So sánh, sự khác biệt giữa nguyên phân và giảm phân?

1. Tổng quan về Nguyên phân:

1.1. Nguyên phân là gì?

Nguyên phân đại diện cho quá trình phân đôi tế bào nguyên sinh, mục tiêu là tạo ra hai tế bào mới với bộ máy di truyền tương tự tế bào mẹ gốc. Quá trình nguyên phân xuất hiện trong tế bào sinh dưỡng và tế bào sinh dục ban đầu (tế bào tinh và tế bào trứng không thực hiện quá trình này).

Các giai đoạn của quá trình nguyên phân:

– Kì đầu: Trong giai đoạn này, các sợi NST kép sẽ xoắn và co, màng nhân trải qua hiện tượng tiêu biến, dẫn đến thoi phân tế bào.

– Kì hai: Sợi NST kép tiếp tục xoắn và co mạnh, sắp xếp thành một hàng duy nhất trên mặt phẳng xích đạo, thoi phân tế bào bám vào hai bên của NST tại tâm động.

– Kì ba: Chromatit tách ra và di chuyển trên thoi phân tế bào đến hai cực của tế bào.

Cuối cùng: Các sợi NST mở rộ và màng nhân hình thành. Tại thời điểm này, tế bào chất bắt đầu phân chia thành hai tế bào con.

1.2. Ý nghĩa quá trình nguyên phân:

Quá trình phân li độc lập và kết hợp tự do của các cặp NST trong quá trình giảm phân kết hợp với quá trình thụ tinh tạo ra đa dạng biến dị tổ hợp. Đây là quá trình cơ bản trong sinh học di truyền, mang lại những biến thể gen khác nhau trong thế hệ sau của một loài sinh vật.

Sự đa dạng di truyền trong các thế hệ sau của sinh vật sinh sản hữu tính chủ yếu bắt nguồn từ những biến dị tổ hợp gen do quá trình trên. Điều này cung cấp nguồn nguyên liệu cho quá trình chọn lọc tự nhiên, một khía cạnh quan trọng trong thuyết tiến hóa của Charles Darwin. Trong môi trường tự nhiên, những biến dị phù hợp với môi trường sẽ giúp cá thể sinh vật có khả năng sinh tồn và sinh sản tốt hơn, qua đó tạo ra một thế hệ tiếp theo mang những đặc trưng di truyền tích cực. Đồng thời, những biến dị không phù hợp có thể bị loại trừ theo nguyên tắc “sống sót của người phù hợp nhất”.

Quá trình nguyên phân, giảm phân và thụ tinh đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì bộ NST đặc trưng riêng biệt cho từng loài sinh vật. Quá trình này tạo ra sự đa dạng gen hình thành nên sự khác biệt giữa các cá thể trong cùng một loài. Điều này đảm bảo rằng dòng dõi của mỗi loài có khả năng thích nghi với biến đổi của môi trường, giúp duy trì sự sống và phát triển của loài qua thời gian.

2. Tổng quan về Giảm phân:

2.1. Giảm phân là gì?

Quá trình giảm phân quá trình của tế bào chia ra thành những tế bào con để hình thành giao tử (tinh trùng và trứng). Sau khi hoàn tất giai đoạn giảm phân, kết quả thu được là tổng cộng 4 tế bào con, mỗi tế bào con chứa một nửa của bộ NST của tế bào mẹ. Điều này có nghĩa rằng, giá trị n (từ trứng) cộng với n (từ tinh trùng) sẽ bằng 2n (bộ NST bình thường). Quá trình giảm phân có mục tiêu tạo ra tế bào con với nửa bộ NST để tạo nên giao tử.

Chi tiết về quá trình giảm phân:

Kì trung gian: Trong giai đoạn này, các NST nằm trong trạng thái duỗi xoắn và tự tổng hợp. Nhờ sự tự tổng hợp, hai NST giống nhau gắn kết tại tâm động, hình thành nhiễm sắc thể kép.

Kì đầu: NST kép bắt đầu tự co ngắn lại. Các nhiễm sắc thể kép trong cặp tương đồng áp sát nhau và xuất hiện hiện tượng tiếp hợp. Trong giai đoạn này, có thể xảy ra việc trao đổi đoạn gen giữa các nhiễm sắc thể trong cặp tương đồng, là cơ sở của hiện tượng hoán vị gen.

Kì giữa: NST kép trong cặp tương đồng tách ra và trượt trên tơ phân bào, hình thành hai hàng song song trên mặt phẳng xích đạo của tơ phân bào.

Kì sau: Các cặp nhiễm sắc thể kép trong cặp tương đồng tổ hợp ngẫu nhiên và phân ly độc lập về hai cực của tế bào.

Kì cuối: Nhiễm sắc thể kép nằm gọn trong nhân mới của tế bào.

Sau quá trình này, màng nhân và nhân con xuất hiện, tế bào chia thành 2 tế bào con, mỗi tế bào con mang bộ nhiễm sắc thể kép đơn bội nhưng có nguồn gốc khác nhau.

2.2. Ý nghĩa quá trình giảm phân:

– Đối với sinh vật nhân thực đơn bào, nguyên phân là cách chính để thực hiện sinh sản.

– Trong trường hợp của sinh vật nhân thực đa bào, quá trình này sẽ dẫn đến sự gia tăng số lượng tế bào và hỗ trợ sự phát triển của cơ thể, cũng như khả năng phục hồi các mô hoặc tế bào bị tổn thương.

3. So sánh sự khác biệt giữa nguyên phân và giảm phân:

* Các điểm tương đồng giữa nguyên phân và giảm phân:

Cả hai quá trình đều là cách thức của việc tách chia tế bào.

Cả hai đều bao gồm giai đoạn nhân đôi ADN một lần.

Cả hai đều có các giai đoạn gồm kì đầu, kì giữa, kì sau và kì cuối.

Cả hai quá trình đều đối mặt với các biến đổi tương tự như: tự nhân đôi, xoắn và tháo xoắn của NST.

Cả màng nhân và nhân con đều tan rã vào kì đầu và xuất hiện vào kì cuối.

Sự hiện diện của thoi phân bào được thể hiện vào kì đầu và tiêu biến vào kì cuối.

Diễn biến của các giai đoạn trong quá trình giảm phân II tương đồng với nguyên phân.

* Điểm khác nhau của nguyên phân và giảm phân

Nguyên phân	Giảm phân
Xảy ra ở tế bào sinh dưỡng và tế bào sinh dục sơ khai.	Xảy ra ở tế bào sinh dục chín.
Có một lần phân bào.	Có hai lần phân bào.
Kì đầu không có sự bắt cặp và trao đổi chéo.	Kì đầu I có sự bắt cặp và trao đổi chéo.
Kì giữa NST xếp thành một hàng ở mặt phẳng xích đạo.	Kì giữa I NST xếp thành hai hàng ở mặt phẳng xích đạo.
Kì sau mỗi NST kép tách thành hai NST đơn và di chuyển về 2 cực của tế bào.	Kì sau I, mỗi NST kép trong cặp NST kép tương đồng di chuyển về 2 cực của tế bào.
Kết quả từ một tế bào mẹ cho ra hai tế bào con.	Kết quả từ một tế bào mẹ cho ra bốn tế bào con.
Số lượng NST trong tế bào con được giữ nguyên.	Số lượng NST trong tế bào con giảm đi một nữa.
Duy trì sự giống nhau: tế bào con có kiểu gen giống kiểu gen tế bào mẹ.	Tạo biến dị tổ hợp, cơ sở cho sự đa dạng và phong phú của sinh vật, giúp sinh vật thích nghi và tiến hóa.

Sự khác nhau thể hiện ở nhiều chi tiết. Có điều đáng chú ý là trong giai đoạn trước khi bắt đầu giai đoạn I của quá trình giảm phân, các nhiễm sắc thể tương đồng hình thành các cặp và sau đó đẩy nhau ra hai cực đối diện. Nhờ vào quá trình này, mỗi tế bào con trong giai đoạn giảm phân chỉ lấy một nửa số nhiễm sắc thể từ cặp tương đồng. Khía cạnh này tương đương với việc tâm động giữa hai chiều dài nhiễm sắc thể em gái cùng di chuyển cùng nhau trong quá trình nguyên phân, và khi tâm động diễn ra, mỗi tế bào con chỉ thừa nhận một chiều dài nhiễm sắc thể. Mặc dù có sự khác biệt trong cơ chế thực hiện, song cách thức này giống nhau trong việc chia đều và đồng bộ các nhiễm sắc thể về từng tế bào con.

Sự biến đổi trong quá trình phân bào:

– Hình thành NST khổng lồ: Trong giai đoạn trước đó, sau khi chuỗi DNA sao chép, tạo thành các nhiễm sắc tử. Tuy nhiên, những nhiễm sắc tử này không tách rời lẫn nhau.

– Nội nguyên phân: Ở giai đoạn trước, màng nhân không bị phân tán, quá trình chia tách diễn ra bên trong màng nhân. Kết quả của quá trình này là tạo ra nhân mới với bộ NST tăng gấp đôi.

– Hình thành thể đa bội: Sau khi NST sao chép tự nhiên, màng nhân tan rã mà không xuất hiện thoi vô sắc, tạo ra các tế bào có số lượng NST tăng lên nhiều lần.

– Tế bào 2 nhân: Sau khi kết thúc quá trình chia nhân, tế bào chất không phân chia tạo thành tế bào mới có hai nhân.

Trong quá trình giảm phân, cũng có những biến đổi: do sự kết hợp và phân ly của các NST không diễn ra bình thường, có thể dẫn đến tình trạng giao tử thừa hoặc thiếu NST. Trong trường hợp thoi vô sắc không xuất hiện, sẽ tạo ra các giao tử không giảm số lượng nhiễm sắc thể.

4. Bài tập về nguyên phân và giảm phân và lời giải:

Bài tập 1: 10 tế bào sinh dục sơ khai phân bào liên tiếp với số lần như nhau ở vùng sinh sản, môi trường cung cấp 2480 nhiễm sắc thể đơn, tất cả các tế bào con đến vùng chín giảm phân đã đòi hỏi môi trường tế bào cung cấp thêm 2560 nhiễm sắc thể đơn. Hiệu xuất thụ tinh của giao tử là 10 % và tạo ra 128 hợp tử. Biết không có hiện tượng trao đổi chéo xảy ra trong giảm phân.

Hãy xác định:

a. Bộ nhiễm sắc thể 2n của loài và tên của loài đó

b. Tế bào sinh dục sơ khai là đực hay cái? Giải thích?

Cách giải

a. Gọi x là số lần nguyên phân của tế bào sinh dục sơ khai, 2n là bộ nhiễm sắc thể lưỡng bội của loài, ta có:

2n(2x – 1)10 = 2480 và 2n2x10 = 2560 → n = 8 (ruồi giấm)

2n.2x.10 = 2560 → x = 5

b. Số tế bào con sinh ra: 320

Số giao tử tham gia thụ tinh: 128/10 . 100 = 1280

Số giao tử hình thành từ mỗi tế bào sinh giao tử: 1280/320 = 4 suy ra là con đực

Bài tập 2: Ở 1 loài ong mật, 2n=32. Trứng khi được thụ tinh sẽ nở thành ong chúa hoặc ong thợ tuỳ điều kiện về dinh dưỡng, còn trứng không được thụ tinh thì nở thành ong đực.

Một ong chúa đẻ được một số trứng gồm trứng được thụ tinh và trứng không được thụ tinh, nhưng chỉ có 80% số trứng được thụ tinh là nở thành ong thợ, 60% số trứng không được thụ tinh là nở thành ong đực, các trường hợp còn lại đều không nở và bị tiêu biến. Các trứng nở thành ong thợ và ong đực nói trên chứa tổng số 155136 NST, biết rằng số ong đực con bằng 2% số ong thợ con.

a/ Tìm số ong thợ con và số ong đực con.

b/ Tổng số trứng được ong thợ đẻ ra trong lần nói trên là bao nhiêu?

c/ Nếu số tinh trùng trực tiếp thụ tinh với các trứng chiếm 1% so với tổng số tinh trùng hình thành thì tổng số NST trong các tinh trùng và tế bào trứng bị tiêu biến là bao nhiêu?

Cách giải

a/ Gọi x là số ong thợ, y là số ong đực thì y = 0,02x

Ta có 32x + 16 x 0,02x =155136; x = 4800; y = 96

b/ Tổng số trứng đẻ là (4800×100/80) + (96×100/60) = 6160

c/ Tổng số nhiễm sắc thể bị tiêu biến

– Số trứng thụ tinh đẻ ra: 4800 x 100/80 = 6000 trứng

– Số tinh trùng không thụ tinh: (6000 x 100) – 6000 = 594000

– Số trứng không thụ tinh đẻ ra: 96 x 100/60 = 160 trứng

– Số trứng không thụ tinh không nở: 160 – 96 = 64

– Số trứng thụ tinh không nở: 6000 – 4800 = 1200

– Tổng số nhiễm sắc thể bị tiêu biến: (32 x 1200) + 16(64 + 594000) = 9543424 NST

Bài tập 3: Một tế bào sinh dục sơ khai của ruồi giấm (2n = 8) tiến hành nguyên phân liên tiếp một số lần tạo ra số tế bào mới ở thế hệ cuối cùng có 512 NST ở trạng thái chưa nhân đôi.

1. Hãy xác định số đợt phân bào của tế bào sinh dục sơ khai nói trên

2. Các tế bào mới được tạo thành nói trên đều trở thành tế bào sinh trứng

a. Khi tế bào sinh trứng giảm phân thì lấy nguyên liệu từ môi trường nội bào tạo ra bao nhiêu NST đơn?

b. Quá trình giảm phân trên tạo ra được bao nhiêu trứng và tổng số NST trong các tế bào trứng là bao nhiêu?

c. Biết hiệu suất thụ tinh của trứng là 25% và mỗi trứng thụ tinh cần 1 triệu tinh trùng tham gia

Xác định số tinh trùng tham gia thụ tinh cho 25% số trứng nói trên.

Hướng dẫn

1.Xác định số đợt phân bào của tế bào sinh dục sơ khai

Ở ruồi giấm bộ NST lưỡng bội 2n= 8

Gọi k là số lần phân bào ( k nguyên dương, k>0)

Theo giả thiết, ta có:

2k. 2n = 512

2k. 8 =512

→ k = 6

Vậy tế bào sinh dục sơ khai nói trên tiến hành 6 đợt phân bào.

2.a: Số NST đơn môi trường cần cung cấp cho quá trình nhân đôi

Mỗi tế bào sinh trứng có 2n = 8 NST đơn, trước khi giảm phân tạo trứng thì đều nhân đôi NST đơn thành NST kép tức là tạo thêm 8 NST đơn từ nguyên liệu của môi trường nội bào.

Tổng số tế bào sinh trứng được tạo ra sau 6 đợt phân bào là 26= 64 tế bào

Vậy các tế bào sinh trứng đã lấy nguyên liệu từ môi trường nội bào để tạo ra số NST đơn là :

8.64 = 512 NST đơn.

b. Xác định số NST đơn trong các trứng tạo thành

Vì mỗi tế bào sinh trứng đã lấy nguyên liệu từ môi trường nội bào để tạo ra số NST đơn là :

64.1 = 64 trứng

Ở ruồi giấm n = 4 NST nên tổng số NST trong các trứng tạo thành là

64.4 = 256 NST đơn

c. Số tinh trùng tham gia thụ tinh

Hiệu suất thụ tinh của trứng là 25% nên tổng số trứng được trực tiếp thụ tinh tạo hợp tử là: 64.25% = 16 trứng

Vậy số tinh trùng tham gia thụ tinh là: 1.000.000 x 16 = 16.000.000 tinh trùng