CHUYÊN ĐỀ 3 · SINH HỌC 10 KẾT NỐI TRI THỨC
Chuyên đề: Quang hợp và Phân chia tế bào — Lý thuyết và Phương pháp giải
Nắm vững toàn diện bản chất hai pha của quang hợp tại lục lạp, các điểm kiểm soát chu trình tế bào, cơ chế nhân đôi biến đổi nhiễm sắc thể qua các kì nguyên phân, giảm phân và thụ tinh.
I. Cơ chế và Ý nghĩa của quá trình Quang hợp
1. Khái niệm và Hệ sắc tố quang hợp
Quang hợp là quá trình lục lạp hấp thụ và sử dụng năng lượng ánh sáng mặt trời để chuyển hóa và nước thành chất hữu cơ (glucose), đồng thời giải phóng khí oxy.
Phương trình tổng quát của quá trình quang hợp
Hệ sắc tố quang hợp: Gồm Chlorophyll (diệp lục a và b) hấp thụ ánh sáng vùng xanh tím và đỏ (tạo màu xanh lục của lá) và Carotenoid (carotene và xanthophyll) hấp thụ ánh sáng xanh tím, truyền năng lượng cho diệp lục a và bảo vệ bộ máy quang hợp.
2. Hai pha của quá trình quang hợp
| Đặc điểm | Pha sáng | Pha tối (Chu trình Calvin) |
|---|---|---|
| Nơi diễn ra | Màng Thylakoid của lục lạp. | Chất nền Stroma của lục lạp. |
| Điều kiện | Bắt buộc cần ánh sáng mặt trời. | Không cần ánh sáng trực tiếp nhưng cần sản phẩm từ pha sáng. |
| Nguyên liệu | Ánh sáng, . | (từ pha sáng). |
| Bản chất phản ứng | Quang hóa: diệp lục hấp thụ photon giải phóng ; quang phân li nước: | Chu trình Calvin gồm 3 giai đoạn:
1. Cố định vào chất nhận RuBP () nhờ enzyme RuBisCO tạo APG (). 2. Khử APG thành AlPG (G3P) nhờ và . 3. Tái tạo chất nhận RuBP và tổng hợp Glucose. |
| Sản phẩm | (khí thoát ra ngoài). | Hợp chất hữu cơ (), quay lại pha sáng. |
Bài toán: Trong một ngày nắng, diện tích lá của một cây xanh tiến hành quang hợp tổng hợp được (, phân tử khối ):
a) Tính khối lượng (gam) mà cây đã hấp thụ từ không khí.
b) Tính thể tích khí oxy (lít) giải phóng ra môi trường ở điều kiện chuẩn (, , ).
Bước 1: Tính số mol Glucose được tổng hợp:
Bước 2: Tính lượng hấp thụ theo phương trình quang hợp:
Theo tỉ lệ phản ứng: .
Khối lượng hấp thụ là:
Bước 3: Tính thể tích khí giải phóng:
Số mol giải phóng: .
Thể tích khí ở điều kiện chuẩn ():
Kết luận: Cây đã hấp thụ và giải phóng .
II. Chu trình tế bào và Quá trình Nguyên phân
1. Chu trình tế bào và Điểm kiểm soát (Checkpoints)
Chu trình tế bào là khoảng thời gian từ khi tế bào được sinh ra từ lần phân bào trước đến khi tế bào phân chia xong, gồm 2 giai đoạn:
- Kì trung gian (chiếm thời gian chu trình):
• Pha : Tế bào sinh trưởng gia tăng kích thước chất tế bào, tổng hợp protein và bào quan.
• Pha : Nhân đôi ADN dẫn đến nhân đôi nhiễm sắc thể (từ đơn kép gồm 2 chromatid dính nhau ở tâm động).
• Pha : Tổng hợp các chất chuẩn bị cho phân bào (protein tubulin tạo thoi phân bào). - Pha M (Phân chia tế bào): Gồm phân chia nhân (nguyên phân) và phân chia tế bào chất.
- Các điểm kiểm soát chu trình tế bào: Điểm (kiểm tra kích thước tế bào và tổn thương ADN), Điểm (kiểm tra sự hoàn tất nhân đôi ADN), Điểm kiểm soát thoi phân bào (kiểm tra sự gắn kết NST vào thoi vô sắc). Hiện tượng tế bào thoát khỏi kiểm soát phân chia liên tục vô tổ chức tạo thành khối u ung thư.
2. Diễn biến các kì của Nguyên phân
| Kì phân bào | Trạng thái & Vận động của Nhiễm sắc thể | Số NST trong TB () | Số Chromatid |
|---|---|---|---|
| Kì đầu | NST kép bắt đầu co xoắn, màng nhân và nhân con tiêu biến, thoi phân bào hình thành liên kết với tâm động. | kép | |
| Kì giữa | NST kép co xoắn cực đại, xếp thành 1 hàng trên mặt phẳng xích đạo của thoi phân bào. | kép | |
| Kì sau | Tâm động tách đôi, 2 chromatid của mỗi NST kép phân li thành 2 NST đơn đi về 2 cực của tế bào. | đơn | |
| Kì cuối | NST dãn xoắn, màng nhân và nhân con tái hiện, thoi phân bào tiêu biến, tế bào chất phân chia tạo 2 tế bào con. | đơn (mỗi TB) |
Công thức toán học của quá trình Nguyên phân
Xét tế bào sinh dưỡng () cùng nguyên phân lần liên tiếp:
- Tổng số tế bào con tạo thành:
- Tổng số NST có trong các tế bào con:
- Số NST đơn môi trường nội bào cần cung cấp cho quá trình nguyên phân:
- Số thoi vô sắc (thoi phân bào) được hình thành và phá hủy:
Bài toán: Có 3 tế bào sinh dưỡng của loài Cà chua () nguyên phân liên tiếp 4 lần bằng nhau. Hãy tính:
a) Số tế bào con được tạo thành sau 4 lần nguyên phân.
b) Tổng số nhiễm sắc thể môi trường nội bào cần cung cấp cho quá trình phân bào của 3 tế bào trên.
c) Tổng số thoi phân bào đã được hình thành và phá hủy trong toàn bộ quá trình.
Bước 1: Tính số tế bào con tạo thành:
Áp dụng công thức với , :
Bước 2: Tính số NST môi trường nội bào cung cấp:
Với bộ NST lưỡng bội của cà chua :
Bước 3: Tính số thoi phân bào hình thành và biến mất:
Kết luận: Tạo thành 48 tế bào con; môi trường cung cấp ; hình thành 45 thoi phân bào.
III. Quá trình Giảm phân và Thụ tinh
1. Diễn biến và Đặc điểm của quá trình Giảm phân
Giảm phân là hình thức phân chia của tế bào sinh dục chín () gồm 2 lần phân bào liên tiếp nhưng nhiễm sắc thể chỉ nhân đôi 1 lần duy nhất ở kì trung gian trước Giảm phân I:
- Giảm phân I (Phân bào giảm nhiễm):
• Kì đầu I: Các NST kép trong cặp tương đồng xảy ra hiện tượng tiếp hợp và có thể trao đổi chéo giữa các chromatid khác nguồn gốc tạo ra các biến dị tổ hợp phong phú.
• Kì giữa I: Các cặp NST kép tương đồng tập trung xếp thành 2 hàng trên mặt phẳng xích đạo.
• Kì sau I: Mỗi NST kép trong cặp tương đồng phân li độc lập về 2 cực tế bào (không tách tâm động).
• Kì cuối I: Tạo ra 2 tế bào con có bộ NST kép (giảm đi một nửa so với tế bào mẹ). - Giảm phân II (Phân bào nguyên nhiễm): Diễn ra tương tự nguyên phân, các NST kép xếp 1 hàng ở kì giữa II, tách tâm động ở kì sau II tạo ra 4 tế bào con có bộ NST đơn bội ( đơn).
2. Sự hình thành giao tử và Quá trình Thụ tinh
| Loại tế bào sinh dục | Kết quả giảm phân | Hiệu suất và số hợp tử hình thành |
|---|---|---|
| Tế bào sinh tinh (ở con đực) | 1 tế bào sinh tinh () 4 tinh trùng () có khả năng thụ tinh. | Số tinh trùng tạo thành . |
| Tế bào sinh trứng (ở con cái) | 1 tế bào sinh trứng () 1 trứng () và 3 thể cực () tiêu biến. | Số trứng tạo thành . |
| Thụ tinh | Sự kết hợp giữa 1 giao tử đực () và 1 giao tử cái () tạo thành hợp tử (). | Số hợp tử Số trứng thụ tinh Số tinh trùng thụ tinh. |
Bài toán: Ở một loài động vật lưỡng bội (), có 100 tế bào sinh tinh và 200 tế bào sinh trứng tham gia giảm phân bình thường để tạo giao tử. Biết hiệu suất thụ tinh của tinh trùng là và của trứng là :
a) Tính tổng số tinh trùng và tổng số trứng được tạo ra sau giảm phân.
b) Tính số lượng hợp tử được tạo thành và kiểm tra tính phù hợp giữa số lượng tinh trùng thụ tinh với số lượng trứng thụ tinh.
Bước 1: Tính số giao tử sinh ra:
- Mỗi tế bào sinh tinh giảm phân tạo 4 tinh trùng:
- Mỗi tế bào sinh trứng giảm phân tạo 1 trứng (và 3 thể cực tiêu biến):
Bước 2: Tính số hợp tử hình thành từ hiệu suất thụ tinh:
- Số trứng được thụ tinh:
- Số tinh trùng được thụ tinh:
Bước 3: Đánh giá kết quả:
Vì mỗi hợp tử được tạo thành từ sự kết hợp của đúng 1 tinh trùng và 1 trứng (), số tinh trùng thụ tinh () bằng đúng số trứng thụ tinh (), tạo ra đúng lưỡng bội ().
Kết luận: Tạo ra 400 tinh trùng và 200 trứng; số hợp tử được hình thành là 40 hợp tử.
🌟 Ghi nhớ kiến thức trọng tâm
- Quang hợp gồm pha sáng (tại màng thylakoid tạo ATP, NADPH, giải phóng ) và pha tối (chu trình Calvin tại stroma cố định tạo glucose).
- Chu trình tế bào gồm kì trung gian ( nhân đôi ADN/NST, ) và pha M (phân chia nhân và tế bào chất); các điểm kiểm soát đảm bảo phân bào chính xác.
- Nguyên phân gồm 1 lần phân bào: từ 1 tế bào mẹ tạo 2 tế bào con có bộ NST giống hệt mẹ (); số tế bào con sau lần là , số NST cung cấp là .
- Giảm phân gồm 2 lần phân bào liên tiếp nhưng ADN chỉ nhân đôi 1 lần: xảy ra tiếp hợp trao đổi chéo ở kì đầu I, tạo 4 giao tử đơn bội () mang tổ hợp biến dị mới.
- Sự phối hợp nguyên phân, giảm phân và thụ tinh là cơ sở duy trì ổn định bộ NST đặc trưng của loài sinh sản hữu tính qua các thế hệ.
Câu hỏi ôn tập & củng cố kiến thức
Oxy thoát ra trong quá trình quang hợp có nguồn gốc từ đâu và sinh ra ở pha nào?
Hiện tượng tiếp hợp và trao đổi chéo ở kì đầu của Giảm phân I có ý nghĩa sinh học gì?
Vì sao trong kì sau của nguyên phân số lượng NST trong tế bào lại tăng lên gấp đôi (4n)?
Đề kiểm tra trắc nghiệm: Quang hợp & Phân bào
5 đề theo 5 cấp độ, mỗi đề 22 câu · 90 phút, chỉ gồm kiến thức trong chuyên đề này. Chấm điểm ngay sau khi nộp.