Giảm phân

Giảm phân

Xác định số kiểu giao tử khi giảm phân xuất hiện trao đổi chéo

Giảm phân là quá trình phân bào tạo ra các giao tử đơn bội. Giảm phân gồm hai quá trình phân bào: giảm phân 1 và giảm phân 2. Quá trình giảm phân diễn ra như thế nào. Giảm phân có ý nghĩa gì ?

I. GIẢM PHÂN 

Khác với nguyên phân , giảm phân là quá trình phân bào chỉ xảy ra ở các tế bào sinh dục chín (tế bào sinh tinh và sinh trứng), kết quả của giảm phân là tạo ra các giao tử (tinh trùng hoặc trứng) mang một nửa bộ nhiễm sắc thế của tế bào mẹ ban đầu .

Mở rộng :

  • Với cơ thể lưỡng bội (2n ), tế bào sinh dục giảm phân bình thường thì sẽ tạo ra giao tử có bộ NST đơn bội n
  • Với trường hợp cơ thể đa bội (4n) giảm phân binh thường sẽ tạo ra giao tử có bộ NST ( 2n )
  • Với cơ thể đa bội lẻ thường bất thụ và không tạo ra giao tử .

II. DIẾN BIẾN QUÁ TRÌNH GIẢM PHÂN 

Quá trình giảm phân điễn ra như thế nào để các tế bao ban đầu tạo ra hai tế bào con mang một nửa  bộ NST của tế bào mẹ ban đầu ?

Quá trình giảm phân được chia thành hai giai đoạn liên tiếp nhau là giảm phân I và giảm phân II . Diến biến của từng kì, sự biến đổi số lượng và trạng thái NST trong các kì của quá trình giảm phân được mô tả bởi bảng sau

Bảng : Mô tả diễn biến của quá trình giảm phân trong tế bào 

Kì trung gian I :  ADN nhân đôi ở pha S , pha G 2 tế bào chuẩn bị các chất cần thiết cho quá trình phân bào. Kết thúc kì trung gian tế bào có bộ NST 2n kép.

Giảm phân 1

Hình minh họa
Kì đầu 1NST kép bắt đầu đóng xoắn, co ngắn.

Các cặp NST  thể kép trong cặp tương đồng bắt cặp theo chiều dọc, tiếp hợp với nhau và trao đổi chéo xảy ra giữa hai cromatit không cùng chị em.

Cuối kì đầu hai NST kép tách nhau ra.

Màng nhân và nhân con tiêu biến

 
Kì giữa 1NST tiếp tục co xoắn cực đại , NST có hình thái đặc trưng cho loài

Thoi vô sắc đính vào tâm động ở một bên của NST.

Các cặp NST tương đồng tập trung và thành 2 hàng ở mặt phẳng xích đạo của thoi phân bào.

Kì sau 1Các cặp NST kép tương đồng di chuyển độc lập về hai cực của tế bào và chúng phân li độc lập với nhau.
Kì cuối 1Sau khi di chuyển về hai cực của tế bào NST bắt đầu dãn xoắn , màng nhân và nhân con hình thành

Thoi vô sắc tiêu biến , màng nhân và nhân con xuất hiện

Kết quảTừ 1 tế bào mẹ có 2n NST kép sinh ra 2 tế bào con có bộ NST n kép
Kì trung gian II : Sau khi kết thúc giảm phân  tế bào con  tiếp tục đi vào giảm phân 2 mà không nhân đôi NST. Trong tế bào có n NST kép

                         Giảm phân 2

Hình minh họa

Kì đầu 2NST bắt đầu đóng xoắn

Màng nhân và nhân con tiêu biến

Thoi vô sắc xuất hiện

    
Kì giữa 2NST kép co xoắn cực đại và  tập trung 1 hàng  trên mặt phẳng xích đạo của thoi vô sắc.

Thoi vô sắc dính vào 2 phía của NST kép

Kì sau 2NST tách nhau tại tâm động trượt trên thoi vô sắc di chuyển về  hai cực tế bào.
Kì cuối 2NST dãn xoắn. Màng nhân và nhân con xuất hiện, màng tế bào hình thành. Tạo ra hai tế bào con.
Kết quảTừ 1 tế bào có n NST kép tạo ra 2 tế bào mang bộ NST n đơn

Kết quả của giảm phân :

Từ 1 tế bào mẹ có 2n NST kép tạo ra 4 tế bào con có bộ NST n đơn .

Ở giới đực :

  • Không xảy ra  hoán vị gen thì 1 tế bào sinh tinh giảm phân bình thường sẽ tạo ra 4 tinh trùng (n)  trong đó có 2 loại tinh trùng có kiểu gen khác nhau.
  • Hoán vị gen thì 1 tế bào sẽ tạo ra 4 loại tinh trùng có kiểu gen khác nhau.

Ở giới cái :Tế bào sinh trứng luôn chỉ tạo ra 1 tế bào trứng (n) và 3 thể định hướng (n)

Ý nghĩa của giảm phân :

Nhờ sự phân li độc lập , tổ hợp tự do của các NST, hiện tượng trao đổi đoạn và hoán vị gen đã tạo ra tính đa dạng và phong phú cho giao tử , từ đó xuất hiện các biến dị tổ hợp ở thế hệ sau.

Giảm phân

Giảm phân

Trong trường hợp xảy ra trao đổi chéo tại một điểm, trao đổi chéo tại hai điểm không đồng thời hoặc trao đổi chéo kép thì số lượng giao tử được tạo ra trong giảm phân được tính như thế nào ?

I.  KHÔNG CÓ TRAO ĐỔI ĐOẠN

Xét 1 cặp NST gồm 2 NST có cấu trúc khác nhau , không có trao đổi đoạn và không có đột biến thì sẽ tạo ra 2 loại giao tử

Xét trên n cặp NST như trên thì sẽ tạo ra tối đa 2n  kiểu giao tử

Bài tập minh họa:  

Ở đậu Hà lan ( 2n = 14). Mỗi cặp NST tương đồng đều gồm 2 NST có cấu trúc khác nhau, quá trình giảm phân không xảy ra trao đổi đoạn và không đột biến. Tính số loại giao tử tối đa của loài ?

Hướng dẫn:

2n = 14 hay n = 7

Mỗi cặp NST tương đồng có cấu trúc khác nhau giảm phân cho hai loại giao tử.

Số giao tử tối đa có thể có là: 2.2.2.2.2.2.2 = 27 = 128

II.  CÓ TRAO ĐỔI CHÉO

Trường hợp  1: Trao đổi đoạn tại một điểm

  • Xét 1 cặp NST gồm 2 NST có cấu trúc khác giảm phân và trao đổi đoạn 1 điểm sẽ tạo ra :4 kiểu giao tử( 2 giao tử bình thường , 2 giao tử trao đổi chéo )
  • Xét k cặp NST gồm 2 NST có cấu trúc khác giảm phân và trao đổi đoạn 1 điểm sẽ tạo ra:  4k kiểu giao tử
  • n – k cặp còn lại không trao đổi chéo thì sẽ tạo ra 2n-k
  • Tổng số giao  tử được tạo ra là : 2n-k ×4k = 2n+k

Sơ đồ 1: Diến biến hiện tượng  trao đổi chéo tại một điểm trên cặp NST

Trường hợp 2: Trao đổi đoạn tại hai điểm không cùng lúc

Hiện tượng trao đổi đoạn không cùng lúc là hiện tượng có tế bào trao đổi đoạn tại vị trí thứ nhất , có tế bào trao đổi đoạn tại vị trí thứ 2 ở cùng cặp NST tương đồng đó.

– Xét 1 cặp NST gồm 2 NST có cấu trúc khác giảm phân và trao đổi đoạn tại 2  điểm không cùng lúc sẽ tạo ra 6 kiểu giao tử  ( 2 GT  không trao đổi đoạn , 2 GT  trao đổi ở vị trí 1 , 2 GT  trao đổi ở vị trí  số 2). Diễn biến quá trình trao đổi chéo tại hai điểm không đồng thời được mô tả trong sơ đồ 2

Sơ đồ 2: Diễn biến hiện tượng trao đổi chéo tại 2 điểm không cùng lúc trên 1 cặp NST

  • Xét  cả bộ NST gồm n cặp tương đồng
  • Xét k cặp NST gồm 2 NST có cấu trúc khác giảm phân và trao đổi đoạn 2 điểm sẽ tạo ra 6k kiểu giao tử
  • n- k cặp còn lại không trao đổi chéo thì sẽ tạo ra 2n-k
  •  Tổng số giao  tử được tạo ra là : 2n-k ×6k = 2n × 3k kiểu

Trường hợp 3 : Trao đổi chéo kép .

Trao đổi chéo kép là hiện tượng có nhiều tế bào trao đổi đoạn tại một điểm , có tế bào trao đổi chéo tại vị trí thứ 2 , có tế bào sẽ trao đổi tại 2 điểm cùng lúc cũng trong 1 cặp NST tương đồng đó .

Trao đổi đoạn tại hai điểm không cùng lúc ở 1 cặp NST tạo ra 6 loại giao tử . Ta xét trường hợp trao đổi đoạn tại hai điểm cùng lúc, diễn biến như sơ đồ 3

 Sơ đồ 3: diễn biến hiện tượng trao đổi chéo tại hai điểm đồng thời trên 1 cặp NST

  • Xét 1 cặp NST gồm 2 NST có cấu trúc khác giảm phân và trao đổi đoạn tại 2  điểm không cùng lúc sẽ tạo ra 8 kiểu giao tử :2 GT  không trao đổi đoạn, 2 GT  trao đổi ở vị trí ,  2 GT  trao đổi ở vị trí  số 2, 2 GT trao đổi chéo tại 2 điểm
  • Xét  cả bộ NST gồm n cặp tương đồng
  • Xét k cặp NST gồm 2 NST có cấu trúc khác giảm phân và trao đổi chéo kép  sẽ tạo ra 8k kiểu giao tử
  • n- k cặp còn lại không trao đổi chéo thì sẽ tạo ra 2n-k
  • Tổng số giao  tử được tạo ra là : 2n-k ×8k = 2n × 4k kiểu

III. BÀI TẬP MINH HỌA- HƯỚNG DẪN GIẢI 

Bài 1. Một tế bào có kiểu gen \frac{AB}{ab}Dd khi giảm phân bình thường thực tế cho mấy loại tinh trùng?

A. 1            B. 2             C. 4             D. 8

Hướng dẫn:

Một tế bào có kiểu gen Dd khi giảm phân bình thường thực tế cho 2 loại tinh trùng là ABD và abd hoặc ABd và abD

Bài 2 : Có 3 tế bào sinh tinh trùng đều tiến hành giảm phân xảy ra trao đổi chéo thì tối đa cho bao nhiêu loại tinh trùng?

Hướng dẫn:

Mỗi tế bào sinh tinh giảm phân có trao đổi chéo cho 4 loại tinh trùng  3 tế bào sinh tinh có kiểu gen như trên giảm phân tạo 4.3=12 loại tinh trùng.

Bài 3.  Một cơ thể có kiểu gen  Dd khi giảm phân có trao đổi chéo xảy

ra có thể cho tối đa mấy loại trứng?

A. 2            B. 4             C. 8             D. 16

Hướng dẫn:

Cơ thể có kiểu gen  Dd  có 2 cặp NST tương đồng :  và Dd

Dd tạo ra hai giao tử

có xảy ra trao đổi chéo thì tạo ra tối đa 4 giao tử

Số giao tử cơ thể đó có thể tạo ra là : 4 x 2 = 8 giao tử

Bài 4:  Ruồi nhà có bộ NST 2n=12. Một ruồi cái trong tế bào có hai cặp NST tương đồng mà trong mỗi cặp gồm 2 NST có cấu trúc giống nhau, các cặp NST còn lại thì 2 NST có cấu trúc khác nhau. Khi phát sinh giao tử đã có 2 cặp NST có cấu trúc khác nhau xảy ra trao đổi đoạn tại một điểm, các cặp còn lại không trao đổi đoạn thì số loại trứng sinh ra từ ruồi cái đó là bao nhiêu?

Hướng dẫn:

Bộ NST 2n=12 ® n = 6.

Có 2 cặp NST tương đồng có cấu trúc giống nhau nên còn lại 6-2 = 4 cặp NST có cấu trúc khác nhau.

Hai  cặp NST có cấu trúc giống nhau giảm phân mỗi cặp luôn cho một loại giao tử

2 cặp NST có cấu trúc khác nhau có trao đổi chéo mỗi cặp  cho 4 loại giao tử

2 cặp có NST có cấu trúc khác nhau không trao đổi chéo mỗi cặp tạo ra 2 giao tử.

Tổng số giao tử khi có hai cặp NST tường đồng có trao đổi chéo tại 1 điểm là :

1.1.42.2.2 = 26 = 64

Bài 5. Một tế bào sinh dục sơ khai của một loài nguyên phân liên tiếp một số đợt môi trường nội bào cung cấp nguyên liệu để hình thành nên 9690 NST đơn mới. Các tế bào con sinh ra từ lần nguyên phân cuối cùng đều giảm phân bình thường cho các tinh trùng, trong đó có 512 tinh trùng mang NST giới tính Y.

a. Xác định bộ NST lưỡng bội của loài và số lần nguyên phân của tế bào sinh dục sơ khai?

b. Nếu tế bào sinh tinh của loài khi phát sinh giao tử không có đột biến xảy ra, mỗi cặp NST tương đồng đều có cấu trúc khác nhau, có trao đổi chéo tại hai điểm không đồng thời trên 3 cặp NST và trao đổi chéo kép trên một cặp NST thì tối đa xuất hiện bao nhiêu loại giao tử?

Hướng dẫn:

a. Xác định bộ NST lưỡng bội của loài

– Quá trình giảm phân từ một tế bào sinh tinh giảm phân cho hai loại tinh trùng (tinh trùng mang NST giới tính X và tinh trùng mang NST giới tính Y) với số lượng bằng nhau. Theo bài ra có 512 tinh trùng mang NST giới tính Y nên cũng có 512 tinh trùng mang NST giới tính X

– Tổng số tinh trùng hình thành là: 512+512=1024

– Tổng số tế bào sinh tinh là 1024:4=256

– Vì tổng số NST môi trường cung cấp cho quá trình nguyên phân là 9690 nên ta có: (256 – 1).2n = 9690 ® 2n = 38

– Số lần nguyên phân của tế bào sinh dục sơ khai: Gọi k là số lần nguyên phân thì 2k = 256 ® k = 8

b. Số loại tinh trùng tối đa có thể được tạo ra:

2n = 38 =>n = 19. Tế bào có 19 cặp NST tương đồng có cấu trúc khác nhau.

– Trao đổi chéo xảy ra  tại một điểm trên 2 cặp NST tạo ra 4.4 = 16 loại giao tử

– Trao đổi chéo tại hai điểm không đồng thời trên 3 cặp NST tạo ra

6.6.6 = 216 loại giao tử

– Trao đổi chéo kép trên 1 cặp NST tạo ra 8 loại giao tử

– Còn lại 19 – ( 2+3+1) = 13 cặp giảm phân bình thường tạo ra 213 loại G

– Tổng số loại giao tử hình thành là 16.216.8.213= 223.33

Thảo luận cho bài: Giảm phân