πЕГЭ · ИИ-репетитор12 предметов · задания ФИПИ
Главная → Биология → Курс теории → №27

№27. Цитология: набор хромосом и число молекул ДНК в разные фазы деления

Задание №27 — расчётная задача: определить набор хромосом и число молекул ДНК в конкретных клетках или фазах деления. Почти все ошибки здесь не в арифметике, а в двух правилах: когда удваивается ДНК и когда удваивается число хромосом.

Начнём с обозначений, потому что без них задача не читается. n — число хромосом, c — число молекул ДНК. Запись 2n2c означает: набор хромосом диплоидный, а каждая хромосома состоит из одной хроматиды, то есть на одну хромосому приходится одна молекула ДНК. Гаплоидную клетку записывают как n или nc. Если в условии сказано, что соматические клетки содержат 28 хромосом, это и есть 2n2c, и дальше все числа выводятся из этого исходного значения: n = 14, c = 14.

Два процесса меняют эти величины в разные моменты, и в этом вся суть задания. В S-периоде интерфазе молекулы ДНК удваиваются, а число хромосом не меняется: хромосома становится двухроматидной, поэтому было 2n2c, стало 2n4c. При делении происходит обратное: пока хроматиды соединены, число молекул ДНК остаётся прежним, а как только они разошлись к полюсам и стали самостоятельными хромосомами, число хромосом удваивается. Отсюда простое правило для самопроверки: изменение числа ДНК ищи в интерфазе, изменение числа хромосом — в анафазе.

2n2c → S-период интерфазы → 2n4c · митоз: 2n4c → анафаза 4n4c → 2n2c + 2n2c · мейоз: 2n4c → мейоз I → n2c → мейоз II → nc · ДНК удваивается в интерфазе, хромосомы удваиваются в анафазе

Теперь разберём два вопроса, на которых спотыкаются чаще всего. Почему в анафазе митоза записывают 4c? Потому что число молекул ДНК к этому моменту уже удвоилось в S-периоде и больше не меняется: хроматиды расходятся, но остаются в одной клетке, значит, 4c сохраняется. Что действительно меняется — число хромосом: каждая хроматида становится самостоятельной хромосомой, поэтому из 2n получается 4n, и полная запись выглядит как 4n4c. Если оставить в анафазе митоза 2n4c, ответ будет неверным: хромосом стало вдвое больше.

Второй вопрос — почему после мейоза I набор записывают как n2c. Мейоз I называют редукционным делением: к полюсам расходятся не хроматиды, а целые гомологичные хромосомы, каждая из двух хроматид. Поэтому число хромосом уменьшается вдвое, а число молекул ДНК не меняется — 4c просто распределяются между двумя клетками, и в каждой остаётся 2c. Отсюда запись n2c. Обмен участками между гомологами в профазе I, то есть кроссинговер, набор не меняет, он только перемешивает аллели.

ЭтапХромосомыДНКЗаписьПочему так
Интерфаза до удвоения ДНК2n2c2n2cКаждая хромосома состоит из одной хроматиды
Интерфаза после S-периода, профаза и метафаза митоза2n4c2n4cДНК удвоилась, хромосомы стали двухроматидными, число хромосом не изменилось
Анафаза митоза4n4c4n4cХроматиды разошлись и стали самостоятельными хромосомами, но клетка пока одна
Телофаза митоза, каждая дочерняя клетка2n2c2n2cКлетка разделилась, набор вернулся к исходному
Профаза и метафаза мейоза I2n4c2n4cГомологи сближаются, возможен кроссинговер
Анафаза и телофаза мейоза In2cn2cРазошлись гомологи, но каждая хромосома ещё из двух хроматид
Метафаза мейоза IIn2cn2cЧисло хромосом и ДНК не меняется
Анафаза мейоза II2n2c2n2cРазошлись хроматиды, в пределах клетки хромосом стало вдвое больше
После мейоза II, каждая из четырёх клетокncncХроматиды стали хромосомами, клетка разделилась

Половина заданий этой позиции — про жизненные циклы, и здесь работает одно правило: набор уменьшается вдвое только при мейозе, при митозе он сохраняется. У мхов зелёное растение — это гаметофит, то есть гаплоидный организм, поэтому гаметы на нём образуются митозом, а не мейозом; коробочка на ножке — спорофит, и в ней мейозом образуются споры. У покрытосеменных яйцеклетка гаплоидна, клетки листа диплоидны, а эндосперм триплоиден, потому что получается слиянием диплоидной центральной клетки и гаплоидного спермия.

Клетка или структураНаборКак образуется
Спора мха или папоротникаn (nc)Мейоз из клеток спорофита
Гаметофит мха, заросток папоротникаn (nc)Митоз при прорастании споры
Гаметы мхаn (nc)Митоз на гаплоидном гаметофите
Зигота, спорофит, клетки листа и корня2n (2n2c)Слияние гамет, затем митоз
Вегетативная и генеративная клетки пыльцевого зерна, спермииn (nc)Митоз из гаплоидной микроспоры и из генеративной клетки
Яйцеклетка цветкового растенияn (nc)Митоз из гаплоидной макроспоры
Центральная клетка зародышевого мешка до оплодотворения2n (2n2c)Слияние двух полярных ядер
Клетки эндосперма3n (3n3c)Слияние центральной клетки (2n) со спермием (n)

Типичные ошибки. 1) Считают, что в S-периоде удваивается число хромосом: удваивается только число молекул ДНК, а хромосома становится двухроматидной. 2) В анафазе митоза оставляют 2n4c вместо 4n4c: разошедшиеся хроматиды — уже самостоятельные хромосомы. 3) После мейоза I пишут nc вместо n2c: набор стал гаплоидным, но каждая хромосома ещё состоит из двух хроматид. 4) Считают хромосомы только у одного полюса или, наоборот, складывают хромосомы двух будущих клеток в телофазе. 5) Путают, каким делением образуются гаметы мха: на гаплоидном гаметофите они возникают митозом, а не мейозом. 6) Забывают про эндосперм: у покрытосеменных он триплоидный, потому что образуется слиянием центральной клетки (2n) и спермия (n).

Проверь себя

  1. Почему в S-периоде интерфазе число молекул ДНК удваивается, а число хромосом не меняется?
  2. Соматическая клетка содержит 20 хромосом. Каким будет число хромосом и молекул ДНК в анафазе митоза и в каждой дочерней клетке после деления?
  3. Почему после мейоза I набор записывают как n2c, а не как nc?
  4. В каких случаях число хромосом в клетке растёт, хотя число молекул ДНК не меняется?
  5. Клетка эндосперма содержит 51 хромосому. Сколько хромосом в клетках листа и в яйцеклетке этого растения и почему?

Показательные решения

Разбор из банка: анафазa митоза у пшеницы, где 28 хромосом
Хромосомный набор соматических клеток пшеницы равен 28. Определите хромосомный набор и число молекул ДНК в клетках кончика корня перед началом митоза и в анафазе митоза. Поясните, какие процессы происходят в эти периоды и как они влияют на изменение числа ДНК и хромосом.
Решение по шагам
  1. В условии сказано, что хромосомный набор соматических клеток пшеницы равен 28, и нужно определить набор и число молекул ДНК перед началом деления и в анафазе митоза. Исходное значение: 2n2c — 28 хромосом, 28 молекул ДНК, значит n = 14, а c = 14.
  2. Перед началом деления клетка проходит интерфазу, в S-периоде которой ДНК удваивается. Число хромосом при этом не меняется, поэтому получается 2n4c — 28 хромосом, 56 молекул ДНК.
  3. Теперь анафазa митоза. В этой фазе к полюсам расходятся хроматиды каждой хромосомы, и каждая хроматида считается самостоятельной хромосомой, поэтому число хромосом удваивается: из 28 получается 56.
  4. Число молекул ДНК при этом не меняется: оно стало 56 ещё в интерфазе, а расхождение хроматид его не увеличивает, потому что клетка пока одна.
  5. Итоговая запись для анафазы — 4n4c, то есть 56 хромосом и 56 молекул ДНК. Проверка: 4n = 4 умножить на 14 равно 56, 4c = 4 умножить на 14 равно 56.
  6. Ответ: набор соматической клетки 28 хромосом (2n2c); перед началом деления 28 хромосом и 56 ДНК (2n4c), так как в S-периоде интерфазы произошло удвоение ДНК; в анафазе митоза 56 хромосом и 56 ДНК (4n4c), так как хроматиды стали самостоятельными хромосомами.

Ответ: 1. Хромосомный набор соматических клеток пшеницы равен 28 — диплоидный набор хромосом — 28 (2n2c). 2. Перед началом деления: 28 хромосом, 56 ДНК (2n4c). Поскольку перед началом митоза в S-периоде интерфазы произошло удвоение ДНК. 3. В анафазе митоза 56 хромосом, 56 ДНК (4n4c). Поскольку в анафазе дочерние хромосомы отделяются друг от друга (хроматиды становятся хромосомами) и расходятся к полюсам.

Официальное решение из банка ФИПИ

1. Хромосомный набор соматических клеток пшеницы равен 28 — диплоидный набор хромосом — 28 (2n2c). 2. Перед началом деления: 28 хромосом, 56 ДНК (2n4c). Поскольку перед началом митоза в S-периоде интерфазы произошло удвоение ДНК. 3. В анафазе митоза 56 хромосом, 56 ДНК (4n4c). Поскольку в анафазе дочерние хромосомы отделяются друг от друга (хроматиды становятся хромосомами) и расходятся к полюсам.

Разбор из банка: клетки семязачатка 28 хромосом — мейоз шаг за шагом
Хромосомный набор соматических клеток пшеницы равен 28. Определите хромосомный набор и число молекул ДНК в одной из клеток семязачатка перед началом мейоза, в анафазе мейоза 1 и в анафазе мейоза 2. Объясните, какие процессы происходят в эти периоды и как они влияют на изменение числа ДНК и хромосом.
Решение по шагам
  1. Клетки семязачатка содержат 28 хромосом, то есть диплоидный набор 2n2c, где n = 14 и c = 14. Нужно проследить, что произойдёт с материалом перед мейозом, в анафазе мейоза I и в анафазе мейоза II.
  2. Перед началом мейоза идёт интерфаза, в S-периоде которой ДНК удваивается: 28 хромосом становятся двухроматидными, поэтому получается 2n4c — 28 хромосом, 56 молекул ДНК.
  3. В анафазе мейоза I к полюсам расходятся целые гомологичные хромосомы, каждая из двух хроматид. Число хромосом в клетке при этом остаётся 28, а число молекул ДНК — 56, то есть сохраняется 2n4c, только материал делится на две будущие клетки: 2n4c = n2c + n2c.
  4. В мейоз II вступают две дочерние клетки с набором n2c: 14 хромосом и 28 молекул ДНК. Набор стал гаплоидным, но каждая хромосома ещё двухроматидная.
  5. В анафазе мейоза II к полюсам расходятся уже хроматиды, поэтому хроматиды становятся самостоятельными хромосомами и число хромосом в клетке увеличивается вдвое: 28 хромосом при 28 молекулах ДНК, то есть 2n2c.
  6. Ответ: перед мейозом 28 хромосом и 56 ДНК (2n4c); в анафазе мейоза I — 28 хромосом и 56 ДНК, так как расходятся двухроматидные хромосомы; в анафазе мейоза II — 28 хромосом и 28 ДНК, так как разошлись хроматиды и число хромосом выросло вдвое.

Ответ: Клетки семязачатка содержат диплоидный набор хромосом — 28 (2n2c). Перед началом мейоза в S-периоде интерфазы — удвоение ДНК: 28 хромосом, 56 ДНК (2n4c). В анафазе мейоза 1 к полюсам клетки расходятся хромосомы, состоящие из двух хроматид. Генетический материал клетки будет (2n4c = n2c + n2c) — 28 хромосом, 56 ДНК. В мейоз 2 вступают 2 дочерние клетки с гаплоидным набором хромосом (n2c) — 14 хромосом, 28 ДНК. В анафазе мейоза 2 к полюсам клетки расходятся хроматиды. После расхождения хроматид число хромосом увеличивается в 2 раза (хроматиды становятся самостоятельными хромосомами, но пока они все в одной клетке) — (2n2c = nc + nc) — 28 хромосом, 28 ДНК.

Официальное решение из банка ФИПИ

Клетки семязачатка содержат диплоидный набор хромосом — 28 (2n2c). Перед началом мейоза в S-периоде интерфазы — удвоение ДНК: 28 хромосом, 56 ДНК (2n4c). В анафазе мейоза 1 к полюсам клетки расходятся хромосомы, состоящие из двух хроматид. Генетический материал клетки будет (2n4c = n2c + n2c) — 28 хромосом, 56 ДНК. В мейоз 2 вступают 2 дочерние клетки с гаплоидным набором хромосом (n2c) — 14 хромосом, 28 ДНК. В анафазе мейоза 2 к полюсам клетки расходятся хроматиды. После расхождения хроматид число хромосом увеличивается в 2 раза (хроматиды становятся самостоятельными хромосомами, но пока они все в одной клетке) — (2n2c = nc + nc) — 28 хромосом, 28 ДНК.

Разбор из банка: яйцеклетка, эндосперм и лист яблони
В кариотипе яблони 34 хромосомы. Сколько хромосом и ДНК будет содержаться в яйцеклетке яблони, клетках эндосперма её семени и клетках листа? Из каких клеток образуются указанные клетки?
Решение по шагам
  1. В условии дано, что соматические клетки яблони содержат 34 хромосомы. Это диплоидный набор 2n2c, значит n = 17, то есть гаплоидный набор равен 17 хромосомам.
  2. Яйцеклетка образуется из гаплоидной макроспоры и сама гаплоидна, а до оплодотворения её ДНК не удвоена, поэтому в ней 17 хромосом и 17 молекул ДНК, запись nc.
  3. Эндосперм у покрытосеменных возникает иначе, чем остальные ткани: при двойном оплодотворении спермий (n) сливается с центральной клеткой зародышевого мешка, которая диплоидна (2n). Значит, набор эндосперма триплоидный: 17 умножить на 3 равно 51.
  4. Число молекул ДНК в клетках эндосперма равно числу хромосом, потому что каждая хромосома однохроматидная: 51 хромосома и 51 молекула ДНК.
  5. Клетки листа — соматические клетки взрослого растения, они образуются из клеток зародыша митозом, поэтому набор остаётся диплоидным: 34 хромосомы и 34 молекулы ДНК.
  6. Ответ: в яйцеклетке 17 хромосом и 17 молекул ДНК; в клетках эндосперма 51 хромосома и 51 молекула ДНК, так как он триплоиден; в каждой клетке листа 34 хромосомы и 34 молекулы ДНК.

Ответ: 1. В яйцеклетке, образующейся из макроспоры, будет 17 хромосом и 17 молекул ДНК. 2. В клетках эндосперма, образующихся при оплодотворении центральной клетки в зародышевом мешке, будет содержаться по 51 хромосоме и 51 молекуле ДНК. 3. В каждой клетке листа, образующейся из клеток зародыша, будет 34 хромосомы и 34 молекулы ДНК.

Официальное решение из банка ФИПИ

1. В яйцеклетке, образующейся из макроспоры, будет 17 хромосом и 17 молекул ДНК. 2. В клетках эндосперма, образующихся при оплодотворении центральной клетки в зародышевом мешке, будет содержаться по 51 хромосоме и 51 молекуле ДНК. 3. В каждой клетке листа, образующейся из клеток зародыша, будет 34 хромосомы и 34 молекулы ДНК.

Открыть раздел в тренажёре

← Все разделы курса по биологии · Решать задания №27