào có bộ NST giống nhau và giống với tế bào mẹ để thay thế tế bào già, tế bào tổn thương và giúp cơ thể sinh trưởng và phát triển.
– Đối với những loài nhân thực sinh sản vô tính, nguyên phân là cơ chế sinh sản để sinh ra các thế hệ con cháu có vật chất di truyền giống tế bào mẹ.
II – GIẢM PHÂN
1. Khái niệm giảm phân
– Khái niệm: Giảm phân là hình thức phân bào diễn ra ở các tế bào tham gia sinh sản hữu tính, từ một tế bào mẹ tạo ra bốn tế bào con có số lượng NST giảm đi một nửa, các tế bào con chứa tổ hợp NST khác nhau.
– Loại tế bào thực hiện: tế bào sinh dục giai đoạn chín.
Sơ đồ quá trình giảm phân ở tế bào động vật
Kì
Hoạt động của NST
Bộ NST
trong 1 tế bào
Kì đầu I
Các NST kép tiếp tục co xoắn, xảy ra tiếp hợp và có thể trao đổi chéo giữa các NST kép tương đồng.
2n NST kép
Kì giữa I
Các NST kép trong cặp tương đồng co xoắn cực đại và tập trung thành hai hàng trên mặt phẳng xích đạo của thoi phân bào.
2n NST kép
Kì sau I
Mỗi NST kép trong cặp NST kép tương đồng phân li về một cực của tế bào.
2n NST kép
Kì cuối I
Tại mỗi cực tế bào, NST kép dãn xoắn dần. Tế bào chất phân chia hình thành 2 tế bào con.
n NST kép
Kì đầu II
Các NST kép tiếp tục co xoắn.
n NST kép
Kì giữa II
Các NST kép co xoắn cực đại và tập trung thành một hàng trên mặt phẳng xích đạo của thoi phân bào.
n NST kép
Kì sau II
Mỗi NST kép tách nhau ra ở tâm động, hình thành 2 NST đơn đi về 2 cực của tế bào.
2n NST đơn
Kì cuối II
Tại mỗi cực tế bào, NST dãn xoắn dần. Tế bào chất phân chia hình thành 2 tế bào con.
n NST đơn
– Kết quả: Từ 1 tế bào mẹ (2n) qua giảm phân tạo thành 4 tế bào con có số lượng NST giảm đi một nửa (n), các tế bào con chứa tổ hợp NST khác nhau.
– Ví dụ về giảm phân:
+ Ở nam giới, khi đến tuổi dậy thì, các tế bào sinh tinh (2n) trong tinh hoàn giảm phân tạo ra các tinh trùng (n).
+ Ở cây ngô, sự hình thành tế bào trứng (n) diễn ra ở noãn nằm trong bầu nhuỵ; trong noãn, mỗi tế bào mẹ đại bào tử (2n) tiến hành giảm phân cho ra bốn đại bào tử (n).
2. Ý nghĩa di truyền học của giảm phân
a. Ý nghĩa di truyền học của giảm phân
– Đối với loài sinh sản hữu tính, giảm phân kết hợp với thụ tinh giúp thế hệ con duy trì bộ nhiễm sắc thể 2n đặc trưng của loài: Quá trình giảm phân tạo ra các giao tử đơn bội. Trong thụ tinh, sự kết hợp giữa giao tử đực với giao tử cái sẽ khôi phục lại bộ NST lưỡng bội ở các hợp tử.
– Giảm phân và thụ tinh cũng là hai cơ chế làm xuất hiện các biến dị tổ hợp ở các loài sinh sản hữu tính, cung cấp nguồn nguyên liệu cho quá trình tiến hóa và chọn giống.
b. Biến dị tổ hợp
– Khái niệm: Biến dị tổ hợp là biến dị xuất hiện do sự tổ hợp lại bộ NST (tổ hợp lại các allele) của tổ tiên và bố mẹ ở đời con cháu.
Biến dị tổ hợp
– Cơ chế hình thành biến dị tổ hợp trong giảm phân và thụ tinh:
+ Nhờ sự trao đổi chéo của các nhiễm sắc thể trong kì đầu của giảm phân I và sự phân li, tổ hợp ngẫu nhiên của các nhiễm sắc thể trong kì sau của giảm phân I đã tạo nên các loại giao tử khác nhau về nguồn gốc, cấu trúc NST.
Sự trao đổi chéo xảy ra giữa 2 trong 4 chromatid của cặp NST kép tương đồng
+ Thông qua sự kết hợp ngẫu nhiên của các giao tử chứa tổ hợp NST khác nhau trong quá trình thụ tinh tạo nên vô số kiểu tổ hợp NST trong các hợp tử, dẫn tới xuất hiện nhiều loại kiểu gene và kiểu hình mới (biến dị tổ hợp).
1. Phân biệt nguyên phân, giảm phân
Tiêu chí
Nguyên phân
Giảm phân
Loại tế bào thực hiện phân bào
Tế bào sinh dưỡng và tế bào mầm sinh dục.
Tế bào sinh dục giai đoạn chín.
Số lần phân chia bộ NST
1 lần.
2 lần.
Cách sắp xếp của các NST kép ở kì giữa
Các NST kép xếp thành 1 hàng trên mặt phẳng xích đạo của thoi phân bào.
Kì giữa I: Các NST kép trong cặp tương đồng tập trung thành 2 hàng trên mặt phẳng xích đạo của thoi phân bào. Kì giữa II: Các NST kép xếp thành 1 hàng trên mặt phẳng xích đạo của thoi phân bào.
Hiện tượng tiếp hợp và trao đổi chéo
Không.
Có thể.
Kết quả phân bào từ một tế bào mẹ (2n)
Hai tế bào con có bộ NST 2n giống nhau và giống hệt tế bào mẹ.
Bốn tế bào con có bộ NST n khác nhau về nguồn gốc, cấu trúc NST.
2. Mối quan hệ giữa nguyên phân và giảm phân trong sinh sản hữu tính
– Ở sinh vật sinh sản hữu tính, bộ NST đặc trưng của loài được ổn định qua các thế hệ cơ thể nhờ các quá trình là nguyên phân, giảm phân và thụ tinh:
+ Ở cơ thể trưởng thành, tế bào sinh dục chín trải qua giảm phân tạo ra các giao tử có bộ NST giảm đi một nửa (bộ NST đơn bội n). Sự kết hợp giữa giao tử đực (n) và giao tử cái (n) trong thụ tinh đã khôi phục lại bộ NST 2n trong các hợp tử được tạo thành.
+ Thông qua nguyên phân, bộ NST 2n trong hợp tử được di truyền cho các thế hệ tế bào con. Kết hợp với sự biệt hóa tế bào đã hình thành các mô, cơ quan và hệ cơ quan của cơ thể mang bộ NST 2n đặc trưng của loài.
Mối quan hệ giữa nguyên phân, giảm phân và thụ tinh trong sinh sản hữu tính
→ NST vừa là vật chất mang thông tin di truyền, vừa là đơn vị truyền đạt vật chất di truyền qua các thế hệ tế bào và cơ thể.
IV. ỨNG DỤNG CỦA NGUYÊN PHÂN VÀ GIẢM PHÂN TRONG THỰC TIỄN
– Ứng dụng của nguyên phân trong thực tiễn: Nguyên phân là cơ sở tế bào học của nhiều phương pháp như nhân giống vô tính ở cây trồng (chiết cành, giâm cành, ghép chồi, nuôi cây mô); nuôi cấy tế bào phôi tạo ngân hàng tế bào gốc sử dụng trong điều trị bệnh ở người; nuôi cấy tế bào ung thư phục vụ nghiên cứu khoa học;…
– Ứng dụng của giảm phân trong thực tiễn: ứng dụng trong tạo giống cây trồng, vật nuôi dựa trên nguồn biến dị tổ hợp; ứng dụng thụ tinh trong ống nghiệm phục vụ chuyên khoa y học hiếm muộn;…
Tạo giống cây trồng
dựa trên nguồn biến dị tổ hợp
Thụ tinh trong ống nghiệm
phục vụ chuyên khoa y học hiếm muộn
