Практическая работа. Строение генетических структур клетки. Изучение поведения хромосом в процессе клеточных делении

Задание. Внимательно рассмотреть клетки, находящиеся в интерфазе, профазе, метафазе, анафазе и телофазе, и зарисовать их. Особое внимание обратить на хромосомы.

Материал и оборудование. 1. Препарат с продольными сре­зами корешков лука или любого другого растения, 2. Микроскоп. 3. Рисовальный аппарат.

Пояснения к заданию. Митоз (кариокинез) — сложный тип деления, протекающий в соматических клетках и являющийся основным способом их размно­жения. Совокупность процессов, происходящих в клетке между двумя делениями, называется митотическим циклом.

В процессе митоза происходит сначала удвоение, а затем точное равномерное распределение наслед­ственного материала, содержащегося в хромосомах, между двумя вновь возникающими клетками. В ре­зультате митоза из одной материнской клетки обра­зуются 2 дочерние. Ядро каждой дочерней клетки имеет, как правило, такой же набор хромосом, какой был в исходной материнской клетке. Разделение же цитоплазмы и ее органелл (пластид, митохондрий, рибосом и др.) между дочерними клетками совер­шается не с такой правильностью, поэтому дочерние клетки не всегда бывают одинаковыми по размеру, форме и включениям в цитоплазму. Между двумя митотическими делениями клетка растет, функционирует, подготавливаясь к последующему митозу. Это состоя­ние клетки называется интерфазой.

В интерфазе ядро имеет шаровидную или эллип­соидную форму и сравнительно гомогенное строение. В нем бывает хорошо видно одно или несколько яд­рышек. В интерфазе идет подготовка клетки к ми­тозу, протекают сложные биохимические процессы: редупликация (удвоение) молекул ДНК, синтез про­стых белков (гистонов) и других веществ, необходи­мых для прохождения митотического цикла.

В интерфазе различают 3 периода: G₁ (пресинтетический), S (синтетический, на котором происходит синтез ДНК) и G₂ (постсинтетический).

В процессе митоза различают 4 последовательно идущие фазы: профазу, метафазу, анафазу и телофазу (рис. 1).

Профаза. Различают раннюю и позднюю профазу. На ранней профазе ядро клетки сохраняет тот же вид, что и в интерфазе, но в нем появляются нити хроматинового вещества. В поздней профазе усиливается спирализация хроматиновых нитей, в результате чего они приобретают форму, присущую хромосомам дан­ного вида, становятся более плотными и короткими.

Рис. 1. Митоз в клетках корешка лука:

1-интерфаза; 2,3 — профаза; 4 — метафаза; В — анафаза; 6 — телофаза; 7 — цитокинез.

Каждая хромосома, состоящая из двух хроматид, спи­рально скрученных и соединенных центромерой, четко проявляется. В конце профазы происходит фрагмен­тация ядерной оболочки и исчезновение ядрышек.

Метафаза. В этой фазе хромосомы концентри­руются в центре клетки и располагаются в одной плоскости, образуя так называемую метафазную (экваториальную) пластинку. Центромера каждой хро­мосомы, скрепляющая обе хроматиды, располагается строго в плоскости экватора клетки, а плечи хромо­сом бывают вытянуты более или менее параллельно нитям веретена. В метафазе хорошо выявляется число хромосом, форма и строение каждой хромосомы, осо­бенно если рассматривать клетку с полюсов. В мета­фазе окончательно формируется митотический аппа­рат— ахроматиновое веретено. Оно состоит из нитей, тянущихся от одного полюса клетки к другому. Нити веретена состоят из фибриллярных белков.

Анафаза. Эта фаза митоза начинается с одновре­менного деления центромер всех хромосом данной клетки. Сразу же после деления центромер хрома­тиды каждой хромосомы начинают отталкиваться друг от друга и расходиться к противоположным по­люсам клетки. В это время их уже следует называть сестринскими (дочерними) хромосомами. Все сестринские хромосомы начинают двигаться к полюсам одно­временно и довольно быстро. В первую очередь оттал­киваются центромерные участки хромосом, а затем — конечные участки плеч. Если хромосома по какой-либо причине утратила центромеру, то она не может самостоятельно двигаться к полюсу и нарушает кар­тину нормального течения анафазы. Фрагмент такой хромосомы может сохраниться в клетке только в том случае, если он присоединится к другой хромосоме, имеющей центромеру. Движение хромосом в анафазе происходит при взаимодействии двух процессов: со­кращения тянущих нитей веретена, связывающих, хро­мосомы с полюсами клетки, и удлинения опорных нитей веретена, связывающих оба полюса.

Телофаза. В начале телофазы заканчивается дви­жение хромосом и в клетке начинаются структурные преобразования: дочерние хромосомы деспирализуются и утрачивают видимую индивидуальность. Об­разуется ядро, окруженное оболочкой, восстанавливаются ядрышки (одно или несколько) в том же количестве, в каком они были в ядре материнской клетки, происходит постепенное разрушение и разде­ление всего содержимого клетки. Этот процесс обра­зования двух новых клеток называется цитокинезом, или плазмотомией. Он начинается с того, что в эква­ториальной части материнской клетки утолщаются нити веретена и между ними образуется клеточная перегородка.

Выполнение задания. Изучать фазы митоза лучше всего на постоянных препаратах продольных срезов корешков лука или других растений. Для этой цели корешки фиксируют по Навашину, окрашивают гема­токсилином по Гейденгайну. Если нет постоянных микротомных препаратов, можно использовать дав­ленные временные или полупостоянные препараты.

Препарат помещают на столик микроскопа, при объективе Х9 находят соответствующую фазу митоза, затем переводят на объектив Х40 или X90, изучают и. зарисовывают клетки, находящиеся в различных фазах митоза, обращая внимание на состояние ядра, ядерной оболочки, ядрышка, цитоплазмы. Особенно внимательно следует рассмотреть состояние хромо­сом в каждой фазе митоза.