Ôn thi HSG lí thuyết và phương pháp giải bài tập chủ đề NST Sinh học 9 năm 2020

ÔN THI HSG LÍ THUYẾT VÀ PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP CHỦ ĐỀ NST

SINH HỌC 9 NĂM 2020

 

I. KHÁI NIỆM NHIỄM SẮC THỂ, CẤU TRÚC, CHỨC NĂNG VÀ TÍNH ĐẶC TRƯNG CỦA NHIỄM SẮC THỂ

1. Khái niệm nhiễm sắc thể:

- Nhiễm sắc thể là vật chất di truyền tồn tại trong nhân tế bào có khả năng nhuộm màu đặc trưng bởi thuốc nhuiộm kiềm tính, được tập trung thành những sợi ngắn, có số lượng, hình dạng, kích thước, cấu trúc đặc trưng cho mỗi loài.

- NST có khả năng tự nhân đôi, phân li, tổ hợp ổn định qua các thế hệ.

- NST có khả năng bị đột biến thay đổi cấu trúc, số lượng tạo ra những đặc tưng di truyền mới  

2. Cấu trúc của NST:

a. Hình thái nhiễm sắc thể

- ở kì giữa của quá trình phân bào, NST ở trạng thái co xoắn cực đại và có hình dạng đặc trưng, có chiều dài từ 0,2 – 50 micrômet, đường kính từ 0,2 – 2 micrômet. Có nhiều hình dạng khác nhiều: hình hạt, hình que, hình chữ V, hình móc

b. Cấu tạo của NST:

Cấu tạo hiển vi:

- ở kì giữa của quá trình phân bào, NST đóng xoắn cực đại và có hình dạng đặc trưng bao gồm hai crômatít dính nhau ở tâm động tại eo sơ cấp, tâm động là trung tâm vận động và là điểm trượt của NST trên thoi phân bào giúp NST phân li về các cực của tế bào trong quá trình phân bào

- Một số NST có thêm eo thứ cấp là nơi tổng hợp rARN, các rARN tích tụ lại tạo thành nhân con

Cấu tạo siêu hiển vi;

- NST được cấu tạo từ chất nhiễm sắc bao gồm ADN và prôtêin lại histôn, phân tử AND quấn quanh khối cầu prôtêin tạo nên nuclêôxôm là đơn vị cấu trúc cơ bản theo chiều dọc của NST. Mỗi nuclêôxôm gồm 8 phân tử histôn được quấn quanh bởi một đoạn AND chứa khoảng 146 cặp nuclêôtít. Các Nuclêôxom nối với nhau bằng các đoạn AND và một phân tử prôtêin histôn, mỗi đạon có khảng 15 – 100 cặp nuclêôttít

- Tổ hợp AND với prôtêin loại histôn trong chuỗi nuclêôxôm tạo thành sợi cơ bản có đường kính khoảng 100 A^o, sợi cơ bản xoắn lại một lần nữ tạo nên sợi nhiễm sắc có đường kính 300 A^o , sợi nhiễm sắc cuộn xoắn hình thành nên cấu trúc crômatít có dường kính khoảng 7000 A^o

-  Nhờ có cấu trúc cuộn xoắn mà chiều dài của NST được rút ngắn 15000 – 20000 lần so với chiều dài của phân tử AND thuận lợi cho sự phân li và tổ hợp NST trong quá trình phân bào.

3. Chức năng của NST

- NST là cấu trúc mang gen nên NST có chức năng bảo quản thông tin di truyền

- NST có khả năng truyền đạt thông tin di truyền qua các thế hệ nhờ quá trình tự nhân đôi của AND, sự phân li và tổ hợp của các gen nằm trên NST trong nguyên phân, giảm phân và thụ tinh

4. Tính đặc trưng của NST:

- Bộ NST trong mỗi loài sinh vật được đặc trưng bởi số lượng, hình dạng và cấu trúc, dây là đặc trưng để phân biệt các loài với nahu không phản ánh trnhf độ tiến hoá cao hay thấp, ở những loài giao phối, tế bào sinh dưỡng mang bộ NST lưỡng bội 2n, NST luôn tồn tại thành từng cặp tương đồng, một NST có nguồn gốc từ bố, một NST có nguồn gốc từ mẹ, tếbào giao tử chứa bộ NST đơn bội n

VD:  

- Người: 2n = 46, n = 23

- Chó: 2n = 78, n = 39  

- Đậu hà Lan: 2n = 14, n = 7

- Ruồi giấm: 2n = 8, n = 4

- Đặc trưng về số lượng, thành phần, trình tự phân bố các gen trên mỗi NST

II. CÁC ĐẶC TÍNH CƠ BẢN CỦA NST MÀ CÓ THỂ ĐƯỢC COI LÀ CƠ SỞ VẬT CHẤT CỦA DI TRUYỀN Ở CẤP ĐỌ TẾ BÀO:

1. NST là cấu trúc mang gen:

- NST chứa AND, AND mang thồn tin di truyền, gen phân bố trên NST, mỗi gen chiếm một vị trí nhất định gọi là locut, nười ta xây dựng được bản đồ di truyền của các gen trên từng NST của nhiều loài

- Những biến đổi về mặt số lượng và cấu trúc của NST sẽ gây ra những biến đổi về các tính trạng

2. NST có khả năng tự nhân đôi:

- Thực chất của sự nhân đôi NST là sự nhân đôi của AND vào kì trung gian của quá trình phân bào nguyên phân và giảm phân đảm bảo ổn định vật chất di truyền qua các thế hệ tế bào và cơ thể

- Sự nhân đôi của NST kết hợp với sự phân li và tổ hợp của NST trong nguyên phân, giảm phân và thụ tinh là cơ chế duy trì ổn định bộ NST đặc trưng cho loài qua các thế hệ tế bào và cơ thể

III. NGUYÊN PHÂN, GIẢM PHÂN VÀ THỤ TINH – Ý NGHĨA VÀ MỐI LIÊN HỆ CỦA CHÚNG TRONG PHÁT SINH GIAO TỬ VÀ THỤ TINH

1. Nguyên phân:

a. Khái niệm:

- Nguyên phân là hình thức phân bào nguyên nhiễm xảy ra ở hầu hết các tế bào trong cơ thể, trừ các tế bào sinh dục ở vùng chín

- Nguyên phân là hình thức phân bào từ một tế bào ạe tạo ra hai tế bào con có bộ nhiễm sắc thể giống nhau và giống với tế bào mẹ

b. Cơ chế:

- Nguyên phân diễn biến qua 5 kỳ: Kỳ trung gian, kỳ đầu, kỳ giữa, kỳ sau và kỳ cuối trong đó kỳ trung gian còn gọi là giai đoạn chuẩn bị, các kỳ còn lại được coi là giai đoạn phân bào chính thức

Kỳ trung gian:

- Trung tử tự nhân đôi và di chuyển dần về hai cực của tế bào

- NST ở dạng sợi mảnh, tự nhân đôI tạo thành NST kép gồm hai crômatít giống hệt nhau dính với nhau ở tâm động

- Cuối kỳ trung gian thì màng nhân và nhân con bắt đầu tiêu biến

Kỳ đầu:

- Hai trung tử ở hai cực của tế bào hình thành nên thoi phân bào

- Các NST kép bắt đầu đóng xoắn và trượt trên thoi phân bào ở tâm động

- Màng nhân và nhân con tiêu biến hoàn toàn

Kỳ giữa:

- Các NST kép đóng xoắn cực đại và dàn thành một hàng trên mặt phẳng xích đạo của thoi phân bào

Kỳ sau:

- Hai crômatít trong NST kép tách nhau ra ở tâm động thành 2 NST đơn và dàn thành hai nhóm tương đương phân li về hai cực của tế bào

- NST bắt đầu duỗi xoắn

Kỳ cuối:

- Thoi phân bào biến mất

- NST ở trạng tháI sợi mảnh và duỗi xoắn hoàn toàn

- Màng nhân và nhân con hình thành, tế bào chất phân chia tạo thành hai tế bào con có bộ NST 2n giống nhau và giống tế bào mẹ

c. Ý nghĩa:

- Nguyên phân là phương thức sinh sản của tế bào, giúp cơ thể lớn lên

- Là phương thức duy trì ổn định bộ NST đặc trưng cho loài qua các thế hệ tế bào ở những loài sinh sản hữu tính và qua các thế hệ cơ thể ở những loài sinh sản vô tính

2. Giảm phân:

a. Khái niệm

- Giảm phân là hình thức phân bào giảm nhiễm xảy ra ở tế bào sinh dục tại vùng chín của ống dẫn sinh dục

- Giảm phân là hình thức phân bào từ một tế bào mẹ tạo ra 4 tế bào con có bộ NST giảm đi một nửa so với tế bào mẹ

b. Cơ chế:

- Giảm phân diễn ra qua hai lần phân bào liên tiếp nhưng chỉ có một lần NST tự nhân đôi, mỗi lần phân bào đều gồm có giai đoạn chuẩn bị và giai đoạn phân bào chính thức

Lần phân bào I:

Kỳ trung gian I:

- Trung tử tự nhân đôi và di chuyển dần về hai cực của tế bào

- NST ở dạng sợi mảnh, tự nhân đôi tạo thành NST kép gồm hai crômatít giống hệt nhau dính với nhau ở tâm động

- Cuối kỳ trung gian thì màng nhân và nhân con bắt đầu tiêu biến

Kỳ đầu I:

- Hai trung tử ở hai cực của tế bào hình thành nên thoi phân bào

- Các NST kép bắt đầu đóng xoắn, có hiện tượng tiếp hợp và trao đổi chéo giữa các đoạn tương ứng của hai NST kép tương đồng. Kết thúc quá trình trao đỏi chéo thì NST đính vào thoi phân bào và trượt trên thoi phân bào ở tâm động

- Màng nhân và nhân con tiêu biến hoàn toàn

Kỳ giữa I:

- Các NST kép đóng xoắn cực đại và dàn thành hai hàng trên mặt phẳng xích đạo của thoi phân bào

Kỳ sau I:

- Các NST kép không tách nhau ở tâm động, mỗi NST kép trong cặp NST kép tương đồng phân li về hai cực của tế bào

- NST vẫn đóng xoắn cực đại

Kỳ cuối I:

- Thoi phân bào biến mất

- NST vẫn ở trạng thái kép và đóng xoắn cực đại

- Màng nhân và nhân con hình thành, tế bào chất phân chia tạo thành hai tế bào con có bộ NST đon bội kép

Lần phân bào II

Kỳ trung gian II:

- Trung tử tự nhân đôi và di chuyển dần về hai cực của tế bào

- NST vẫn ở trạng thái kép và đóng xoắn cực đại

- Cuối kỳ trung gian thì màng nhân và nhân con bắt đầu tiêu biến

Kỳ đầu II:

- Hai trung tử ở hai cực của tế bào hình thành nên thoi phân bào

- Các NST kép vẫn đóng xoắn  cực đại và trượt trên thoi phân bào ở tâm động

- Màng nhân và nhân con tiêu biến hoàn toàn

Kỳ giữa II:

- Các NST kép vẫn đóng xoắn cực đại và dàn thành một hàng trên mặt phẳng xích đạo của thoi phân bào

Kỳ sau II:

- Hai crômatít trong NST kép tách nhau ra ở tâm động thành 2 NST đơn và dàn thành hai nhóm tương đương phân li về hai cực của tế bào

- NST bắt đầu duỗi xoắn

Kỳ cuối II:

- Thoi phân bào biến mất

- NST ở trạng thái sợi mảnh và duỗi xoắn hoàn toàn

- Màng nhân và nhân con hình thành, tế bào chất phân chia tạo thành bốn tế bào con có bộ NST đơn bội n giống nhau và giảm một nửa so với tế bào mẹ

c. Ý nghĩa:

- Là cơ chế tạo ra bộ NST đơn bội trong giao tử, Cơ chế này kết hợp với cơ chế tổ hợp NST trong thụ tinh sẽ tạo táI tạo bộ NST lưỡng bội của loài trong các hợp tử

- Sự phân li độc lập và tổ hợp tự do của các NST trong giảm phân, sự tiếp hợp dẫn đến trao đổi chéo của từng cặp NST kép tương đồng ở kỳ đầu I của giảm phân góp phần tạo sự đa dạng ở giao tử làm xuất hiện nhiều biến dị tổ hợp, có ý nghĩa trong tiến hoá và chọn giống

3. Sự phát sinh giao tử:

- Giao tử là tế bào sinh dục có bộ NST đơn bội được hình thành từ quá trình giảm phân của tế bào sinh giao tử có khả năng thụ tinh tạo thành hợp tử. Có hai loại giao tử đực (tinh trùng) và giao tử cái(trứng)

- Quá trình phát sinh giao tử ở động vật:

+ Trong quá trình phát sinh giao tử đực: Các tế bào mầm nguyên phân liên tiếp nhiều lần tạo ra nhiều tinh nguyên bào, các tinh nguyên bào phát triển thành các tinh bào bậc I. Tinh bào bậc I tham gia giảm phân, lần I tạo ra 2 tinh bào bậc 2, lần 2 tạo ra 4 tế bào con từ đó phát triển thành 4 tinh trùng đèu có kích thước bằng nhau và đều tham gia vào quá trình thụ tinh

+ Trong quá trình phát sinh giao tử cái: Các tế bào mầm nguyên phân liên tiếp nhiều lần tạo ra nhiều noãn nguyên bào, các noãn nguyên bào phát triển thành các noãn bào bậc I. Noãn bào bậc I tham gia giảm phân, lần I tạo ra một noãn bào bậc 2 và một thể cực thứ nhất, lần 2 tạo ra 1 tế bào trứng và thể cực thứ hai. Kết quả tạo ra một tế bào trứng và 3 thể cực, chỉ có tế bào trứng tham gia thụ tinh còn 3 thể cực bị tiêu biến

- Quá trình phát sinh giao tử ở thực vật:

+ Trong quá trình phát sinh giao tử đực: mỗi tế bào mẹ tiểu bào tử giảm phân cho 4 tiểu bào tử đơn bội sau đó hình thành nên 4 hạt phấn. Trong hạt phấn, mỗi nhân đơn bội lại phân chia cho một nhân ống phấn và một nhân sinh sản, nhân sinh sản lại phân chia tạo ra 2 giao tử đực

+ Trong quá trình phát sinh giao tử cái: mỗi tế bào mẹ đại bào tử giảm phân cho 4 đại bào tử, nhưng chỉ có một sống sót và lớn lên, nhân của nó nguyên phân liên tiếp 3 lần cho 8 nhân đơn bội được chứa trong túi phôi. Trứng nằm ở phía cuói lỗ noãn của túi phôi

4. Thụ tinh

- Thụ tinh là sự kết hợp giữa một giao tử  đực và một giao tử cái tạo thành hợp tử

- Ý nghĩa:

+ Là cơ chế tạo ra hợp tử và táI tổ hợp bộ NST lưỡng bội của loài, tạo điều kện hình thành cơ thể mới

+ Sự tổ hợp ngẫu nhiên của các loại giao tử trong thụ tinh là tăng biến dị tổ hợp ở thế hệ sau

5. Mối liên hệ giữa  nguyên phân, giảm phân và thụ tinh

- Nhờ nguyên phân, các thế hệ tế bào khác nhau ở cùng một cơ thể vẫn chứa đựng thông tin di truyền đặc trưng cho loài

- Nhờ giảm phân tạo ra các giao tử mang bộ NST đơn bội 

- Nhờ thụ tinh, các giao tử đực và cái kết hợp với nhau tạo ra hợp tử có bộ NST lưỡng bội đặc trưng cho loài

- ở các loài sinh sản hữu tính, sự kết hợp 3 quá trình nguyên phân, giảm phân, thụ tinh là cơ chế vừa tạo ra sự ổn định vừa làm phong phú, đa dạng thông tin di truyền ở sinh vật

IV. PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP

1. Cơ chế nguyên phân

Dạng I: Tính số tế bào con sau nguyên phân

- Nếu số lần nguyên phân bằng nhau:

                             Tổng số tế bào con = a . 2^x    

Trong đó: a là số tế bào mẹ tham gia nguyên phân

                 x là số lần nguyên phân

- Nếu số lần nguyên phân không bằng nhau:

               Tổng số tế bào con = 2^x1 + 2^x2 + ….+ 2^xa

Trong đó: x₁, x₂,…..,x_a là số lần nguyên phân của từng tế bào

Dạng 2: Tính số nhiễm sắc thể môi trường cung cấp và số thoi vô sắc hình thành trong nguyên phân

- Số nhiễm sắc thể môi trường cung cấp cho nguyên phân:

+ Số NST tương đương với nguyên liệu môI trường cung cấp:

             Tổng số NST môi trường = (2^x – 1) . a . 2n

Trong đó: x là số lần nguyên phân hay là số lần nhân đôI của NST

                 a là số tế bào tham gia nguyên phân

                 2n là số NST chứa trong mỗi tế bào

+ Số NST mới hoàn toàn do môi trường cung cấp:

             Tổng số NST môi trường = (2^x – 2) . a . 2n

- Số thoi vô sắc được hình thành trong nguyên phân:

              Tổng số thoi vô sắc = (2^x – 1) . a

Trong đó: a là số tế bào mẹ tham gia nguyên phân

                 x là số lần nguyên phân

Dạng 3: Tính thời gian nguyên phân

- Nếu tốc độ của các lần nguyên phân liên tiếp không đổi:

               Một tế bào nguyên phân x lần liên tiếp với tốc độ không đổi thì

                        Thời gian NP = thời gian 1 lần nguyên phân . x

- Nếu tốc độ của các lần nguyên phân liên tiếp không bằng nhau:

+ Nếu tốc độ nguyên phân ở các lần giảm dần đều thì thời gian của các lần nguyên phân tăng dần đều

+ Nếu tốc độ nguyên phân ở các lần tăng dần đều thì thời gian của các lần nguyên phân giảm dần đều

Gọi x là số lần nguyên phân

U₁, u₂, …..u_x lần lượt là thời gian của mỗi  lần nguyên phân thứ 1, thứ 2,….thứ x thì thời gian NP là:

                  Thời gian nguyên phân = \(\frac{x}{2}({U_1} + {U_x})\)

Gọi d là hiệu số thời gian giữa lần nguyên phân sau với lần nguyên phân liền trước nó.

+ Nếu tốc độ nguyên phân giảm dần đều thì d > 0

+ Nếu tốc độ nguyên phân tăng dần đều thì d < 0

                   Thời gian nguyên phân = \(\frac{x}{2}[{2U_1} + {(x-1)d}]\)

2. Cơ chế giảm phân và thụ tinh

Dạng 1: Tính số giao tử và số hợp tử tạo thành

- Số giao tử được hình thành từ mỗi loại tế bào sinh giao tử

+ Số tinh trùng tạo ra = số tế bào sinh tinh x 4

+ Số trứng tạo ra        = số tế bào sinh trứng

+ Số thể định hướng   = số tế bào sinh trứng x 3

- Tính số hợp tử:

         Số hợp tử = số tinh trùng thụ tinh = số trứng thụ tinh

- Hiệu suất thụ tinh là tỉ số % giữa số giao tử được thụ tinh trên tổng số giao tử được tạo ra

Dạng 2: Tính số loại giao tử và hợp tử khác nhau về nguồn gốc và cấu trúc NST

- Tính số loại giao tử khác nhau về nguồn gốc và cấu trúc NST

Gọi n là số cặp NST của tế bào được xét

+ Nếu trong giảm phân không có hiện tượng tiếp hợp và trao đổi chéo thì:

       Số loại giao tử có nguồn gốc và cấu trúc NST khác nhau = 2ⁿ

+ Nếu trong giảm phân có hiện tượng tiếp hợp và trao đổi chéo dẫn đến hoán vị gen ở m cặp NST kép tương đồng thì:

       Số loại giao tử có nguồn gốc và cấu trúc NST khác nhau = 2^{n + m}

- Tính số kiểu tổ hợp giao tử

           Số kiểu tổ hợp giao tử = số loại gt đực . số loại gt cái

Dạng 3: Tính số NST môi trường cung cấp cho quá trình tạo giao tử

- Số NST môI trường cung cấp cho các tế bào sinh giao tử tạo giao tử bằng chính số NST chứa trong các tế bào sinh giao tử = a . 2n

- Số NST môi trường cung cấp cho a tế bào sinh dục sơ khai tạo giao tử bằng số NST trong các giao tử trừ cho số NST chứa trong a tế bào sinh dục sơ khai ban đầu

           Tổng số NST môI trường = (2^{x+ 1} – 1). a . 2n

---