Световая микроскопия применяется с целью изучения объектов, размеры которых лежат за пределами разрешающей способности* невооружённого глаза человека (составляет примерно 0,1–0,2 мм).
Препарат для световой микроскопии (микропрепарат) - это объект, помещённый на предметное стекло и защищённый сверху покровным стеклом. Исследуя микропрепарат с помощью оптических приборов, получают увеличенное изображение объекта или его участка.
Элементарным приспособлением для получения увеличенного изображения предметов является лупа - двояковыпуклая линза, вставленная в оправу-держатель. В биологии используется препаровальная лупа со сменными линзами-окулярами (рис. 1), которая увеличивает предметы в 10–40 раз.
Чтобы получить б?льшее увеличение объекта, используют световой микроскоп. В медико-биологических исследованиях чаще всего применяются:
прямые микроскопы проходящего света (биологические);
инвертированные биологические микроскопы;
стереоскопические микроскопы;
анализаторы изображения.
Устройство и назначение световых микроскопов
Биологический микроскоп предназначен для наблюдения в проходящем свете окрашенных и неокрашенных объектов. Типичный световой микроскоп (рис. 2) состоит из трёх основных частей: механической, осветительной (электрической) и оптической.
Механическая часть включает штатив, предметный столик, кремальеру (макрометрический винт), микрометрический винт, тубус и револьвер.
Штатив является главным механическим блоком микроскопа. Он состоит из тубусодержателя (колонки) и основания. На колонке монтируются основные части прибора:
револьверное устройство - вращающийся механизм смены объективов, который крепится на «салазках» с помощью специальных направляющих;
система винтов грубой (макрометрической) и точной (микрометрической) настроек микроскопа;
предметный столик (неподвижный или перемещающийся) для размещения объекта наблюдения;
узел крепления и перемещения конденсора;
узел крепления сменных насадок (фотографических, телевизионных и т. п.) - если предусмотрен конструкцией прибора.
Основание придает микроскопу устойчивость; на нём также устанавливаются накладные или встроенные источники освещения.
Осветительная часть обеспечивает равномерное освещение объекта. Она включает зеркало (либо электрический осветитель) и конденсор.
Зеркало микроскопа двухстороннее - с плоской и вогнутой отражающими поверхностями. Вогнутая поверхность применяется при естественном освещении, а плоская - при искусственном.
Конденсор - это система линз, собирающая световые лучи в пучок с меньшим поперечным сечением. Диаметр светового пучка можно регулировать, изменяя просвет диафрагмы конденсора с помощью специального рычажка.
Оптическая система микроскопа состоит из окуляра и объектива, связанных полой трубкой - тубусом .
Окуляр вставлен в верхнее отверстие тубуса; предназначен для проекции изображения на сетчатку глаза наблюдателя. На передней или верхней части корпуса окуляра имеется маркировка, указывающая его увеличение и размер видимого поля изображения (в мм); например, «10?/18».
В учебном микроскопе используются сменные окуляры с увеличением 7 ?, 10 ? и 15 ?, нередко снабжённые микроуказкой в виде радиальной тёмной полоски. Окуляр состоит из двух групп линз: глазной (ближайшая к глазу наблюдателя) и полевой (направлена к объективу).
Объектив ввинчен в револьвер и расположен у нижнего конца тубуса. Он включает в себя несколько линз, общее число которых может достигать 14. Чем больше линз, тем выше качество изображения.
На корпусе каждого объектива указываются данные о нём:
увеличение - 4?, 8?, … 90?, 100?;
апертура (диаметр полевой линзы) - 0,20; 0,65;
дополнительная буквенная маркировка, если объектив специальный (фазовый - Ф (Рh ), поляризационный - П (Pol ), люминесцентный - Л (L ) и т. п.).
На иммерсионных объективах имеются маркировка цветным кольцом и буквенное обозначение типа иммерсии * : чёрное кольцо - МИ (0il ), белое - ВИ (W ), оранжевое - ГИ (Glyc ). Иммерсионные объективы позволяют получить максимально возможное в световой микроскопии увеличение объекта или его участка.
Объективы бывают малых (до 10?); больших (до 50?) и сверхбольших (около 100?) увеличений. В учебном микроскопе чаще всего используются два вида объективов: малого увеличения (в 8 раз) и большого (в 40 раз).
Общее увеличение микроскопа определяется путём умножения показателей увеличений объектива и окуляра. Например, общее увеличение микроскопа с объективом 40х и окуляром 7? будет 40 · 7 = 280?.
Если между объективом и окуляром расположена одна или несколько увеличивающих систем, то общее увеличение микроскопа равно произведению показателей всех увеличений. Современные световые микроскопы могут увеличивать объект примерно в 1500–2000 раз.
Инвертированный и стереоскопический микроскопы изображены на рис. 3.
Инвертированный микроскоп представляет собой «перевернутую» конструкцию обычного микроскопа: у него осветитель расположен над объектом, а объективы - под предметным столиком. Такое устройство обеспечивает свободный доступ инструмента (манипулятора, палочки, пипетки) к исследуемому образцу в процессе наблюдения.
Р
ис. 3.
Инвертированный (А
) и стереоскопический (Б
) микроскопы
Для инвертированных микроскопов толщина объекта не играет большой роли: с его помощью можно исследовать габаритные объекты или объекты, расположенные в лабораторной посуде (в стеклянных колбах, в чашках Петри).
Стереоскопический микроскоп позволяет наблюдать объект обоими глазами по оптическим осям, наклонённым под углом 12–17° друг к другу. При этом возникает визуальный эффект объёмного изображения предмета. Для стереомикроскопии толщина исследуемого образца также не имеет особого значения.
Анализаторы изображения применяются с конца 80-х годов ХХ века и основаны на применении современных методов обработки изображения объекта с элементами сбора, систематизации и анализа информации. Причём базой может служить любой микроскоп, имеющий насадку для фото-, видео- или цифровой камеры и дополнительный вывод изображения на видеоконтрольный монитор. Изображение передаётся в компьютер, оснащённый специальной программой для анализа изображений. С помощью компьютера можно улучшить и отредактировать качество введенного изображения, подчеркнуть детали, выделить границы, сделать надписи, составить новые изображения из фрагментов старых и т.п. На полученном изображении можно проводить любые измерения с автоматической регистрацией результатов. При повторении одних и тех же манипуляций (либо при рутинных измерениях) достаточно составить необходимый алгоритм операций - статистическую обработку результатов компьютер произведет самостоятельно.
В световых микроскопах предусмотрена возможность установки дополнительных принадлежностей, предназначенных для:
улучшения условий работы (например, препаратоводитель, бинокулярная насадка, насадки для фото- и видеосъёмки);
измерения и подсчета (объект-микрометры, окулярные микрометры, окуляры со вставными сетками);
расширения функциональных возможностей микроскопа (например , к онденсоры косого освещения и тёмного поля, фазово-контрастные устройства, оптические светофильтры, съёмный люминесцентный осветитель).
Световая микроскопия обеспечивает увеличение до 2-3 тысяч раз, цветное и подвижное изображение живого объекта, возможность микрокиносъемки и длительного наблюдения одного и того же объекта, оценку его динамики и химизма.
Основными характеристиками любого микроскопа являются разрешающая способность и контраст. Разрешающая способность - это минимальное расстояние, на котором находятся две точки, демонстрируемые микроскопом раздельно. Разрешение человеческого глаза в режиме наилучшего видения равно 0.2 мм.
Контраст изображения - это различие яркостей изображения и фона. Если это различие составляет менее 3 - 4 %, то его невозможно уловить ни глазом, ни фотопластинкой; тогда изображение останется невидимым, даже если микроскоп разрешает его детали. На контраст влияют как свойства объекта, которые изменяют световой поток по сравнению с фоном, так и способности оптики уловить возникающие различия в свойствах луча.
Возможности светового микроскопа ограничены волновой природой света. Физические свойства света - цвет (длина волны), яркость (амплитуда волны), фаза, плотность и направление распространения волны изменяются в зависимости от свойств объекта. Эти различия и используются в современных микроскопах для создания контраста.
Увеличение микроскопа определяется как произведение увеличения объектива на увеличение окуляра. У типичных исследовательских микроскопов увеличение окуляра равно 10, а увеличение объективов – 10, 45 и 100. Соответственно, увеличение такого микроскопа составляет от 100 до 1000. Некоторые из микроскопов имеют увеличение до 2000. Еще более высокое увеличение не имеет смысла, так как при этом разрешающая способность не улучшается. Напротив, качество изображения ухудшается.
Числовая апертура используется для выражения разрешающей способности оптической системы или светосилы объектива. Светосила объектива -интенсивность света, приходящаяся на единицу площади изображения, приблизительно равна квадрату NA. Величина NA составляет примерно 0,95 для хорошего объектива. Микроскоп обычно рассчитывают таким образом, чтобы его полное увеличение составляло около 1000 NA. Если между объективом и образцом ввести жидкость (масло или, что бывает реже, дистиллированную воду), то получится «иммерсионный» объектив с величиной NA, достигающей 1,4, и с соответствующим улучшением разрешения.
Методы световой микроскопии
Методы световой микроскопии (освещения и наблюдения). Методы микроскопии выбираются (и обеспечиваются конструктивно) в зависимости от характера и свойств изучаемых объектов, так как последние, как отмечалось выше, влияют на контрастность изображения.
Метод светлого поля и его разновидности
Метод светлого поля в проходящем свете применяется при изучении прозрачных препаратов с включенными в них абсорбирующими (поглощающими свет) частицами и деталями. Это могут быть, например, тонкие окрашенные срезы животных и растительных тканей, тонкие шлифы минералов и т. д. В отсутствие препарата пучок света из конденсора, проходя через объектив, даёт вблизи фокальной плоскости окуляра равномерно освещенное поле. При наличии в препарате абсорбирующего элемента происходит частичное поглощение и частичное рассеивание падающего на него света, что и обусловливает появление изображения. Возможно применение метода и при наблюдении неабсорбирующих объектов, но лишь в том случае, если они рассеивают освещающий пучок настолько сильно, что значительная часть его не попадает в объектив.
Метод косого освещения - разновидность предыдущего метода. Отличие между ними состоит в том, что свет на объект направляют под большим углом к направлению наблюдения. Иногда это помогает выявить «рельефность» объекта за счёт образования теней.
Метод светлого поля в отражённом свете применяется при исследовании непрозрачных отражающих свет объектов, например шлифов металлов или руд. Освещение препарата (от осветителя и полупрозрачного зеркала) производится сверху, через объектив, который одновременно играет и роль конденсора. В изображении, создаваемом в плоскости объективом совместно с тубусной линзой, структура препарата видна из-за различия в отражающей способности её элементов; на светлом поле выделяются также неоднородности, рассеивающие падающий на них свет.
Метод темного поля и его разновидности
Метод тёмного поля в проходящем свете
(Dark-field microscopy)
используется для получения изображений прозрачных неабсорбирующих объектов, которые не могут быть видны, если применить метод светлого поля. Зачастую это биологические объекты. Свет от осветителя и зеркала направляется на препарат конденсором специальной конструкции - т. н. конденсором тёмного поля. По выходе из конденсора основная часть лучей света, не изменившая своего направления при прохождении через прозрачный препарат, образует пучок в виде полого конуса и не попадает в объектив (который находится внутри этого конуса). Изображение в микроскопе формируется при помощи лишь небольшой части лучей, рассеянных микрочастицами находящегося на предметном стекле препарата внутрь конуса и прошедшими через объектив. Темнопольная микроскопия основана на эффекте Тиндаля
(Tyndall effect)
, известным примером которого служит обнаружение пылинок в воздухе при освещении их узким лучом солнечного света. В поле зрения на тёмном фоне видны светлые изображения элементов структуры препарата, отличающихся от окружающей среды показателем преломления. У крупных частиц видны только светлые края, рассеивающие лучи света. Используя этот метод, нельзя определить по виду изображения, прозрачны частицы или непрозрачны, больший или меньший показатель преломления они имеют по сравнению с окружающей средой.
Проведение темнопольного исследования
Предметные стекла должны быть не толще 1,1-1,2 мм, покровные 0,17 мм, без царапин и загрязнений. При приготовлении препарата следует избегать наличия пузырьков и крупных частиц (эти дефекты будут видны ярко святящимися и не позволят наблюдать препарат). Для темнопольной применяют более мощные осветители и максимальный накал лампы.
- Настройка темнопольного освещения в основном заключается в следующем:
- Устанавливают свет по Келеру;
- Заменяют светлопольный конденсор темнопольным;
- На верхнюю линзу конденсора наносят иммерсионное масло или дистиллированную воду;
- Поднимают конденсор до соприкосновения с нижней поверхностью предметного стекла;
- Объектив малого увеличения фокусируют на препарат;
- С помощью центрировочных винтов переводят в центр поля зрения светлое пятно (иногда имеющее затемненный центральный участок);
- Поднимая и опуская конденсор, добиваются исчезновения затемненного центрального участка и получения равномерно освещенного светлого пятна.
Если этого сделать не удается, то надо проверить толщину предметного стекла (обычно такое явление наблюдается при использовании слишком толстых предметных стекол - конус света фокусируется в толще стекла).
После правильной настройки света устанавливают объектив нужного увеличения и исследуют препарат.
В основе метода ультрамикроскопии лежит тот же принцип – препараты в ультрамикроскопах освещаются перпендикулярно направлению наблюдения. При этом методе можно обнаружить (но не «наблюдать» в буквальном смысле слова) чрезвычайно мелкие частицы, размеры которых лежат далеко за пределами разрешающей способности наиболее сильных микроскопов. При помощи иммерсионных ультрамикроскопов удаётся зарегистрировать присутствие в препарате частиц с×частиц размером до 2×10 в -9 степени м. Но форму и точные размеры таких помощью этого метода определить невозможно. Их изображения представляются наблюдателю в виде дифракционных пятен, размеры которых зависят не от размеров и формы самих частиц, а от апертуры объектива и увеличения микроскопа. Так как подобные частицы рассеивают очень мало света, то для их освещения требуются чрезвычайно сильные источники света, например угольная электрическая дуга. Ультрамикроскопы применяются в основном в коллоидной химии.
Метод фазового контраста
Метод фазового контраста
и его разновидность - т. н. метод «аноптрального» контраста
предназначены для получения изображений прозрачных и бесцветных объектов, невидимых при наблюдении по методу светлого поля. К таковым относятся, например, живые неокрашенные животные ткани. Суть метода в том, что даже при очень малых различиях в показателях преломления разных элементов препарата световая волна, проходящая через них, претерпевает разные изменения по фазе (приобретает т. н. фазовый рельеф). Не воспринимаемые непосредственно ни глазом, ни фотопластинкой, эти фазовые изменения с помощью специального оптического устройства преобразуются в изменения амплитуды световой волны, т. е. в изменения яркости («амплитудный рельеф»), которые уже различимы глазом или фиксируются на фоточувствительном слое. Иными словами, в получаемом видимом изображении распределение яркостей (амплитуд) воспроизводит фазовый рельеф. Получаемое таким образом изображение называется фазово-контрастным.
- Фазово-контрастное устройство может быть установлено на любом световом микроскопе и состоит из:
- Набора объективов со специальными фазовым пластинками;
- Конденсора с поворачивающимся диском. В нем установлены кольцевые диафрагмы, соответствующие фазовым пластинкам в каждом из объективов;
- Вспомогательного телескопа для настройки фазового контраста.
- Настройка фазового контраста заключается в следующем:
- Заменяют объективы и конденсор микроскопа на фазовые (обозначенные буквами Ph) ;
- Устанавливают объектив малого увеличения. Отверстие в диске конденсора должно быть без кольцевой диафрагмы (обозначенной цифрой "0");
- Настраивают свет по Келеру;
- Выбирают фазовый объектив соответствующего увеличения и фокусируют его на препарат;
- Поворачивают диск конденсора и устанавливают соответствующую объективу кольцевую диафрагму;
- Вынимают из тубуса окуляр и вставляют на его место вспомогательный телескоп. Настраивают его так, чтобы были резко видны фазовая пластинка (в виде темного кольца) и кольцевая диафрагма (в виде светлого кольца того же диаметра). С помощью регулировочных винтов на конденсоре совмещают эти кольца. Вынимают вспомогательный телескоп и вновь устанавливают окуляр.
Благодаря применению этого способа микроскопии контраст живых неокрашенных микроорганизмов резко увеличивается и они выглядят темными на светлом фоне (позитивный фазовый контраст) или светлыми на темном фоне (негативный фазовый контраст).
Фазово-контрастная микроскопия применяется также для изучения клеток культуры ткани, наблюдения действия различных вирусов на клетки и т. п. В этих случаях часто применяют биологические микроскопы с обратным расположением оптики - инвертированные микроскопы. У таких микроскопов объективы расположены снизу, а конденсор - сверху.
– это метод наблюдения в поляризованном свете для микроскопического исследования препаратов, включающих оптически анизотропные элементы (или целиком состоящих из таких элементов). Таковыми являются многие минералы, зёрна в шлифах сплавов, некоторые животные и растительные ткани и пр. Оптические свойства анизотропных микрообъектов различны в различных направлениях и проявляются по-разному в зависимости от ориентации этих объектов относительно направления наблюдения и плоскости поляризации света, падающего на них. Наблюдение можно проводить как в проходящем, так и в отражённом свете. Свет, излучаемый осветителем, пропускают через поляризатор. Сообщенная ему при этом поляризация меняется при последующем прохождении света через препарат (или отражении от него). Эти изменения изучаются с помощью анализатора и различных оптических компенсаторов. Анализируя такие изменения, можно судить об основных оптических характеристиках анизотропных микрообъектов: силе двойного лучепреломления, количестве оптических осей и их ориентации, вращении плоскости поляризации, дихроизме.
Метод интерференционного контраста (интерференционная микроскопия)
состоит в том, что каждый луч раздваивается, входя в микроскоп. Один из полученных лучей направляется сквозь наблюдаемую частицу, другой - мимо неё по той же или дополнительной оптической ветви микроскопа. В окулярной части микроскопа оба луча вновь соединяются и интерферируют между собой. Один из лучей, проходя через объект, запаздывает по фазе (приобретает разность хода по сравнению со вторым лучом). Величина этого запаздывания измеряется компенсатором. Можно сказать, что метод интерференционного контраста сходен с методом фазового контраста - они оба основаны на интерференции лучей, прошедших через микрочастицу и миновавших её. Как и фазово-контрастная микроскопия, этот метод дает возможность наблюдать прозрачные и бесцветные объекты, но их изображения могут быть и разноцветными (интерференционные цвета). Оба метода пригодны для изучения живых тканей и клеток и применяются во многих случаях именно с этой целью. Главное отличие интерференционной микроскопии от метода фазового контраста – это возможность измерять разности хода, вносимые микрообъектами. Метод интерференционного контраста часто применяют совместно с другими методами микроскопии, в частности с наблюдением в поляризованном свете. Его применение в сочетании с микроскопией в ультрафиолетовых лучах позволяет, к примеру, определить содержание нуклеиновых кислот в общей сухой массе объекта. К интерференционной микроскопии относятся также методы использования микроинтерферометров.
Метод исследования в свете люминесценции (люминесцентная микроскопия, или флуоресцентная микроскопия)
состоит в наблюдении под микроскопом зелено-оранжевого свечения микрообъектов, которое возникает при их освещении сине-фиолетовым светом или не видимыми глазом ультрафиолетовыми лучами. В оптическую схему микроскопа вводятся два светофильтра. Один из них помещают перед конденсором. Он пропускает от источника-осветителя излучение только тех длин волн, которые возбуждают люминесценцию либо самого объекта (собственная люминесценция), либо специальных красителей, введённых в препарат и поглощённых его частицами (вторичная люминесценция). Второй светофильтр, который установлен после объектива, пропускает к глазу наблюдателя (или на фоточувствительный слой) только свет люминесценции. В люминесцентной микроскопии используют освещение препаратов как сверху (через объектив, который в этом случае служит и конденсором), так и снизу, через обычный конденсор. Наблюдение при освещении сверху иногда называют «люминесцентной микроскопией в отражённом свете» (этот термин условен - возбуждение свечения препарата не является простым отражением света). Его часто используют совместно с наблюдением по фазово-контрастному методу в проходящем свете. Метод нашел широкое применение в микробиологии, вирусологии, гистологии, цитологии, в пищевой промышленности, при исследовании почв, в микрохимическом анализе, в дефектоскопии. Такое многообразие применений объясняется очень высокой цветовой чувствительностью глаза и высокой контрастностью изображения самосветящегося объекта на тёмном нелюминесцирующем фоне. Кроме того, информация о составе и свойствах исследуемых веществ, которую можно получить, зная интенсивность и спектральный состав их люминесцентного излучения, имеет огромную ценность.
Ответами к заданиям 1–21 являются последовательность цифр, число или слово (словосочетание).
1
Рассмотрите предложенную схему направлений эволюции. Запишите в ответе пропущенный термин, обозначенный на схеме вопросительным знаком
2
Выберите два верных ответа из пяти и запишите цифры, под которыми они указаны.
С помощью световой микроскопии в растительной клетке можно различить
1. рибосомы
2. вакуоль
3. микротрубочки
4. клеточную стенку
5. эндоплазматическую сеть
3
Сколько молекул ДНК содержится в ядре клетки после репликации, если в диплоидном наборе содержится 46 молекул ДНК? В ответе запишите только соответствующее число.
Ответ: ______
4
Все перечисленные ниже признаки, кроме двух, используют для описания процессов происходящих в интерфазе. Определите два признака, «выпадающих» из общего списка, и запишите в таблицу цифры, под которыми они указаны.
1. репликация ДНК
2. синтез АТФ
3. формирование ядерной оболочки
4. синтез всех видов РНК
5. спирализация хромосом
5
Установите соответствие между характеристиками и органоидами клетки: к каждой позиции, данной в первом столбце, подберите соответствующую позицию из второго столбца
ХАРАКТЕРИСТИКИ
А. замкнутая молекула ДНК
Б. окислительные ферменты на кристах
В. внутреннее содержимое – кариоплазма
Г. линейные хромосомы
Д. наличие хроматина в интерфазе
Е. складчатая внутренняя мембрана
ОРГАНОИДЫ
2. митохондрия
6
Сколько разных фенотипов образуется у потомков при скрещивании двух гетерозиготных растений душистого горошка с розовыми цветками (красный цвет неполно доминирует над белым)? В ответе запишите только количество фенотипов.
7
Все приведённые ниже характеристики, кроме двух, используют для описания мутационной изменчивости. Определите две характеристики, «выпадающие» из общего списка, и запишите в таблицу цифры, под которыми они указаны
1. образуется под воздействием рентгеновских лучей
2. обладает направленной модификацией
3. изменяется в пределах нормы реакции
4. формируется в результате нарушения мейоза
5. возникает внезапно у отдельных особей
8
Установите соответствие между примерами и способами размножения: к каждой позиции, данной в первом столбце, подберите соответствующую позицию из второго столбца.
А. размножение фиалки листьями
Б. живорождение у акулы
В. деление надвое инфузории-туфельки
Г. почкование гидры
Д. вымётывание рыбами икры
Е. партеногенез пчёл
СПОСОБЫ РАЗМНОЖЕНИЯ
1. бесполое
2. половое
9
Выберите три верных ответа из шести и запишите в таблицу цифры, под которыми они указаны.
Для грибов характерны следующие признаки:
2. имеют ограниченный рост
3. по типу питания – гетеротрофы
4. имеют корневые волоски
5. выполняют роль редуцентов в экосистеме
6. являются доядерными организмами
10
Установите соответствие между характеристиками и классами членистоногих: к каждой позиции, данной в первом столбце, подберите соответствующую позицию из второго столбца.
ХАРАКТЕРИСТИКИ
А. наличие двух пар усиков
Б. перенос некоторыми видами опасных для человека заболеваний
В. внешнее пищеварение
Г. регулирование численности насекомых
Д. очищение водоёмов от органических остатков
Е. наличие четырёх пар конечностей
КЛАССЫ ЧЛЕНИСТОНОГИХ
1. Ракообразные
2. Паукообразные
11
Установите последовательность расположения систематических таксонов, начиная с наименьшего. Запишите в таблицу соответствующую последовательность цифр
2. Членистоногие
3. Двукрылые
4. Насекомые
5. Комар малярийный
6. Животные
12
Выберите три верно обозначенные подписи к рисунку «Череп человека». Запишите в таблицу цифры, под которыми они указаны.
1. лобная кость
2. затылочная кость
3. височная кость
4. теменная кость
5.нижнечелюстная кость
6. скуловая кость
13
Установите соответствие между органами человека и полостями тела, в которых эти органы расположены: к каждой позиции, данной в первом столбце, подберите соответствующую позицию из второго столбца.
ОРГАНЫ ЧЕЛОВЕКА
А. сердце
В. лёгкие
Г. трахея
Д. печень
Е. селезёнка
ПОЛОСТИ ТЕЛА
1. грудная
2. брюшная
14
Установите последовательность прохождения сигналов по сенсорной зрительной системе. Запишите в таблицу соответствующую последовательность цифр.
1. роговица
2. зрительная зона коры мозга
3. стекловидное тело
4. зрительный нерв
5. хрусталик
6. сетчатка
15
Прочитайте текст. Выберите три предложения, в которых даны описания экологического критерия вида растения Пузырчатка обыкновенная. Запишите цифры, под которыми они указаны.
(1)Пузырчатка обыкновенная в основном встречается в средиземноморском регионе Европы и Африки. (2)Пузырчатка обыкновенная произрастает по канавам, прудам, стоячим и медленно текущим водоёмам, болотам. (3)Листья растений рассечены на многочисленные нитевидные доли, листья и стебли снабжены пузырьками. (4)Пузырчатка цветёт с июня по сентябрь. (5)Цветки окрашены в жёлтый цвет, сидят по 5–10 на цветоносе. (6)Пузырчатка обыкновенная – насекомоядное растение.
16
Установите соответствие между характеристиками и путями достижения биологического прогресса: к каждой позиции, данной в первом столбце, подберите соответствующую позицию из второго столбца
ХАРАКТЕРИСТИКИ
А. частные приспособления к условиям жизни
Б. возникновение классов животных
В. образование родов внутри семейств
Г. повышение уровня организации организмов
Д. возникновение отделов растений
ПУТИ ДОСТИЖЕНИЯ БИОЛОГИЧЕСКОГО ПРОГРЕССА
1. ароморфоз
2. идиоадаптация
17
Выберите три верных ответа из шести и запишите цифры, под которыми они указаны. К естественным биогеоценозам относят
1. дубраву
6. пастбище
18
Установите соответствие между признаками и экосистемами: к каждой позиции, данной в первом столбце, подберите соответствующую позицию из второго столбца.
ПРИЗНАКИ
А. низкая саморегуляция
Б. разнообразие продуцентов
В. доминирование монокультуры
Г. короткие пищевые цепи
Д. разветвлённые сети питания
Е. видовое разнообразие животных
ЭКОСИСТЕМЫ
1. пшеничное поле
2. ковыльная степь
19
Установите последовательность стадий развития печёночного сосальщика, начиная с выделения яиц окончательным хозяином во внешнюю среду. Запишите соответствующую последовательность цифр.
1. образование цисты
2. внедрение личинки в тело малого прудовика
3. размножение личинки
4. выход личинки из яиц в воде
5. прикрепление хвостатой личинки к водным предметам
6. выход личинки из тела малого прудовика
20
Рассмотрите рисунок с изображением фазы сердечного цикла. Определите название этой фазы, её продолжительность и направление движения крови. Заполните пустые ячейки таблицы, используя термины и процессы, приведённые в списке. Для каждой ячейки, обозначенной буквой, выберите соответствующий термин или процесс из предложенного списка.
Список терминов и процессов:
1. поступление крови из предсердия в желудочек
2. поступление крови из желудочка в артерию
3. поступление крови из вен в предсердие
4. систола предсердия
6. систола желудочка
21
Проанализируйте таблицу «Время, необходимое для узнавания тест-изображения». Испытуемым демонстрировались цифры разных цветов и чёрно-белые изображения разной сложности. Фиксировалось время, необходимое испытуемому, чтобы распознать и назвать объект.
Выберите утверждения, которые можно сформулировать на основании анализа представленных данных
1. Чем проще объект, тем меньше света необходимо для его узнавания
2. Время узнавания цифр не зависит от их цвета.
3. Чёрные объекты распознаются быстрее цветных
4. Цветные цифры распознаются быстрее, чем сложное изображение
5. В сумерках распознавание цветного объекта ослабевает.
Часть 2.
Запишите сначала номер задания (22, 23 и т. д.), затем подробное решение. Ответы записывайте чётко и разборчиво.
В плодах некоторых сортов растений (апельсинов, мандаринов) отсутствуют семена. Какие методы классической селекции используются для получения таких сортов и как размножаются эти растения?
Показать ответ
Элементы ответа:
1. Классические методы селекции - для получения сортов растений без семян используют искусственный мутагенез с последющей гибридизацией растений.
2. Бессеменные сорта размножаются вегетативным путём. Например, вегетативное размножение этих сортов возможно путем прививания обработанных мутагенами почек (черенков) в крону немутантных растений.
Определите тип и фазу деления исходной диплоидной клетки, изображённой на схеме. Дайте обоснованный ответ.
Показать ответ
Элементы ответа:
1. Тип деления: Мейоз.
2. Фаза деления: Метафаза мейоза II.
3. На схеме изображен мейоз - метафаза II мейоза, так как хромосомы имеют по две хроматиды, но представлены одной парой (нет гомологичной пары). На схеме изображена метафаза, так хромосомы выстроены на экваторе клетки в одну линию.
Найдите три ошибки в приведённом тексте. Укажите номера предложений, в которых сделаны ошибки, исправьте их.
(1)Рыбы – обитатели водной среды. (2)По происхождению и особенностям строения рыб подразделяют на два класса: Хрящевые рыбы и Костные рыбы. (3)Заострённая спереди голова слита с туловищем, которое начинается от свободного края жаберных крышек и заканчивается хвостовым отделом. (4)У всех рыб жабры открываются снаружи тела жаберными щелями. (5)Все рыбы имеют плавательный пузырь. (6)Наиболее древние из костных рыб Кистепёрые рыбы. (7)Для них характерны мясистые, покрытые чешуёй плавники, развитая у взрослых рыб хорда, плохо развитый плавательный пузырь и другие особенности
Показать ответ
Элементы ответа:
Ошибки допущены в предложениях 3, 4, 5.
(3) Заострённая спереди голова слита с туловищем, которое начинается от свободного края жаберных крышек и заканчивается анальным плавником (или анальным отверстием).
(4) Не у всех рыб жабры открываются снаружи тела жаберными щелями, у костных и костно-хрящевых прикрыты жаберными крышками.
(5) Не все рыбы имеют плавательный пузырь.
Какие особенности строения сустава делают его прочным, подвижным и уменьшают трение между костями? Укажите четыре особенности. Ответ поясните.
Показать ответ
Элементы ответа:
1. Сустав покрыт суставной сумкой которая состоит из соединительной ткани и придаёт ему прочность.
2. Суставная головка соответствует суставной впадине, это обеспечивает подвижность сустава.
3. Суставы укреплены связками.
4. Внутри суставной сумки выделяется жидкость, уменьшающая трение.
В результате длительного применения ядохимикатов на полях могут наблюдаться вспышки роста численности вредителей. Объясните, почему могут происходить такие вспышки роста численности. Приведите не менее четырёх причин
Показать ответ
Элементы ответа:
1. В результате применения ядохимикатов погибли хищники, которые питались вредителями, поскольку в конце пищевой цепи накапливается высокая концентрация ядохимикатов.
2. В результате наследственной изменчивости (мутация) и естественного отбора вредители приобрели устойчивость к ядохимикатам и не умирают от них.
3. Благодаря высокой скорости размножения насекомые передают данные признаки следующим поколениям.
4. Насекомые, приобретшие устойчивость к ядохимикату, находятся в очень хороших условиях (обилие пищи, отсутствие конкурентов и хищников), поэтому происходит резкий рост их численности.
Известно, что все виды РНК синтезируются на ДНК-матрице. Фрагмент молекулы ДНК, на котором синтезируется участок центральной петли тРНК, имеет следующую последовательность нуклеотидов: ГААГЦТГТТЦГГАЦТ. Установите нуклеотидную последовательность участка тРНК, который синтезируется на данном фрагменте, и аминокислоту, которую будет переносить эта тРНК в процессе биосинтеза белка, если третий триплет соответствует антикодону тРНК. Обоснуйте последовательность Ваших действий. Для решения задания используйте таблицу генетического кода.
Генетический код (иРНК)
Правила пользования таблицей
Первый нуклеотид в триплете берётся из левого вертикального ряда; второй – из верхнего горизонтального ряда и третий – из правого вертикального. Там, где пересекутся линии, идущие от всех трёх нуклеотидов, находится искомая аминокислота
Показать ответ
Схема решения задачи включает:
1. По принципу комплементарности на основе ДНК находим нуклеотидную последовтельность тРНК нуклеотидная последовательность участка тРНК ЦУУ-ЦГА-ЦАА-ГЦЦ-УГА.
2. Нуклеотидная последовательность антикодона ЦАА (третий триплет) соответствует кодону на иРНК ГУУ.
3. По таблице генетического кода этому кодону соответствует аминокислота ВАЛ (валин), которую будет переносить данная тРНК.
Примечание. В данном типе заданий ключевыми словами являются: «все виды РНК синтезируются на ДНК-матрице». То есть нам необходимо найти именно тРНК - молекулы, состоящие из 70-90 нуклеотидов, которые свернуты определенным образом и напоминают по форме клеверный лист и переносят аминокислоты в биосинтезе белка.
Поэтому, сначала на ДНК по принципу комплементарности определяем участок тРНК. Затем находим тот триплет, который является центральным, именно его по принципу комплементарности переводим в иРНК и только теперь по таблице генетического кода находим аминокислоту.
При скрещивании растений душистого горошка с усиками на побегах и яркими цветками и растений без усиков на побегах с бледными цветками все гибриды F 1 получились с усиками и яркими цветками. В анализирующем скрещивании гибридов F 1 получили растения: 323 с усиками и яркими цветками, 311 без усиков и с бледными цветками, 99 с усиками и бледными цветками, 101 без усиков и с яркими цветками. Составьте схемы скрещиваний. Определите генотипы родителей и потомства в двух скрещиваниях. Объясните формирование четырёх фенотипических групп в потомстве.
Показать ответ
А, а - аллели, определяющие, соответственно, наличие и отсутствие усиков;
В, в - аллели, определяющие, соответственно, наличие ярких и бледных цветков.
Р1 ♀ ААВВ - с усиками на побегах и яркими цветками; ♂ аавв - без усиков на побегах с бледными цветками
F1 А?В? - с усиками и яркими цветками.
Гибрид из первого скрещивания - А?В? - с усиками и яркими цветками; аавв - без усиков на побегах с бледными цветками - т.к. анализирующее скрещивание, это скрещивание с рецессивной дигомозиготой.
323 с усиками и яркими цветками,
311 без усиков и с бледными цветками,
99 с усиками и бледными цветками,
101 без усиков и с яркими цветками.
Схема решения задачи включает:
1) Р1 ♀ ААВВ х ♂ аавв (так в первом поколении расщепления не было).
Гаметы ♀ АВ ♂ ав
100% дигетерозиготы с усиками и яркими цветами.
2) Анализирующее скрещивание. Т.к. в потомстве нарушается расщепление 1:1:1:1, значит гены АВ/ ав/ сцеплены - определяем это по числу некроссовертных особей (их должно быть больше 323 и 311).
Р2 ♀ AаBв × ♂ аaвв
Гаметы ♀АВ/, ♀ Ав, ♀аВ, ♀ ав/ и ♂ав/
F2 АВ//ав (323 с усиками и яркими цветками), ав//ав (311 без усиков и с бледными цветками), Аавв (99 с усиками и бледными цветками), Аавв (101 без усиков и с яркими цветками)
Таким образом, малочисленное потомство 99 с усиками и бледными цветками, 101 без усиков и с яркими цветками появилось в результате кроссинговера.
Генотипы родителей первого скрещивания: ААВВ, аавв.
Генотип потомства первого скрещивания: АаВв.
Генотипы родителей второго скрещивания: АВ//ав, ав//ав.
Генотипы потомства второго скрещивания: АВ//ав (323 с усиками и яркими цветками), ав//ав (311 без усиков и с бледными цветками), Аавв (99 с усиками и бледными цветками), Аавв (101 без усиков и с яркими цветками).
Формирование четырёх фенотипических групп в потомстве объясняется тем, что признаки с усиками-яркие цветы и без усиков-бледные цветы сцеплены, но сцепление неполное и у особи АаВв идет процесс кроссинговера.
К концу XIX в. большая часть структур, которые удается разглядеть с помощью светового микроскопа (т. е. микроскопа, в котором для освещения объекта используется видимый свет) была уже открыта. Клетка представлялась тогда чем-то вроде маленького комочка живой протоплазмы, всегда окруженного плазматической мембраной, а иногда - как, например, у растений и неживой клеточной стенкой. Самой заметной структурой в клетке было ядро, содержащее легко окрашивающийся материал - хроматин (слово это в переводе и означает - «окрашенный материал»).
Хроматин представляет собой деспирализованную форму хромосом . Перед клеточным делением хромосомы имеют вид длинных тонких нитей. В хромосомах находится ДНК - генетический материал. ДНК регулирует жизнедеятельность клетки и обладает способностью к репликации, т. е. обеспечивает образование новых клеток .
На рисунках представлены обобщенные животная и растительная клетки , какими они видны в световом микроскопе.(В «обобщенной» клетке показаны все типичные структуры, обнаруживаемые в любой клетке.)
Единственные структуры клетки , которые показаны здесь и которые к концу XIX в. еще не были открыты - это лизосомы. На рисунках представлены микрофотографии некоторых животных и растительных клеток.
Живое содержимое клетки , заполняющее пространство между ее ядром и плазматической мембраной, называется цитоплазмой. В цитоплазме содержится множество различных органелл. Органелла - это клеточная структура определенного строения, выполняющая определенную функцию. Единственная структура, имеющаяся в животных клетках и отсутствующая в растительных - это центриоль. Вообще же растительные клетки очень похожи на животные, но в них обнаруживается больше различных структур. В отличие от животных клеток в растительных клетках имеются:
1) относительно жесткая клеточная стенка
, покрывающая снаружи плазматическую мембрану; сквозь поры в клеточной стенке проходят тонкие нити, так называемые плазмодесмы, которые связывают цитоплазму соседних клеток в единое целое;
2) хлоропласта
, в которых протекает фотосинтез;
3) крупная центральная вакуоль
; в животных клетках имеются лишь небольшие вакуоли, с помощью которых осуществляется, например, .
О том, как пользоваться световым микроскопом читатель узнает в соответствующей статье.
Прокариоты и эукариоты
В предыдущей статье мы уже говорили о двух типах клеток - прокариоти ческих и эукариоти ческих, - различия между которыми носят фундаментальный характер. В прокариотических клетках ДНК свободно лежит в цитоплазме, в зоне, называемой нуклеоидом; это ненастоящее ядро. У эукариотических клеток ДНК находится в ядре, окруженном ядерной оболочной, состоящей из двух мембран. Соединяясь с белком, ДНК образует хромосомы. О различиях между прокариотическими и эукариотическими клетками более подробно говорится в соответствующей статье.
1. Все живые организмы на Земле состоят из клеток, сходных по строению, химическому составу и функционированию. Это говорит о родстве (общем происхождении) всех живых организмов на Земле (о единстве органического мира).
2. Клетка является:
- структурной единицей (организмы состоят из клеток)
- функциональной единицей (функции организма выполняются за счет работы клеток)
- генетической единицей (клетка содержит наследственную информацию)
- единицей роста (организм растет за счет размножения его клеток)
- единицей размножения (размножение происходит за счет половых клеток)
- единицей жизнедеятельности (в клетке происходят процессы пластического и энергетического обмена) и т.п.
3. Все новые дочерние клетки образуются из уже существующих материнских клеток путем деления.
4. Рост и развитие многоклеточного организма происходит за счет роста и размножения (путем митоза) одной или нескольких исходных клеток.
Мужики
Гук открыл клетки.
Левенгук открыл живые клетки (сперматозоиды, эритроциты, инфузории, бактерии).
Броун открыл ядро.
Шлейден и Шванн вывели первую клеточную теорию («Все живые организмы на Земле состоят из клеток, сходных по строению»).
Методы
1. Световой микроскоп увеличивает до 2000 раз (обычный школьный - от 100 до 500 раз). Видно ядро, хлоропласты, вакуоль. Можно изучать процессы, происходящие в живой клетке (митоз, движение органоидов и т.п.).
2. Электронный микроскоп увеличивает до 10 7 раз, что позволяет изучать микроструктуру органоидов. Метод не работает с живыми объектами.
3. Ультрацентрифуга. Клетки разрушаются и помещаются в центрифугу. Компоненты клетки разделаются по плотности (самые тяжелые части собираются на дне пробирки, самые легкие - на поверхности). Метод позволяет избирательно выделять и изучать органоиды.
Выберите два верных ответа из пяти и запишите цифры, под которыми они указаны. Укажите формулировку одного из положений клеточной теории
1) Оболочка грибной клетки состоит из углеводов
2) В клетках животных отсутствует клеточная стенка
3) Клетки всех организмов содержат ядро
4) Клетки организмов сходны по химическому составу
5) Новые клетки образуются путем деления исходной материнской клетки
Ответ
Выберите три варианта. Какие положения содержит клеточная теория?
1) Новые клетки образуются в результате деления материнской клетки
2) В половых клетках содержится гаплоидный набор хромосом
3) Клетки сходны по химическому составу
4) Клетка – единица развития всех организмов
5) Клетки тканей всех растений и животных одинаковы по строению
6) Все клетки содержат молекулы ДНК
Ответ
1) биогенной миграции атомов
2) родстве организмов
4) появлении жизни на Земле около 4,5 млрд. лет назад
6) взаимосвязи живой и неживой природы
Ответ
Выберите один, наиболее правильный вариант. Какой метод позволяет избирательно выделять и изучать органоиды клетки
1) окрашивание
2) центрифугирование
3) микроскопия
4) химический анализ
Ответ
Выберите один, наиболее правильный вариант. В связи с тем, что в любой клетке происходит питание, дыхание, образование продуктов жизнедеятельности, ее считают единицей
1) роста и развития
2) функциональной
3) генетической
4) строения организма
Ответ
Выберите три варианта. Основные положения клеточной теории позволяют сделать выводы о
1) влиянии среды на приспособленность
2) родстве организмов
3) происхождении растений и животных от общего предка
4) развитии организмов от простого к сложному
5) сходном строении клеток всех организмов
6) возможности самозарождения жизни из неживой материи
Ответ
Выберите три варианта. Сходное строение клеток растений и животных - доказательство
1) их родства
2) общности происхождения организмов всех царств
3) происхождения растений от животных
4) усложнения организмов в процессе эволюции
5) единства органического мира
6) многообразия организмов
Ответ
Выберите один, наиболее правильный вариант. Клетку считают единицей роста и развития организмов, так как
1) она имеет сложное строение
2) организм состоит из тканей
3) число клеток увеличивается в организме путем митоза
4) в половом размножении участвуют гаметы
Ответ
Выберите один, наиболее правильный вариант. Клетка – единица роста и развития организма, так как
1) в ней имеется ядро
2) в ней хранится наследственная информация
3) она способна к делению
4) из клеток состоят ткани
Ответ
1. Выберите два верных ответа из пяти и запишите цифры, под которыми они указаны. С помощью световой микроскопии в растительной клетке можно различить:
1) эндоплазматическую сеть
2) микротрубочки
3) вакуоль
4) клеточную стенку
5) рибосомы
Ответ
2. Выберите два верных ответа из пяти и запишите цифры, под которыми они указаны. В световой микроскоп можно увидеть
1) деление клетки
2) репликацию ДНК
3) транскрипцию
4) фотолиз воды
5) хлоропласты
Ответ
3. Выберите два верных ответа из пяти и запишите цифры, под которыми они указаны. При изучении растительной клетки под световым микроскопом можно увидеть
1) клеточную мембрану и аппарат Гольджи
2) оболочку и цитоплазму
3) ядро и хлоропласты
4) рибосомы и митохондрии
5) эндоплазматическую сеть и лизосомы
Ответ
Выберите два верных ответа из пяти и запишите цифры, под которыми они указаны. В разработку клеточной теории свой вклад внесли:
1) Опарин
2) Вернадский
3) Шлейден и Шванн
4) Мендель
5) Вирхов
Ответ
Выберите два верных ответа из пяти и запишите цифры, под которыми они указаны. Метод центрифугирования позволяет
1) определить качественный и количественный состав веществ в клетке
2) определить пространственную конфигурацию и некоторые физические свойства макромолекул
3) очиститить макромолекулы, выведенные из клетки
4) получить объемное изображение клетки
5) разделить органоиды клетки
Ответ
Выберите два верных ответа из пяти и запишите цифры, под которыми они указаны. Каково преимущество использования электронной микроскопии перед световой?
1) большее разрешение
2) возможность наблюдать живые объекты
3) дороговизна метода
4) сложность приготовления препарата
5) возможность изучать макромолекулярные структуры
Ответ
Выберите два верных ответа из пяти и запишите цифры, под которыми они указаны. Какие органоиды были обнаружены в клетке с помощью электронного микроскопа?
1) рибосомы
2) ядра
3) хлоропласты
4) микротрубочки
5) вакуоли
Ответ
Определите два признака, «выпадающих» из общего списка, и запишите в ответ цифры, под которыми они указаны. Основные положения клеточной теории позволяют сделать вывод о
1) биогенной миграции атомов
2) родстве организмов
3) происхождении растений и животных от общего предка
4) появлении жизни на Земле около 4,5 млрд. лет назад
5) сходном строении клеток всех организмов
Ответ
1. Выберите два верных ответа из пяти и запишите в таблицу цифры, под которыми они указаны. В цитологии используют методы
1) гибридологический
2) генеалогический
3) центрифугирования
4) микроскопирования
5) мониторинга
Ответ
© Д.В.Поздняков, 2009-2019
