№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.
| Этап | Хромосомы | ДНК | Запись | Почему так |
|---|---|---|---|---|
| Интерфаза до удвоения ДНК | 2n | 2c | 2n2c | Каждая хромосома состоит из одной хроматиды |
| Интерфаза после S-периода, профаза и метафаза митоза | 2n | 4c | 2n4c | ДНК удвоилась, хромосомы стали двухроматидными, число хромосом не изменилось |
| Анафаза митоза | 4n | 4c | 4n4c | Хроматиды разошлись и стали самостоятельными хромосомами, но клетка пока одна |
| Телофаза митоза, каждая дочерняя клетка | 2n | 2c | 2n2c | Клетка разделилась, набор вернулся к исходному |
| Профаза и метафаза мейоза I | 2n | 4c | 2n4c | Гомологи сближаются, возможен кроссинговер |
| Анафаза и телофаза мейоза I | n | 2c | n2c | Разошлись гомологи, но каждая хромосома ещё из двух хроматид |
| Метафаза мейоза II | n | 2c | n2c | Число хромосом и ДНК не меняется |
| Анафаза мейоза II | 2n | 2c | 2n2c | Разошлись хроматиды, в пределах клетки хромосом стало вдвое больше |
| После мейоза II, каждая из четырёх клеток | n | c | nc | Хроматиды 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 структура | Набор | Как образуется |
|---|---|---|
| Спора мха или папоротника | n (nc) | Мейоз из клеток спорофита |
| Гаметофит мха, заросток папоротника | n (nc) | Митоз при прорастании споры |
| Гаметы мха | n (nc) | Митоз на гаплоидном гаметофите |
| Зигота, спорофит, клетки листа и корня | 2n (2n2c) | Слияние гамет, затем митоз |
| Вегетативная и генеративная клетки пыльцевого зерна, спермии | n (nc) | Митоз из гаплоидной микроспоры и из генеративной клетки |
| Яйцеклетка цветкового растения | n (nc) | Митоз из гаплоидной макроспоры |
| Центральная клетка зародышевого мешка до оплодотворения | 2n (2n2c) | Слияние двух полярных ядер |
| Клетки эндосперма | 3n (3n3c) | Слияние центральной клетки (2n) со спермием (n) |
- Шаг 1. Найди в условии исходный набор: если сказано, что соматические клетки содержат 28 хромосом, дальше веди расчёт от этого числа, где n = 14.
- Шаг 2. Определи, о каком делении и о какой фазе идёт речь: митоз или мейоз, профаза, анафаза, телофаза.
- Шаг 3. Проверь, был ли S-период: перед любым делением число молекул ДНК удваивается, а число хромосом нет.
- Шаг 4. Расставь значения по правилам: ДНК удваивается в интерфазе, число хромосом растёт при расхождении хроматид, при мейозе I набор уменьшается вдвое.
- Шаг 5. Переведи буквенную запись в числа: если n = 14, то 2n4c — это 28 хромосом и 56 молекул ДНК, а nc — 14 и 14.
- Шаг 6. Запиши ответ формулой и словами: «28 хромосом, 56 молекул ДНК (2n4c), так как …» — пояснение обязательно, иначе балл снижают.
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
- Почему в S-периоде интерфазе число молекул ДНК удваивается, а число хромосом не меняется?
- Соматическая клетка содержит 20 хромосом. Каким будет число хромосом и молекул ДНК в анафазе митоза и в каждой дочерней клетке после деления?
- Почему после мейоза I набор записывают как n2c, а не как nc?
- В каких случаях число хромосом в клетке растёт, хотя число молекул ДНК не меняется?
- Клетка эндосперма содержит 51 хромосому. Сколько хромосом в клетках листа и в яйцеклетке этого растения и почему?
Показательные решения
- 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.
- 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.
- 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.
- Число молекул ДНК при этом не меняется: оно стало 56 ещё в интерфазе, а расхождение хроматид его не увеличивает, потому что клетка пока одна.
- 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.
- 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.
- 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.
- Перед началом мейоза идёт интерфаза, в S-периоде которой ДНК удваивается: 28 хромосом становятся двухроматидными, поэтому получается 2n4c — 28 хромосом, 56 молекул ДНК.
- 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.
- В мейоз II вступают две дочерние клетки с набором n2c: 14 хромосом и 28 молекул ДНК. Набор стал гаплоидным, но каждая хромосома ещё двухроматидная.
- 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.
- 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.
- В условии дано, что соматические клетки яблони содержат 34 хромосомы. Это диплоидный набор 2n2c, значит n = 17, то есть гаплоидный набор равен 17 хромосомам.
- 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.
- 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.
- Число молекул ДНК в клетках эндосперма равно числу хромосом, потому что каждая хромосома однохроматидная: 51 хромосома и 51 молекула ДНК.
- Клетки листа — соматические клетки взрослого растения, они образуются из клеток зародыша митозом, поэтому набор остаётся диплоидным: 34 хромосомы и 34 молекулы ДНК.
- 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.