Lý thuyết Chu kỳ tế bào và quá trình nguyên phân

kỳ trước, màng nhân và hạch nhân dần dần biến mất, một số vi ống gắn vào các đĩa protein (gọi là kinetochores) ở tâm động của nhiễm sắc tử.  Các vi ống này nối tâm động với các cực (Hình 3).  
Ở tế bào thực vật, mặc dù không có trung tử và các thể sao nhưng vẫn có sự thành lập thoi vi ống. 
                        b.  Kỳ giữa (Metaphase) 
Ðầu kỳ giữa, các nhiễm sắc thể (lúc đầu được phân bố ngẫu nhiên trong nhân) bắt đầu di chuyển về mặt phẳng xích đạo của thoi phân bào.  Ðến giữa kỳ, các nhiễm sắc thể đã được sắp xếp trên mặt phẳng nầy.  Cuối kỳ, tâm động của mỗi cặp nhiễm sắc tử tách ra, mỗi nhiễm sắc tử trở thành một nhiễm sắc thể có tâm động riêng. 
c.  Kỳ sau (Anaphase) 
Sau khi tâm động đã tách ra, hai nhiễm sắc thể sẽ phân ly về hai cực đối diện của tế bào.  Lúc này các vi ống từ hai cực tế bào kéo dài và đẩy hai cực xa ra.  Cuối kỳ này, tế bào có hai nhóm nhiễm sắc thể riêng biệt, mỗi nhóm nằm ở một cực tế bào.  Sự phân chia tế bào chất (cytokinesis) cũng thường được bắt đầu vào cuối kỳ nầy. 
d.  Kỳ cuối (Telophase) 
Khi hai bộ nhiễm sắc thể về đến hai cực, chúng được bao bằng một màng nhân mới.  Sau đó các nhiễm sắc thể bắt đầu tháo xoắn và trở lại hình dạng như ở kỳ trung gian, hạch nhân cũng từ từ xuất hiện trở lại.  Thoi phân bào biến mất.  Sự phân chia tế bào chất thường cũng được hoàn tất trong suốt kỳ nầy.  Kỳ cuối kết thúc khi hai nhân mới có đầy đủ các đặc điểm như ở kỳ trung gian (Hình 5). 
            Kết thúc sự phân chia nhân: từ một nhân có một bộ nhiễm sắc thể (2n) cho ra hai nhân, mỗi nhân cũng có một bộ nhiễm sắc thể (2n). 
4.  Sự phân chia tế bào chất (cytokinesis)
a.  Ở tế bào động vật 
Sự phân chia ở một tế bào động vật bình thường bắt đầu bằng sự thành lập của một rãnh phân cắt (cleavage furrow) chạy vòng quanh tế bào.  Khi sự phân chia tế bào chất xảy ra, vị trí của rãnh thường được xác định bằng sự định hướng của thoi phân bào, thường là ở vùng mặt phẳng xích đạo của thoi.  Rãnh nầy càng ngày càng ăn sâu vào trong cho đến khi nó cắt ngang qua tế bào, tạo ra hai tế bào mới. 
b.  Ở tế bào thực vật 
Vì tế bào thực vật có vách celluloz tương đối cứng nên không thể tạo các rãnh phân cắt, do đó sự phân chia tế bào chất xảy ra theo một cách khác. 
Ở nhiều loài nấm và tảo, màng nguyên sinh và vách phát triển vào bên trong tế bào cho đến khi hai mép gặp nhau và tách biệt hoàn toàn thành hai tế bào con. 
Ở thực vật bậc cao một màng đặc biệt gọi là đĩa tế bào (cell plate) được thành lập ở mặt phẳng xích đạo của thoi phân bào.  Ðĩa tế bào ban đầu được hình thành ở trung tâm của tế bào chất và từ từ lan ra cho đến khi chạm vào mặt ngoài của tế bào và cắt tế bào làm hai phần
5. Ý nghĩa của quá trình nguyên phân
Đối với sinh vật nhân thực đơn bào : từ 1 tế bào mẹ tạo ra 2 tế bào con giống hệt nhau
Đối với cơ thể sinh vật nhân thực đa bào : làm tăng số lượng tế bào giúp cơ thể sinh trưởng và phát triển
Giúp cơ thể tái sinh mô hoặc cơ quan bị tổn thương
Đối với sinh vật sinh sản sinh dưỡng: tạo ra các cá thể con có kiểu gen giống kiểu gen của cá thể mẹ
GIẢM PHÂN
Giảm phân là hình thức phân bào diễn ra ở tế bào sinh dục chín, gồm 2 lần phân bào liên tiếp nhưng nhiễm sắc thể chỉ nhân đôi có một lần ở kì trung gian trước lần phân bào I (giảm phân I). Lần phân bào II (giảm phân II) diễn ra sau một kì trung gian rất ngắn.
1. Giảm phân I
Lần phân bào I của giảm phân có những diễn biến cơ bản sau đây:
Ở kì đầu, các nhiễm sắc thể kép xoắn, co ngắn, đính vào màng nhân sắp xếp định hướng. Sau đó diễn ra sự tiếp hợp cặp đôi của các nhiễm sắc thể kép tương đồng suốt theo chiều dọc và có thể diễn ra sự trao đổi chéo giữa các nhiễm sắc tử không phải là chị em. Sự trao đổi những đoạn tương ứng trong cặp tương đồng đã đưa đến sự hoán vị của các gen tương ứng, do đó đã tạo ra sự tái tổ hợp của các gen không tương ứng. Tiếp theo là sự tách rời các nhiễm sắc thể trong cặp tương đồng và nhiễm sắc thể tách khỏi màng nhân.
Đến kì giữa, từng cặp nhiễm sắc thể kép tương đồng tập trung và xếp song song ở mặt phẳng xích đạo của thoi phân bào.
Ở kì sau, các cặp nhiễm sắc thể kép tương đồng phân li độc lập về hai cực tế bào.
Tiếp đến kì cuối, hai nhân mới được tạo thành đều chứa bộ đơn bội kép (n nhiễm sắc thể kép), nghĩa là có số lượng bằng một nửa của tế bào mẹ. Sự phân chia tế bào chất diễn ra hình thành hai tế bào con tuy đều chứa bộ n nhiễm sắc thể kép, nhưng lại khác nhau về nguồn gốc thậm chí cả cấu trúc (nếu sự trao đổi chéo xảy ra).
Sau kì cuối giảm phân I là kì trung gian diễn ra rất nhanh, trong thời điểm này không xảy ra sao chép ADN và nhân đôi nhiễm sắc thể.
2. Giảm phân II
Tiếp ngay sau kì trung gian là giảm phân II diễn ra nhanh chóng hơn nhiều so với lần I và cũng trải qua 4 kì. Ở kì đầu thấy rõ số lượng nhiễm sắc thể kép đơn bội. Đến kì giữa, nhiễm sắc thể kép xếp thành một hàng trên mặt phẳng xích đạo của thoi phân bào. Mỗi nhiễm sắc thể kép gắn với một sợi tách biệt của thoi phân bào. Thông thường, các nhiễm sắc tử chị em hay sợi crômatit đã tách nhau một phần. Tiếp đến kì sau, sự phân chia ở tâm động đã tách hoàn toàn hai nhiễm sắc tử chị em và mỗi chiếc đi về một cực của tế bào. Kết thúc là kì cuối, các nhân mới được tạo thành đều chứa bộ n nhiễm sắc thể đơn và sự phân chia tế bào chất được hoàn thành, tạo ra các tế bào con.
Sự tan biến và tái hiện của màng nhân, sự hình thành và mất đi của thoi phân bào ở hai lần phân bào của giảm phân cũng diễn ra như ở nguyên phân.
3. Sau giảm phânM PHÂN VÀ CHU KỲ SỐNG CỦA SINH VẬT
Ở thực vật
Sự giảm phân ở thực vật thường tạo ra các tế bào sinh sản đơn bội (n) gọi là các bào tử (spores).  Các bào tử này thường nguyên phân để phát triển thành cơ thể đa bào đơn bội. 
            Ở một số thực vật sơ khai như Tảo, các bào tử đơn bội (giai đoạn 1) nguyên phân và phát triển thành cơ thể đa bào đơn bội, tăng trưởng nhanh, ít chuyên hóa.  Giai đoạn nầy chiếm phần lớn chu kỳ sống (giai đoạn 2).  Các cơ thể đa bào nầy nguyên phân tạo ra các giao tử đơn bội (giai đoạn 3).  Qua thụ tinh, các giao tử tạo thành hợp tử lưỡng bội (giai đoạn 4).  Ngay sau đó hợp tử giảm phân để tạo ra 4 bào tử đơn bội, bắt đầu một chu kỳ mới.  Ở các thực vật này, giai đoạn đơn bội chiếm ưu thế, giai đoạn lưỡng bội ở hợp tử rất tạm thời. 
Ở  Dương xĩ, giai đoạn lưỡng bội và đơn bội trong chu kỳ sống xấp xĩ nhau.  Ở giai đoạn lưỡng bội của chu kỳ sống, các tế bào trong cơ quan sinh sản giảm phân tạo ra các bào tử đơn bội (giai đoạn 1).  Các bào tử này nguyên phân và phát triển thành các cây đa bào đơn bội (giai đoạn 2).  Sau cùng, chúng tạo ra các giao tử đơn bội bằng sự nguyên phân (giai đoạn 3).  Sự thụ tinh phối hợp hai giao tử thành hợp tử lưỡng bội (giai đoạn 4).  Hợp tử sẽ nguyên phân và phát triển thành một cây đa bào lưỡng bội (giai đoạn 5).  Khi cây nầy giảm phân tạo bào tử, một chu kỳ mới bắt đầu. 
Ở các thực vật hột kín, giai đoạn 1 và giai đoạn 2 tiêu giảm, chỉ còn 3 - 8 tế bào không sống tự do và phần lớn đời sống của nó là cây đa bào lưỡng bội (giai đoạn 5).
Ở động vật
Trừ một ít ngoại lệ, các động vật bậc cao tồn tại ở dạng cơ thể đa bào lưỡng bội trong toàn bộ chu kỳ sống của chúng.  Vào thời kỳ sinh sản, sự giảm phân sẽ tạo ra các giao tử đơn bội.  Khi nhân của các giao tự hợp nhất lại trong thụ tinh sẽ tạo ra một hợp tử lưỡng bội.  Sau đó hợp tử nguyên phân để tạo ra một cá thể đa bào mới.  Như vậy, chỉ có các giao tử (tinh trùng và trứng) là ở giai đoạn đơn bội trong chu kỳ sống của động vật. 
      Ở động vật đực, các tinh trùng được tạo ra từ các biểu mô sinh tinh nằm trong ống sinh tinh của các dịch hoàn (testes).  Khi một trong các tế bào biểu mô giảm phân, bốn tế bào đơn bội nhỏ, kích thước xấp xĩ nhau được tạo ra.  Sau đó cả bốn tế bào nầy đều được chuyên hóa thành tinh trùng (sperm), có đuôi dài, với một ít tế bào chất ở phần đầu.  Quá trình sản sinh tinh trùng gọi là sự sinh tinh (spermatogenesis).
Ở động vật cái, các tế bào trứng được tạo ra trong các nang của buồng trứng (ovaries) bởi một quá trình gọi là sự sinh trứng (oogenesis).  Khi một tế bào trong buồng trứng giảm phân , các tế bào đơn bội được tạo thành có kích thước rất khác nhau.  Lần phân bào thứ I tạo ra một tế bào tương đối lớn và một tế bào rất nhỏ gọi là thể cực (polar body) thứ nhất.  Trong lần phân bào thứ II, tế bào lớn lại cho ra một thể cực nhỏ thứ hai và một tế bào lớn.  Tế bào lớn sau đó chuyên hóa thành tế bào trứng (ovum).  Thể cực thứ nhất có thể tiếp tục phân chia lần thứ II hoặc không phân chia.  Các thể cực này không có chức năng.  Như vậy khi một tế bào lưỡng bội trong buồng trứng hoàn tất giảm phân , chỉ có một tế bào trứng được tạo ra.
3. Ý nghĩa của quá trình giảm phân
Nhờ có giảm phân, giao tử được tạo thành mang bộ nhiễm sắc thể đơn bội (n) và qua thụ tinh giữa giao tử đực và cái mà bộ nhiễm sắc thể lưỡng bội (2n) được phục hồi. Nếu không có giảm phân thì cứ sau một lần thụ tinh bộ nhiễm sắc thể của loài lại tăng gấp đôi về số lượng. Như vậy, các quá trình nguyên phân, giảm phân và thụ tinh đã đảm bảo duy trì ổn định bộ nhiễm sắc thể đặc trưng của những loài sinh sản hữu tính qua các thế hệ cơ thể, nhờ đó thông tin di truyền được truyền đạt ổn định qua các đời, đảm bảo cho thế hệ sau mang những đặc điểm của thế hệ trước.
Sự phân li độc lập và trao đổi chéo đều của các cặp nhiễm sắc thể tương đồng trong giảm phân đã tạo ra nhiều loại giao tử khác nhau về nguồn gốc, cấu trúc nhiễm sắc thể cùng với sự kết hợp ngẫu nhiên của các loại giao tử qua thụ tinh đã tạo ra các hợp tử mang những tổ hợp nhiễm sắc thể khác nhau. Đây chính là cơ sở tế bào học để giải thích nguyên nhân tạo ra sự đa dạng về kiểu gen và kiểu hình đưa đến sự xuất hiện nguồn biến dị tổ hợp phong phú ở những loài sinh sản hữu tính. Loại biến dị này là nguồn nguyên liệu dồi dào cho quá trình tiến hoá và chọn giống. Qua đó cho thấy, sinh sản hữu tính (giao phối) có nhiều ưu thế so với sinh sản vô tính và nó được xem là một bước tiến hoá quan trọng về mặt sinh sản của sinh giới. Vì vậy, người ta thường dùng phương pháp lai hữu tính để tạo ra các biến dị tổ hợp nhằm phục vụ cho công tác