Занятие 2

ТЕМА: Изучение фаз мейоза в процессе микроспорогенеза.

Цель: Изучить особенности редукционного и эквационного делений мейоза; выяснить сущность рекомбинации наследственного материала и образования генетического разнообразия гамет при половом размножении.

Материал и оборудование: Набор постоянных или временных препаратов из пыльников лука, ржи или гороха; микроскопы; таблицы по мейозу, предметные и покровные стекла, фильтровальная бумага, капельница с 45%-ной уксусной кислотой, 45%-ным раствор сахарозы, препаровальные иглы.

Теоретическая часть: Мейоз-деление клеточного ядра, предшествующее образованию половых клеток, и связанное с уменьшением (редукцией) числа хромосом в два раза. Мейоз впервые наблюдался Ван Бенеденом и Юшаном в 1884 г. Затем он был описан Страсбургером (1888), Гиньяром (1889) и Флеммингом (1889). Мейоз состоит из двух последовательных делений, из которых первое обладает особыми прихнаками и получило название редукционного деления, а второе - сходно с обычным митозом и было названо эквационным делением.

Мейоз связан с определенными изменениями ядра и разделяется на профазу, метафазу, анафазу и телофазу. Однако во время мейоза диплойдный набор хромосом (2n) уменьшается до гаплойдного (n). Это обеспечивается тем, что во время двух последовательных делений мейоза происходит лишь одна дупликация хромосом.

У растений и животных ход мейоза исключительно однообразен и повторяет все характерные черты, иногда лишь с некоторыми отклонениями. Мейоз I, или редукционное деление, условно разделяют на профазу I, метафазу I, анафазу I, телофазу I.

Профаза I мейоза отличается значительной продолжительностью и сложностью. Её условно разделяют на пять стадий: лептотена, зиготена, пахитена, диплотена и диакинез. Каждая из этих стадий имеет специфические особенности.

Лептотенная стадия характерна наличием длинных хромосомных нитей с уже хорошо заметной дифференцировкой на хромомеры. Число хромосомных нитей соответствует диплойдному числу хромосом. Хромосомные нити в этот период уже двойные, т. е. их редупликация произошла в период интерфазы.

Зиготена начинается с момента попарной конъюгации гомологичных хромосом, представленных еще нитями. Хромосомы могут соединяться своими поляризованными концами и затем конъюгировать по всей длине. Этот процесс обеспечивает сближение каждого хромомера и каждой точки одной гомологичной нити с соответствующим хромомером и точкой другойгомологичной нити. В процессе конъюгации каждая хромосома ведет себя как единое целое, хотя уже состоит из двух или многих нитей. Природа сил притяжения гомологичных нитей хромосом пока остается неясной. Зиготену можно кратко определить как период активного осуществления конъюгации гомологичных хромосом.

Пахитена – сравнительно продолжительная стадия профазы I мейоза. Гомологичные хромосомы остаются сближенными, но заметно утолщаются и укорачиваются, т. е. начинается формирование тела хромосом. Конъюгация хромосом может быть настолько тесной, что их можно принять за одну хромосому. Однако – это пары хромосом, которые называют бивалентами. Каждая же хромосома, входящая в состав бивалента, уже дуплицирована и состоит из двух сестринских хроматид.

На диплотенной стадии продолжается укорачивание хромосом и начинают действовать силы, обеспечивающие взаимное отталкивание центромер. Хроматиды, сближенные прежде по всей длине, начинают отходить друг от друга в отдельных участках, оставаясь соединенными лишь в некоторых точках. Места таких соединений называют хиазами. Чем длинее хромосомы, тем больше вероятность увеличения хиазм. Хромосомы в диплотене образуют более или менее многочисленные петли, разделенные хиазмами. Явление конъюгации и наличие хиазм имеет большое значение, так как это обеспечивает обмен гомологичными участками хромосом.

В диакинезе происходит резкое укорочение хромосом и биваленты больше удаляются друг от друга, обычно располагаясь по периферии ядра. В этот период обычно исчезает ядрышко.

метафаза I начинается с момента разрушения ядерной оболочки, ориентации бивалентов на экваторе и образования ахроматинового веретена.

анафаза I начинается с расхождения гомологичных хромосом к полюсам веретена. Единицами расхождения здесь являются гомологичные хромосомы, каждая из которых состоит из двух хроматид.

телофаза I начинается, когда анафазные хромосомы достигают полюсов клетки. Поскольку к полюсам разошлись гомологичные хромосомы, то у каждого полюса оказывается гаплойдное число хромосом. Затем восстанавливается ядерная оболочка, ядрышко и хромосомы претерпевают изменения, характерные для обычной телофазы. В конце телофазы начинается цитокинез, который завершается образованием двух дочерних клеток с гаплойдным числом хромосом.

Мейоз II начинается после кратковременного интеркинетического периода и проходит по типу обычного митоза, но с некоторыми особенностями. Профаза непродолжительная. Хроматиды уже имеются и даже заметно расходятся, оставаясь соединенными в центромерном участке. Метафаза, анафаза и телофаза проходят, как в митозе, и деление завершается цитоинезом. В связи с тем, что в мейозе II к полюсам расходятся сестринские хромосомы, образовавшиеся из сестринских хроматид, это деление называют равным или эквационным. Таким образом, после двух последовательных делений мейоза образуется четыре клетки с гаплойдным набором хромосом.

Из рассмотренной схемы мейоза можно видеть, что для этого деления типичны три явления: 1) конъюгация гомологичных хромосом; 2) образование хиазм; 3) редукция числа хромосом.

Выполнение работы:

1. Если не используются наборы постоянных препаратов, сделать 2-3 временных препаратов: вынуть пыльники из цветков и поместить на фильтровальную бумагу, а потом на предметное стекло. 2-3 раза промыть в 45%-ной уксусной кислоте, каждый раз оттягивая каплю уксусной кислоты фильтровальной бумагой. Пыльник размельчить при помощи препаровальной иглы, удалить его стенки, капнуть каплю 45% сахарозы и накрыть покровным стеклом, слегка надавить на покровное стекло для удаления пузырьков воздуха. Препарат готов к изучению.

2. Тщательно изучить препараты и установить фазы мейоза и деления клеток. Зарисовать, придерживаясь следующей очередности фаз и стадий мейоза:

Мейоз	Деление I (редукционное)	Профаза I Метафаза I Анафаза I Телофаза I	лептонема зигонема пахинема диплонема диакинез
	Интеркинез
	Деление II (эквационное)	Профаза II Метафаза II Анафаза II Телофаза II

3. Отметить характерные черты в поведении хромосом в каждой фазе, а также отличительные особенности между фазами первого (редукционного) и второго (эквационного) делений мейоза.

Вопросы для закрепления знаний:

1. Из каких следующих друг за другом делений состоит мейоз? Почему они так называются?

2. Перечислить все стадии профазы I мейоза и назвать их характерные черты.

3. Какие две стадии профазы I мейоза противоположны по протекающим в них процессам?

4. Нарисовать сравнительную схему поведения хромосом в митозе и мейозе.

5. Назвать характерные отличия между митозом и мейозом.

6. В чем отличие интерфазы и интеркинеза мейоза?

7. Сколько бивалентов образуется в клетке, если 2n=14,16?

8. Если исходная клетка имеет 14 хромосом, то сколько хромосом отойдет к каждому полюсу редукционного деления? Сколько хроматид отойдет к каждому полюсу?

9. Какое максимальное количество отцовских хромосом может содержать сперматозойд человека? Минимальное количество отцовских хромосом?

10. Можно ли сказать, что в результате мейоза из одной клетки образуется 4 идентичных между собой клетки? Объясните почему.

11. Можно ли сказать, что исходная и образовавшаяся в результате мейоза клетки различаются только по числу хромосом?

12. В чем заключается генетическое значение мейоза?

13. В какой фазе редукционного деления может идти обмен участками гомологичных хромосом?

14. Во время ненормального мейоза в исходной клетке человека с 46 хромосомами 1 пара гомологичных хромосом не разошлась к разным полюсам. Сколько хромосом было в каждой клетке, образовавшейся в результате мейоза?

15. Сколько и какие типы гамет образуют генотипы Вв, АаВвСс: а) в норме; б) в случае нерасхождения первой пары хромосом в

мейозе I? Образование гамет показать схематически.