Автор: Трунина Валентина Ивановна
учитель биологии МКОУ Языковская СШ им. Н.М. Языкова
Методическая разработка: Методы. Клеточный цикл. Митоз. Мейоз.
Методическая разработка : Методы. Клеточный цикл. Митоз. Мейоз.
Данная методическая разработка включает материал для подготовки к ОГЭ и ЕГЭ по биологии.
Рассматриваются общие методы биологии, методы цитологии, методы генетики, методы селекции, а также определения митоза, мейоза, содержит задачи с пояснением и задачи для самостоятельного решения.
Данный материал полезен как для учителя, так и для абитуриентов.
Общие методы биологии:
Эмпирические (практические) — наблюдение, эксперимент, описание, измерение.
Теоретические (логические) — сравнение, обобщение, классификация, абстрагирование и моделирование.
Наблюдение и описание — сбор первичных научных фактов, целенаправленное восприятие объектов и явлений без активного вмешательства наблюдателя (наблюдение за поведением животных, ростом растений и т.п). Описание и анализ данных сопровождают наблюдение.
Эксперимент — эксперимент дает возможность изолированно изучать свойства и явления живого, а при необходимости многократно воспроизвести требуемые условия.
Сравнительный метод- позволяет выявить черты сходства и различия между объектами и биологическими системами.
Обобщение — метод, с помощью которого ученые выявляют из частного общее, формулируют теории, законы.
Классификация — метод систематики живой природы. В его основе лежат методы сравнения и обобщения, которые и позволяют определить место объекта в системе живой природы.
Моделирование — метод создания модели процесса, который наблюдать невозможно. Моделирование может быть компьютерным, математическим и позволяет прогнозировать как пойдет процесс в тех или иных условиях.
К частным методам можно отнести те методы, которые используются в более конкретных разделах биологии.
Методы цитологии:
Микроскопия -исследование объектов под микроскопом.
световая (возникла раньше) и позволяет увидеть саму клетку, ее форму, деление клетки, а также крупные органоиды, такие как ядро, вакуоль, хлоропласты. Можно рассматривать живые и неживые объекты.
электронная, имеет большее разрешение и позволяет увидеть мелкие органоиды, митохондрии, лизосомы, ЭПС и т.п. Используется на неживых объектах.
Окрашивание применяется для того, чтобы рассмотреть органоиды под микроскопом, так как разные по плотности органоиды будут иметь разную интенсивность окрашивания.
Метод меченых атомов, или авторадиография метод основан на введение в молекулы меченого атома для того, чтобы проследить превращение веществ в клетке.
Хроматография — физико-химический метод, который необходим для разделения веществ из смеси. Метод основан на разной скорости прохождения молекул через адсорбент в зависимости от их молекулярной массы.Чем больше молекулярная масса, тем медленнее молекулы будут проходить через адсорбент (например, разные молекулы хлорофиллов можно разделить способом хроматографии, адсорбентом выступает бумага, на которой видны разного размера окрашенные полоски вещества). Способ позволяет не только выделить вещества из клетки, но и определить их количественно.
Электрофорез в геле близкий к хроматографии метод, позволяющий разделять вещества с помощью электрического тока.
Центрифугирование это метод, необходимый для разделения клеточных структур. Клетку разрушают и с помощью центрифуги раскручивают и разделяют на фракции органоидов или молекул. Центробежные силы и разная масса органоидов позволяет разделить содержимое клетки: самым тяжелым будет ядро, выпадет на дно, выше расположатся вакуоли или митохондрии, хлоропласты, далее аппарат Гольджи и ЭПС, лизосомы и рибосомы.
Биохимический метод основан на химических реакциях и нужен для определения количества или концентрации веществ в биологических жидкостях.
Метод рекомбинантных ДНК — метод генной инженерии, который позволяет изучать функции генов, основан на «вырезании» ДНК и встраивании ее в генетический аппарат клетки бактерии или вируса.
Методы генетики:
Генеалогический метод используется для определения закономерности наследования признаков путем анализа родословных.
Гибридологический метод определения признаков в результате скрещивания у полученных потомков гибридов. Этот метод был использован Г.Менделем при открытии основных законов наследования.
Цитогенетический (цитологический) метод изучает количество хромосом, их структуры. Он помогает определить целостность хромосом и позволяет увидеть хромосомные и геномные мутации.
Близнецовый метод изучает влияние факторов среды на появление признаков в парах однояйцевых близнецов.
Популяционно=видовой метод изучает вероятность проявления или распространения признака в популяции.
Методы селекции:
Гибридизация — это скрещивание, которое проводят для выведения новых сортов растений, пород животных или штаммов микроорганизмов.
Инбридинг (родственное скрещивание) — скрещивание особей с родственным генотипом,необходим чтобы получить чистые линии ( гомозиготы). Основной минус: постепенное вырождение, так как появляется большая вероятность проявления рецессивных признаков.
Аутбридинг (неродственное скрещивание) — скрещивание неродственных генотипов. Преимущество метода и радость селекционеров: явление гетерозиса — повышенная урожайность, жизнестойкость, хотя через время этот эффект угасает.
Отдаленная гибридизация -скрещивание разных видов. Основной минус: потомки бесплодны.
Искусственный отбор бывает двух видов и применяется в зависимости от объекта:
Массовый отбор производится при большом количестве особей без проверки генотипа (основной метод отбора у растений, микроорганизмов).
Индивидуальный отбор проводится по генотипу и фенотипу (у животных).
При этом проводят различную оценку: производителя по потомству — изучают родословную особи, ее генотип и размножают ее многократно; по экстерьеру — т.е по фенотипу животных;
для растений используют метод прививки- вегетативное размножение, когда к подвою прививают часть другого растения привой;
существует также метод по ментору- гибридов первого поколения прививают к одному из родителей, которые имеют необходимые качества.
Примеры заданий:
- Выберите два верных ответа из пяти и запишите в таблицу цифры, под которыми они указаны. Какие методы научного исследования используются для диагностики сахарного диабета и выявления характера его наследования?
1) биохимический
2) цитогенетический
3) близнецовый
4) генеалогический
5) исторический
2.Выберите два верных ответа из пяти и запишите в таблицу цифры, под которыми они указаны. Биохимический метод исследования используется для
1) изучения кариотипа организма
2) установления характера наследования признака
3) диагностики сахарного диабета
4) определения дефектов ферментов
5) определения массы и плотности органоидов клетки
- Выберите два верных ответа из пяти и запишите в таблицу цифры, под которыми они указаны. Какие из перечисленных утверждений относятся к биохимическому методу исследования?
1) Позволяет установить кариотипы организмов.
2) Применяется для осаждения различных органоидов клетки.
3) Применяется при анализах внутренней среды организма.
4) Используется при моделировании процессов.
5) Применяется при выяснении уровня активности вещества в определённых условиях.
- Выберите два верных ответа из пяти и запишите в таблицу цифры, под которыми они указаны.
Метод световой микроскопии используют для изучения
1) строения мембран митохондрий
2) движения цитоплазмы в клетках
3) функционирования рибосом
4) строения тканей животных
5) процесса удвоения ДНК
Митотический цикл. Митоз
Митоз — основной способ деления эукариотических клеток, при котором сначала происходит удвоение, а затем равномерное распределение между дочерними клетками наследственного материала.
Митоз представляет собой непрерывный процесс, в котором выделяют четыре фазы: профазу, метафазу, анафазу и телофазу. Перед митозом происходит подготовка клетки к делению, или интерфаза. Период подготовки клетки к митозу и собственно митоз вместе составляют митотический цикл. Ниже приводится краткая характеристика фаз цикла.
Интерфаза состоит из трех периодов: пресинтетического, или постмитотического, — G1, синтетического — S, постсинтетического, или премитотического, — G2.
Пресинтетический период (2n 2c, где n — число хромосом, с — число молекул ДНК) — рост клетки, активизация процессов биологического синтеза, подготовка к следующему периоду.
Синтетический период (2n 4c) — репликация ДНК.
Постсинтетический период (2n 4c) — подготовка клетки к митозу, синтез и накопление белков и энергии для предстоящего деления, увеличение количества органоидов, удвоение центриолей.
Профаза (2n 4c) — демонтаж ядерных мембран, расхождение центриолей к разным полюсам клетки, формирование нитей веретена деления, «исчезновение» ядрышек, конденсация двухроматидных хромосом.
Метафаза (2n 4c) — выстраивание максимально конденсированных двухроматидных хромосом в экваториальной плоскости клетки (метафазная пластинка), прикрепление нитей веретена деления одним концом к центриолям, другим — к центромерам хромосом.
Анафаза (4n 4c) — деление двухроматидных хромосом на хроматиды и расхождение этих сестринских хроматид к противоположным полюсам клетки (при этом хроматиды становятся самостоятельными однохроматидными хромосомами).
Телофаза (2n 2c в каждой дочерней клетке) — деконденсация хромосом, образование вокруг каждой группы хромосом ядерных мембран, распад нитей веретена деления, появление ядрышка, деление цитоплазмы (цитотомия). Цитотомия в животных клетках происходит за счет борозды деления, в растительных клетках — за счет клеточной пластинки.
Биологическое значение митоза. Образовавшиеся в результате этого способа деления дочерние клетки являются генетически идентичными материнской. Митоз обеспечивает постоянство хромосомного набора в ряду поколений клеток. Лежит в основе таких процессов, как рост, регенерация, бесполое размножение и др.
Мейоз
Мейоз — это особый способ деления эукариотических клеток, в результате которого происходит переход клеток из диплоидного состояния в гаплоидное. Мейоз состоит из двух последовательных делений, которым предшествует однократная репликация ДНК.
Первое мейотическое деление (мейоз 1) называется редукционным, поскольку именно во время этого деления происходит уменьшение числа хромосом вдвое: из одной диплоидной клетки (2n 4c) образуются две гаплоидные (1n 2c).
Интерфаза 1 (в начале — 2n 2c, в конце — 2n 4c) — синтез и накопление веществ и энергии, необходимых для осуществления обоих делений, увеличение размеров клетки и числа органоидов, удвоение центриолей, репликация ДНК, которая завершается в профазе 1.
Профаза 1 (2n 4c) — демонтаж ядерных мембран, расхождение центриолей к разным полюсам клетки, формирование нитей веретена деления, «исчезновение» ядрышек, конденсация двухроматидных хромосом, конъюгация гомологичных хромосом и кроссинговер. Конъюгация — процесс сближения и переплетения гомологичных хромосом. Пару конъюгирующих гомологичных хромосом называют бивалентом. Кроссинговер — процесс обмена гомологичными участками между гомологичными хромосомами.
Профаза 1 подразделяется на стадии: лептотена (завершение репликации ДНК), зиготена (конъюгация гомологичных хромосом, образование бивалентов), пахитена (кроссинговер, перекомбинация генов), диплотена (выявление хиазм, 1 блок овогенеза у человека), диакинез (терминализация хиазм).
Метафаза 1 (2n 4c) — выстраивание бивалентов в экваториальной плоскости клетки, прикрепление нитей веретена деления одним концом к центриолям, другим — к центромерам хромосом.
Анафаза 1 (2n 4c) — случайное независимое расхождение двухроматидных хромосом к противоположным полюсам клетки (из каждой пары гомологичных хромосом одна хромосома отходит к одному полюсу, другая — к другому), перекомбинация хромосом.
Телофаза 1 (1n 2c в каждой клетке) — образование ядерных мембран вокруг групп двухроматидных хромосом, деление цитоплазмы. У многих растений клетка из анафазы 1 сразу же переходит в профазу 2.
Второе мейотическое деление (мейоз 2) называется эквационным.
Интерфаза 2, или интеркинез (1n 2c), представляет собой короткий перерыв между первым и вторым мейотическими делениями, во время которого не происходит репликация ДНК. Характерна для животных клеток.
Профаза 2 (1n 2c) — демонтаж ядерных мембран, расхождение центриолей к разным полюсам клетки, формирование нитей веретена деления.
Метафаза 2 (1n 2c) — выстраивание двухроматидных хромосом в экваториальной плоскости клетки (метафазная пластинка), прикрепление нитей веретена деления одним концом к центриолям, другим — к центромерам хромосом; 2 блок овогенеза у человека.
Анафаза 2 (2n 2с) — деление двухроматидных хромосом на хроматиды и расхождение этих сестринских хроматид к противоположным полюсам клетки (при этом хроматиды становятся самостоятельными однохроматидными хромосомами), перекомбинация хромосом.
Телофаза 2 (1n 1c в каждой клетке) — деконденсация хромосом, образование вокруг каждой группы хромосом ядерных мембран, распад нитей веретена деления, появление ядрышка, деление цитоплазмы (цитотомия) с образованием в итоге четырех гаплоидных клеток.
Биологическое значение мейоза. Мейоз является центральным событием гаметогенеза у животных и спорогенеза у растений. Являясь основой комбинативной изменчивости, мейоз обеспечивает генетическое разнообразие гамет.
Амитоз
Амитоз — прямое деление интерфазного ядра путем перетяжки без образования хромосом, вне митотического цикла. Описан для стареющих, патологически измененных и обреченных на гибель клеток. После амитоза клетка не способна вернуться в нормальный митотический цикл.
Клеточный цикл
Клеточный цикл — жизнь клетки от момента ее появления до деления или смерти. Обязательным компонентом клеточного цикла является митотический цикл, который включает в себя период подготовки к делению и собственно митоз. Кроме этого, в жизненном цикле имеются периоды покоя, во время которых клетка выполняет свойственные ей функции и избирает дальнейшую судьбу: гибель или возврат в митотический цикл.
———————————————————————————————————————————
Митотический цикл. Митоз
(n — число хромосом , с — число молекул ДНК)
Интерфаза
Пресинтетический период (2n 2c)
Синтетический период (2n 4c)
Постсинтетический период (2n 4c)
Митоз
Профаза (2n 4c)
Метафаза (2n 4c)
Анафаза (4n 4c)
Телофаза (2n 2c в каждой дочерней клетке)
———————————————————————————————————————————-
Мейоз
Первое мейотическое деление (мейоз 1)
Интерфаза 1 (в начале — 2n 2c, в конце — 2n 4c)
Профаза 1 (2n 4c)
Метафаза 1 (2n 4c)
Анафаза 1 (2n 4c)
Телофаза 1 (1n 2c в каждой клетке)
Второе мейотическое деление (мейоз 2)
Интерфаза 2 (1n 2c
Профаза 2 (1n 2c)
Метафаза 2 (1n 2c)
Анафаза 2 (2n 2с)
Телофаза 2 (1n 1c в каждой клетке)
ЕГЭ биология задачи митоз, мейоз
При решении задач на определение числа хромосом и числа молекул ДНК нужно помнить
1) До начала мейоза в интерфазе происходит удвоение ДНК, поэтому число хромосом 2п, число ДНК-4с.
2) В профазе, метафазе 1, анафазе 1 — 2п 4с — так как деления клетки не происходит.
3) в телофазе — остается п2с, так как после расхождения гомологичных хромосом в клетках остается гаплоидный набор, но хромосомы двухроматидные.
4) В профазе 2, метафазе 2 так же как и телофазе1 — п2с.
5) Особое внимание обратить на анафазу 2, так как после расхождения хроматид число хромосом увеличивается в 2 раза (хроматиды становятся самостоятельными хромосомами, но пока они все в одной клетке) 2n 2с
6) в телофазе 2 — пс (в клетках остаются однохроматидные хромосомы).
Задача №1.
Хромосомный набор соматических клеток речного рака равен 116. Определите хромосомный набор и число молекул ДНК в одной из клеток в профазе митоза, в метафазе митоза и телофазе митоза. Поясните, какие процессы происходят в эти периоды и как они влияют на изменение числа ДНК и хромосом.
Хромосомный набор в профазе 2n 4с, число ДНК 116*2=232
Метафаза: 2n 4c (116 хромосом и 232 ДНК)
Телофаза: 2n2c, (116 хромосом и 116 ДНК)
Задача №2.
Общая масса молекул ДНК в 46 хромосомах ядра соматической клетки человека составляет 6•10-9 мг. Определите, чему равна масса всех молекул ДНК в ядрах в конце интерфазы, конце телофазы мейоза I и телофазы мейоза II. Ответ поясните.
Ответ: 1) В интерфазе при подготовке к мейозу в ядре происходит удвоение ДНК, поэтому масса ДНК в ядре составляет 2 х 6•10-9 = 12•10-9 мг .
2)В конце телофазы мейоза 1 образуется две клетки, масса ДНК в каждом ядре равна 6•10-9 мг (в ядрах находятся по 23 двухроматидные хромосомы);
3)Перед мейозом 2 не происходит удвоения ДНК. В ядрах половых клеток (телофаза 2) находится гаплоидный набор хромосом (23 однохроматидные хромосомы), поэтому масса молекул ДНК в ядрах- 3•10-9 мг .
Задача №3.
Хромосомный набор соматических клеток пшеницы равен 28. Определите хромосомный набор и число молекул ДНК в клетках семязачатка перед началом мейоза, в конце телофазы мейоза 1 и телофазы мейоза 2. Объясните, какие процессы происходят в эти периоды и как они влияют на изменения числа ДНК и хромосом.
молекулам (1с).
Задача №4.
В клетках одного из видов пшеницы содержится 28 хромосом. Определите число хромосом и молекул ДНК при образовании пыльце в тычинке на стадиях профазы мейоза 1, профазы 2 и телофазы мейоза 2. Объясните полученные результаты.
Задача №5.
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 I и анафазе мейоза II. Объясните, какие процессы происходят в эти периоды и как они влияют на изменение числа ДНК и хромосом.
Задача №6.
В клетках эндосперма семян лилии 21 хромосома. Как изменится число хромосом и молекул ДНК в конце телофазы мейоза1 и мейоза2 по сравнению с интерфазой у этого организма? Ответ поясните.
Задача №7.
Какой хромосомный набор характерен для клеток зародыша и эндосперма семени, листьев цветкового растения. Объясните результат в каждом случае.
Задача №8.
Хромосомный набор соматических клеток пшеницы равен 28. Определите хромосомный набор и число молекул ДНК в одной из клеток семязачатка 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.
Задача № 9.
- Яйцеклетка кролика содержат 2 хромосомы. Как изменится число хромосом и молекул ДНК в ядре при гаметогенезе перед началом деления и в конце телофазы мейоза I? Объясните результаты в каждом случае.
Задача № 10
Общая масса всех молекул ДНК в 46 соматических хромосомах одной соматической клетки человека составляет 6х10-9 мг. Определите, чему равна масса всех молекул ДНК в сперматозоиде и в соматической клетке перед началом деления и после его окончания. Ответ поясните.
Задача 11.
Определите число хромосом в конце телофазы митоза в клетках эндосперма семени лука (в клетках эндосперма триплоидный набор хромосом), если клетки корешков лука содержат 16 хромосом. В ответ запишите только соответствующее число хромосом.
Иные задания по теме « Клеточный цикл. Митоз, мейоз»
- Все приведённые ниже признаки, кроме двух, можно использовать для описания процессов интерфазы клеточного цикла. Определите два признака, «выпадающих» из общего списка, и запишите в ответ цифры, под которыми они указаны.
1) рост клетки
2) расхождение гомологичных хромосом
3) расхождение хромосом по экватору клетки
4) репликация ДНК
5) синтез органических веществ
- В данном списке указаны клетки, в которых набор хромосом гаплоиден. Определите два признака, «выпадающих» из общего списка, и запишите в ответ цифры, под которыми они указаны.
1) клетки заростка папоротника
2) клетки коробочки мха
3) спермии ржи
4) клетки эндосперма пшеницы
5) споры хвоща
- Какие признаки характеризуют мейоз?
1) наличие двух следующих одно за другим делений
2) образование двух клеток с одинаковой наследственной информацией
3) расхождение гомологичных хромосом в разные клетки
4) образование диплоидных дочерних клеток
5) отсутствие интерфазы перед первым делением
6) конъюгация и кроссинговер хромосом
- Какие процессы протекают во время мейоза?
1) транскрипция
2) редукционное деление
3) денатурация
4) кроссинговер
5) конъюгация
6) трансляция
