Подготовка к ЕГЭ: решение задач по цитологии

Мишнина Лидия Александровна
учитель биологии   
МБОУ   СОШ №3     п . Акбулак
Класс  11

Подготовка к ЕГЭ: решение задач по цитологии

 В методических рекомендациях  по совершенствованию  преподавания биологии, разработанных на основе анализа затруднений выпускников  на ЕГЭ  2014 года,  авторами Г.С. Калиновой, Р.А. Петросовой,  отмечается  низкий уровень выполнения заданий на  определение числа хромосом и ДНК в разных фазах митоза или мейоза.   

Задания на самом деле не настолько сложны, чтобы вызывать  серьезные  затруднения. Что нужно учитывать при  подготовке выпускников  по данному  вопросу?

Решение цитологических задач  предполагает знания не только по вопросам  митоза и мейоза, их фаз и событий, происходящих в них,  но и обязательное владение информацией о строении и функциях хромосом, количестве генетического материала в клетке.

Поэтому  подготовку  начинаем с  повторения материала о хромосомах. Акцентируем внимание на то, что хромосомы — нуклеопротеидные структуры в ядре эукариотической клетки.  

В них сосредоточено около 99% всей ДНК клетки, остальная часть ДНК находится в других клеточных органоидах, определяя цитоплазматическую наследственность. ДНК в хромосомах эукариот находится в комплексе с основными белками – гистонами и с негистоновыми белками, которые обеспечивают сложную упаковку ДНК в хромосомах и регуляцию её способности к синтезу рибонуклеиновых кислот (РНК) – транскрипции.

$IMAGE1$

Внешний вид хромосом существенно меняется на разных стадиях клеточного цикла и как компактные образования с характерной морфологией хромосомы четко различимы в световом микроскопе лишь в период клеточного деления.

На стадии метафазы митоза и мейоза  хромосомы состоят из двух продольных копий, которые называются сестринскими хроматидами и которые образуются при репликации ДНК  в  S-период  интерфазы. У метафазных хромосом сестринские хроматиды соединены в районе первичной перетяжки, называемой центромерой.  Центромера отвечает за расхождение сестринских хроматид в дочерние клетки при делении

Полный набор хромосом в клетке, характерный для данного организма, называется кариотипом. В любой клетке тела большинства животных и растений каждая хромосома представлена дважды: одна из них получена от отца, другая – от матери при слиянии ядер половых клеток в процессе оплодотворения. Такие хромосомы называются гомологичными, набор гомологичных хромосом – диплоидным.

Теперь можно повторять материал о делении клеток.

Из  событий  интерфазы рассматриваем  только  синтетический период,  чтобы не  распылять  внимание школьников, а сосредоточиться только  на поведении хромосом.

Вспоминаем:  в   синтетический  (S) период  происходит удвоение генетического материала путем репликации ДНК. Она происходит полуконсервативным способом, когда двойная спираль молекулы ДНК расходится на две цепи и на каждой из них синтезируется комплементарная цепочка.

В итоге образуются две идентичные двойные спирали ДНК, каждая из которых состоит из одной новой и старой цепи ДНК. Количество наследственного материала удваивается, но количество хромосом остается прежним –  хромосома становится двухроматидной (2п4с).

Рассматриваем поведение хромосом во  время   митоза:

1. В профазе, метафазе   - 2п 4с - так как деления клетки не происходит;
2. В анафазу происходит расхождения хроматид, число хромосом увеличивается в два раза (хроматиды становятся самостоятельными хромосомами, но пока они все в одной клетке) 4n 4с;
3. в телофазе 2п2с (в клетках остаются однохроматидные хромосомы).

Повторяем  мейоз:

1. В профазе1, метафазе 1, анафазе 1 - 2п 4с - так как деления клетки не происходит;
2. в телофазе - остается п2с, так как после расхождения гомологичных хромосом в клетках остается гаплоидный набор, но хромосомы двухроматидные;
3. В профазе 2, метафазе 2 так же как и телофазе 1 - п2с;
4. 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;
5. в телофазе 2 - пс (в клетках остаются однохроматидные хромосомы. 

Только  теперь, когда  дети теоретически  подготовлены,   можно  переходить к  решению задач.

 Типичная  ошибка в подготовке выпускников:  стараемся  сразу  решать задачи, не повторив материала. Что происходит: дети с учителем решают, но решение идет на уровне  механического запоминания, без осмысления. Поэтому, когда им  на экзамене досталась подобная задача, они с ней не справляются. Повторюсь: не было осмысления в решении задач.   

Переходим к практике. 

Используем подборку задач сайта «Решу ЕГЭ»  Дмитрия Гущина.  Чем привлекателен этот ресурс – практически нет ошибок, грамотно расписаны эталоны ответов. 

Разберем задачу C 6 № 12018.

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.

Элементы ответа:

Клетки семязачатка содержат диплоидный набор хромосом – 28 (2n2c).

Перед началом мейоза  - (2n4c) 28 хр, 56 ДНК

В анафазе мейоза 1:  (2n4c = n2c+n2c) – 28 хр, 56 ДНК .

В мейоз 2 вступают 2 дочерние клетки с гаплоидным набором хромосом (n2c) - 14 хромосом, 28ДНК .

В анафазе мейоза 2: (2n2с= nc+nc) – 28 хромосом, 28ДНК

Задача сложная, как  же помочь выпускнику  осмыслить ее решение .

Один из вариантов: рисуем  фазы  мейоза и показываем все манипуляции с хромосомами.

Алгоритм  действия:

1. Внимательно прочитай  задачу,  определи  задание, выпишите   фазы, в которых нужно указать количество генетического материала

а) Перед началом мейоза 

б) В анафазе мейоза 1 

в) В анафазе мейоза 2

2. Сделай рисунки к каждой  обозначенной фазе  мейоза и поясни  выполненное.

Уточняю: не пользуемся рисунками, а сами их выполняем. Данная операция работает на осмысление (хотя   в эстетике мы   проигрываем, но  выигрываем в   результате!)

1. Перед началом мейоза    

Поясняю:  мейозу  предшествует  интерфаза,  в интерфазе происходит удвоение ДНК, поэтому число хромосом 2п, число ДНК-4с.

2. В анафазе мейоза 1   

Поясняю: в  анафазе мейоза 1  к полюсам расходятся  хромосомы, т.е. из каждой  пары гомологичных хромосом в дочернюю клетку попадает только одна. Хромосомный набор становится гаплоидным, однако  каждая хромосома состоит из двух хроматид. Поскольку  деления клетки еще не произошло и все хромосомы находятся  в одной клетке,  то  хромосомную формулу можно записать как:  2n4c  (n2c+n2c)          28 хр, 56 ДНК (14хр 28 ДНК +14хр28ДНК)

3) В анафазе мейоза 2    

 Анафаза мейоза 2 происходит после первого (редукционного) деления . Набор хромосом  в клетке п2с. В анафазу мейоза 2  центромеры, соединяющие сестринские хроматиды, делятся и хроматиды , как и при митозе, становятся самостоятельными хромосомами. Число хромосом увеличивается и становится равным 2п2с.  И опять -поскольку  деления клетки еще не произошло и все хромосомы находятся  в одной клетке,  то  хромосомный набор можно  записать следующим образом:  2n2c  (nc+nc)          28 хр, 28 ДНК (14хр 14 ДНК +14хр14ДНК).

3. Запиши ответ. (у нас он указан выше)

Подвожу итог: Решение задач  данного типа не  требует погони за количеством, здесь важно добиться понимания логики решения и   знания  о   поведении хромосом на каждой  фазе деления.

Используемые ресурсы:

1. ФИПИ  «Методические рекомендации по некоторым аспектам совершенствования преподавания биологии» авт. Г.С. Калинова, Р.А. Петросова.  Москва, 2014
2. Биология. Общие закономерности 10 класс: учебник для общеобразовательных учреждений/ В.Б.Захаров, С.Г.Мамонтов, Н.И.Сонин – Москва: Изд-во  Дрофа, 2011. 
3. Решу ЕГЭ. http://bio.reshuege.ru/