Bài học

Đếm số nhiễm sắc thể, crômatit, tâm động qua các kỳ phân bào

Mục tiêu bài học

Sau bài này, em đếm chính xác cùng lúc ba đại lượng — số NST, số crômatit, số tâm động — ở bất kỳ kỳ nào của nguyên phân lẫn giảm phân, cho một tế bào $2n$ bất kỳ. Quan trọng hơn, em làm được chiều ngược lại: cho sẵn ba con số, xác định đúng tế bào đang ở kỳ nào, thuộc nguyên phân hay giảm phân, giảm phân I hay giảm phân II.

Cần nhớ trước

Em cần nhớ lại: NST tồn tại thành từng cặp tương đồng trong tế bào sinh dưỡng ( $2n$ ), giảm phân tạo giao tử mang $n$ ; NST nhân đôi ở kỳ trung gian thành NST kép gồm hai crômatit chị em dính nhau tại một tâm động.

Em cần nhớ lại: NST tồn tại thành từng cặp tương đồng trong tế bào sinh dưỡng ($2n$), giảm phân tạo giao tử mang $n$; NST nhân đôi ở kỳ trung gian thành NST kép gồm hai crômatit chị em dính nhau tại một tâm động.

So với mức chuẩn KHTN 9: đề chuẩn chỉ hỏi tên kỳ và mô tả bằng lời việc gì đang xảy ra — NST co xoắn, NST tập trung ở mặt phẳng xích đạo, NST phân li về hai cực. Đề HSG bắt em đếm chính xác cả ba đại lượng cùng lúc ở từng kỳ, phân biệt rạch ròi giảm phân I với giảm phân II, và làm được bài toán ngược: cho số liệu, tìm kỳ.

Bài toán mở đầu — ba con số, một cái bẫy

Một tế bào có $2n = 8$ đang phân bào. Người ta đếm được đúng $8$ tâm động trong tế bào. Tế bào này đang ở kỳ nào? Nghe có vẻ chỉ cần tra bảng công thức, nhưng câu trả lời không duy nhất — có ít nhất hai kỳ hoàn toàn khác nhau đều cho ra đúng $8$ tâm động. Bài học này chỉ ra vì sao, và em cần dữ kiện nào nữa để phân biệt.

Ý tưởng cốt lõi — NST đơn, NST kép, và điều gì thay đổi ở mỗi thời điểm

Ở kỳ trung gian, mỗi NST nhân đôi thành một NST kép gồm hai crômatit chị em giống hệt nhau, dính nhau tại một tâm động duy nhất — nhân đôi không làm tăng số tâm động, chỉ làm tăng số crômatit. Tâm động chỉ tách ra khi NST kép chuyển thành hai NST đơn, đúng vào thời điểm chuyển từ kỳ giữa sang kỳ sau. Nắm chắc một quy tắc duy nhất: số tâm động luôn bằng số NST đang tồn tại lúc đó, bất kể mỗi NST là kép hay đơn — một NST kép vẫn chỉ có một tâm động.

Ở kỳ trung gian, mỗi NST nhân đôi thành một NST kép gồm hai crômatit chị em giống hệt nhau, dính nhau tại một tâm động duy nhất — nhân đôi không làm tăng số tâm động, chỉ làm tăng số crômatit. Tâm động chỉ tách ra khi NST kép chuyển thành hai NST đơn, đúng vào thời điểm chuyển từ kỳ giữa sang kỳ sau. Nắm chắc một quy tắc duy nhất: **số tâm động luôn bằng số NST đang tồn tại lúc đó, bất kể mỗi NST là kép hay đơn** — một NST kép vẫn chỉ có một tâm động.

Ví dụ

Ví dụ 1 — Bảng đếm đầy đủ ở nguyên phân với 2n = 8

1
Đề chuẩn chỉ hỏi "kỳ giữa NST co xoắn cực đại" bằng lời. Ở đây đề đòi hỏi ba con số chính xác tại từng kỳ, cho một $2n$ cụ thể — sai một kỳ là toàn bộ bảng lệch theo.
Đề chuẩn chỉ hỏi "kỳ giữa NST co xoắn cực đại" bằng lời. Ở đây đề đòi hỏi ba con số chính xác tại từng kỳ, cho một $2n$ cụ thể — sai một kỳ là toàn bộ bảng lệch theo.
2
Đi theo đúng trình tự: trung gian (sau nhân đôi) → đầu → giữa → sau → cuối, và ở mỗi bước chỉ hỏi hai câu — có bao nhiêu NST đang tồn tại, và mỗi NST đó kép hay đơn.
3
Sau khi nhân đôi, tế bào có $2n = 8$ NST kép (không đổi qua kỳ đầu và kỳ giữa, chỉ co xoắn dần rồi tập trung thành một hàng ở mặt phẳng xích đạo). Mỗi NST kép có $2$ crômatit và $1$ tâm động, nên: NST kép $= 8$ , crômatit $= 2 \times 8 = 16$ , tâm động $= 8$ .
Sau khi nhân đôi, tế bào có $2n = 8$ NST kép (không đổi qua kỳ đầu và kỳ giữa, chỉ co xoắn dần rồi tập trung thành một hàng ở mặt phẳng xích đạo). Mỗi NST kép có $2$ crômatit và $1$ tâm động, nên: NST kép $= 8$, crômatit $= 2 \times 8 = 16$, tâm động $= 8$.
4
Tại kỳ sau, tâm động của cả $8$ NST kép đồng loạt tách; mỗi NST kép cho ra $2$ NST đơn. Trong tế bào (trước khi tế bào chất phân chia): NST đơn $= 2 \times 8 = 16$ , tâm động $= 16$ (mỗi NST đơn có tâm động riêng), crômatit $= 0$ (khái niệm crômatit chỉ tồn tại khi hai sợi còn dính chung một tâm động).
Tại kỳ sau, tâm động của cả $8$ NST kép đồng loạt tách; mỗi NST kép cho ra $2$ NST đơn. Trong tế bào (trước khi tế bào chất phân chia): NST đơn $= 2 \times 8 = 16$, tâm động $= 16$ (mỗi NST đơn có tâm động riêng), crômatit $= 0$ (khái niệm crômatit chỉ tồn tại khi hai sợi còn dính chung một tâm động).
5
Công thức tổng quát ở nguyên phân: kỳ giữa — NST kép $= 2n$ , crômatit $= 4n$ , tâm động $= 2n$ ; kỳ sau (trong tế bào) — NST đơn $= 4n$ , tâm động $= 4n$ , crômatit $= 0$ ; kỳ cuối, mỗi tế bào con — NST đơn $= 2n$ .
Công thức tổng quát ở nguyên phân: kỳ giữa — NST kép $= 2n$, crômatit $= 4n$, tâm động $= 2n$; kỳ sau (trong tế bào) — NST đơn $= 4n$, tâm động $= 4n$, crômatit $= 0$; kỳ cuối, mỗi tế bào con — NST đơn $= 2n$.
6
Ta có $2n = 8$ . Ở kỳ giữa, NST đã nhân đôi nên tồn tại dưới dạng $2n = 8$ NST kép, mỗi NST kép gồm $2$ crômatit và $1$ tâm động: crômatit $= 16$ , tâm động $= 8$ . Đến kỳ sau, tâm động của cả $8$ NST kép tách đồng thời, mỗi NST kép cho $2$ NST đơn. Vậy kỳ giữa có $8$ NST kép, $16$ crômatit, $8$ tâm động; kỳ sau có $16$ NST đơn, $0$ crômatit, $16$ tâm động.
Ta có $2n = 8$. Ở kỳ giữa, NST đã nhân đôi nên tồn tại dưới dạng $2n = 8$ NST kép, mỗi NST kép gồm $2$ crômatit và $1$ tâm động: crômatit $= 16$, tâm động $= 8$. Đến kỳ sau, tâm động của cả $8$ NST kép tách đồng thời, mỗi NST kép cho $2$ NST đơn. Vậy kỳ giữa có $8$ NST kép, $16$ crômatit, $8$ tâm động; kỳ sau có $16$ NST đơn, $0$ crômatit, $16$ tâm động.

Ví dụ

Ví dụ 2 — Kỳ sau I và kỳ sau II của giảm phân, cùng 2n = 8

1
Đề chuẩn chỉ nói "giảm phân I tách cặp tương đồng, giảm phân II tách crômatit" bằng lời, không đòi hỏi so sánh số liệu giữa hai kỳ sau. Ở đây ta so sánh trực tiếp và phát hiện một sự trùng hợp gây nhầm lẫn.
2
Ở kỳ sau I, các NST tương đồng KÉP tách nhau về hai cực — tâm động của từng NST kép KHÔNG tách. Ở kỳ sau II (xét trong một tế bào con của giảm phân I), tâm động mới thực sự tách, giống hệt kỳ sau của nguyên phân nhưng trên một tế bào chỉ mang $n$ NST kép ban đầu.
Ở kỳ sau I, các NST tương đồng KÉP tách nhau về hai cực — tâm động của từng NST kép KHÔNG tách. Ở kỳ sau II (xét trong một tế bào con của giảm phân I), tâm động mới thực sự tách, giống hệt kỳ sau của nguyên phân nhưng trên một tế bào chỉ mang $n$ NST kép ban đầu.
3
Trước giảm phân I, tế bào có $2n = 8$ NST kép (crômatit $= 16$ , tâm động $= 8$ ). Ở kỳ sau I, mỗi NST kép trong cặp tương đồng di chuyển nguyên vẹn về một cực — tâm động không tách. Vậy trong tế bào: NST kép vẫn $= 8$ , tâm động vẫn $= 8$ , crômatit vẫn $= 16$ ; chỉ vị trí đổi, số lượng không đổi.
Trước giảm phân I, tế bào có $2n = 8$ NST kép (crômatit $= 16$, tâm động $= 8$). Ở kỳ sau I, mỗi NST kép trong cặp tương đồng di chuyển nguyên vẹn về một cực — tâm động không tách. Vậy trong tế bào: NST kép vẫn $= 8$, tâm động vẫn $= 8$, crômatit vẫn $= 16$; chỉ vị trí đổi, số lượng không đổi.
4
Sau giảm phân I, mỗi tế bào con mang $n = 4$ NST kép (crômatit $= 8$ , tâm động $= 4$ ). Đến kỳ sau II, tâm động của $4$ NST kép này tách, mỗi NST kép cho $2$ NST đơn. Trong tế bào đó: NST đơn $= 2 \times 4 = 8$ , tâm động $= 8$ , crômatit $= 0$ .
Sau giảm phân I, mỗi tế bào con mang $n = 4$ NST kép (crômatit $= 8$, tâm động $= 4$). Đến kỳ sau II, tâm động của $4$ NST kép này tách, mỗi NST kép cho $2$ NST đơn. Trong tế bào đó: NST đơn $= 2 \times 4 = 8$, tâm động $= 8$, crômatit $= 0$.
5
Tâm động ở kỳ sau I ( $= 2n = 8$ ) và tâm động ở kỳ sau II ( $= 2n = 8$ ) bằng nhau một cách hệ thống, không phải ngẫu nhiên với $2n = 8$ — đẳng thức này đúng với mọi $2n$ . Phân biệt hai kỳ bắt buộc phải dựa vào crômatit hoặc trạng thái kép/đơn của NST, không được dựa một mình vào tâm động.
Tâm động ở kỳ sau I ($= 2n = 8$) và tâm động ở kỳ sau II ($= 2n = 8$) bằng nhau một cách hệ thống, không phải ngẫu nhiên với $2n = 8$ — đẳng thức này đúng với mọi $2n$. Phân biệt hai kỳ bắt buộc phải dựa vào crômatit hoặc trạng thái kép/đơn của NST, không được dựa một mình vào tâm động.
6
Ở kỳ sau I, mỗi NST kép di chuyển về một cực nguyên vẹn nên số liệu không đổi so với kỳ giữa I: tâm động $= 2n = 8$ , crômatit $= 4n = 16$ . Ở kỳ sau II trên một tế bào con của giảm phân I ( $n = 4$ NST kép): tâm động tách, cho $2n = 8$ NST đơn, crômatit $= 0$ . Vậy tâm động ở cả hai kỳ đều bằng $8$ , nhưng crômatit lần lượt là $16$ và $0$ — chỉ riêng số tâm động không đủ để phân biệt hai kỳ này.
Ở kỳ sau I, mỗi NST kép di chuyển về một cực nguyên vẹn nên số liệu không đổi so với kỳ giữa I: tâm động $= 2n = 8$, crômatit $= 4n = 16$. Ở kỳ sau II trên một tế bào con của giảm phân I ($n = 4$ NST kép): tâm động tách, cho $2n = 8$ NST đơn, crômatit $= 0$. Vậy tâm động ở cả hai kỳ đều bằng $8$, nhưng crômatit lần lượt là $16$ và $0$ — chỉ riêng số tâm động không đủ để phân biệt hai kỳ này.

Kỹ thuật vượt chương trình

Mở rộng dành cho HSG: tâm động ở kỳ sau I của giảm phân LUÔN bằng tâm động ở kỳ sau II (xét trên một tế bào con), và cả hai đều bằng $2n$ . Muốn phân biệt, luôn hỏi thêm: NST đang kép hay đơn? Crômatit bằng bao nhiêu?

Mở rộng dành cho HSG: tâm động ở kỳ sau I của giảm phân LUÔN bằng tâm động ở kỳ sau II (xét trên một tế bào con), và cả hai đều bằng $2n$. Muốn phân biệt, luôn hỏi thêm: NST đang kép hay đơn? Crômatit bằng bao nhiêu?

Ví dụ

Ví dụ 3 — Bài toán ngược: xác định kỳ chỉ từ số liệu cho trước

1
Ở một loài có $2n = 14$ , quan sát một tế bào đang phân bào có $14$ tâm động, các NST kép đang tập trung thành từng cặp tương đồng, xếp thành hai hàng ở mặt phẳng xích đạo. Xác định kỳ và loại phân bào.
Ở một loài có $2n = 14$, quan sát một tế bào đang phân bào có $14$ tâm động, các NST kép đang tập trung thành từng cặp tương đồng, xếp thành hai hàng ở mặt phẳng xích đạo. Xác định kỳ và loại phân bào.
2
Chỉ riêng $14$ tâm động ( $= 2n$ ) đã có thể ứng với kỳ giữa I, kỳ sau I, hoặc kỳ sau II — ba khả năng, không phải một. Đề chuẩn không bao giờ đặt học sinh trước tình huống nhiều khả năng như vậy.
Chỉ riêng $14$ tâm động ($= 2n$) đã có thể ứng với kỳ giữa I, kỳ sau I, hoặc kỳ sau II — ba khả năng, không phải một. Đề chuẩn không bao giờ đặt học sinh trước tình huống nhiều khả năng như vậy.
3
Dữ kiện "xếp thành TỪNG CẶP tương đồng, hai hàng" là dấu hiệu chỉ xuất hiện đúng một lần trong toàn bộ chu kỳ phân bào: kỳ giữa I của giảm phân I. Ở kỳ giữa của nguyên phân và kỳ giữa II của giảm phân, NST kép xếp thành một hàng đơn, không ghép cặp tương đồng (vì cặp tương đồng đã tách nhau từ giảm phân I).
4
Kỳ sau (dù nguyên phân hay giảm phân) không còn cảnh xếp hàng — NST đang di chuyển về hai cực. Trong các kỳ giữa, chỉ kỳ giữa I có cảnh ghép cặp tương đồng thành hai hàng.
5
Tế bào đang ở kỳ giữa I của giảm phân I. Kiểm tra lại: $2n = 14$ NST kép, tâm động $= 2n = 14$ — khớp đề bài.
Tế bào đang ở kỳ giữa I của giảm phân I. Kiểm tra lại: $2n = 14$ NST kép, tâm động $= 2n = 14$ — khớp đề bài.
6
Ta có $14$ tâm động, mà $2n = 14$ , nên tâm động bằng đúng $2n$ — riêng dữ kiện này chưa đủ, vì cả kỳ giữa (nguyên phân hoặc giảm phân II) lẫn kỳ sau I đều cho cùng con số. Xét thêm dữ kiện "các NST kép tập trung thành từng cặp tương đồng, xếp hai hàng": theo cơ chế giảm phân I, chỉ ở kỳ giữa I các cặp tương đồng mới tiếp hợp và xếp hai hàng đối diện nhau; ở kỳ giữa nguyên phân hay kỳ giữa II, NST kép xếp một hàng đơn vì không còn cặp để ghép. Vậy tế bào đang ở kỳ giữa I của giảm phân I.
Ta có $14$ tâm động, mà $2n = 14$, nên tâm động bằng đúng $2n$ — riêng dữ kiện này chưa đủ, vì cả kỳ giữa (nguyên phân hoặc giảm phân II) lẫn kỳ sau I đều cho cùng con số. Xét thêm dữ kiện "các NST kép tập trung thành từng cặp tương đồng, xếp hai hàng": theo cơ chế giảm phân I, chỉ ở kỳ giữa I các cặp tương đồng mới tiếp hợp và xếp hai hàng đối diện nhau; ở kỳ giữa nguyên phân hay kỳ giữa II, NST kép xếp một hàng đơn vì không còn cặp để ghép. Vậy tế bào đang ở kỳ giữa I của giảm phân I.

Bẫy thường gặp

Ba lỗi hay gặp: nhầm tâm động với NST kép khi đếm — mỗi NST kép chỉ có MỘT tâm động dù mang hai crômatit; quên rằng ở kỳ sau I, NST vẫn ở dạng kép, tâm động chưa tách (chỉ tách ở kỳ sau II); và áp nhầm công thức $4n$ NST đơn của kỳ sau nguyên phân sang kỳ sau II của giảm phân — kỳ sau II tính trên một tế bào chỉ có $n$ NST kép, cho ra $2n$ NST đơn chứ không phải $4n$ .

Theo dõi đúng thứ tự này để không nhầm kỳ sau I (còn kép) với kỳ sau II (đã đơn).

Kỳ sau I và kỳ sau II có SỐ TÂM ĐỘNG BẰNG NHAU — đây chính là cái bẫy của bài toán mở đầu, chỉ crômatit mới phân biệt được hai kỳ này.

Luyện tập có hướng dẫn

Luyện tập độc lập

Thử thách

Tóm tắt

Ba đại lượng NST, crômatit, tâm động đổi khác nhau ở từng thời điểm: nhân đôi tăng crômatit nhưng không tăng tâm động; tách tâm động biến NST kép thành NST đơn và xóa sạch crômatit. Kỳ sau I (giảm phân) và kỳ sau II (giảm phân) có cùng số tâm động $= 2n$ nhưng khác hẳn về crômatit — bài toán ngược luôn cần ít nhất hai dữ kiện để xác định đúng kỳ, không bao giờ chỉ một.

Bài tiếp theo chuyển từ đếm số NST sang đếm số LOẠI giao tử — dùng đúng cơ chế giảm phân em vừa nắm chắc để suy ra vì sao số loại giao tử tối đa của một loài luôn là $2^n$ .