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.

Для изучения клеток разработано и применяется множество методов, возможности которых определяют уровень наших знаний в этой области. Успехи в изучении биологии клетки, включая наиболее выдающиеся достижения последних лет, как правило, связаны с применением новых методов. Поэтому для более полного понимания клеточной биологии необходимо иметь хотя бы некоторое представление о соответствующих методах исследования клетки.

Световая микроскопия

Самым древним и, вместе с тем, наиболее распространенным методом изучения клетки является микроскопия. Можно сказать, что и начало изучения клетки было положено изобретением светового оптического микроскопа.

Невооруженный человеческий глаз имеет разрешающую способность около 1/10 мм. Это означает, что если вы смотрите на две линии, которые находятся друг от друга на расстоянии меньше 0,1 мм, они сливаются в одну. Чтобы различить структуры, расположенные более тесно, применяют оптические приборы, например, микроскоп.

Но возможности светового микроскопа не безграничны. Предел разрешения светового микроскопа задается длиной световой волны, то есть оптический микроскоп может быть использован только для изучения таких структур, минимальные размеры которых сопоставимы с длиной волны светового излучения. Лучший световой микроскоп имеет разрешающую способность около 0.2 мкм (или 200 нм), то есть примерно в 500 раз улучшает человеческий глаз. Теоретически построить световой микроскоп с большим разрешением невозможно.

Многие компоненты клетки близки по своей оптической плотности и без специальной обработки практически не видны в обычный световой микроскоп. Для того, чтобы сделать их видимыми, используют различные красители, обладающие определенной избирательностью.

В начале XIX в. Возникла потребность в красителях для окрашивания текстильных тканей, что в свою очередь вызвало ускоренное развитие органической химии. Оказалось, что некоторые из этих красителей окрашивают и биологические ткани и, что было уж совсем неожиданно, часто предпочтительно связываются с определенными компонентами клетки. Использование таких избирательных красителей дает возможность более тонко исследовать внутреннее строение клетки. Приведем лишь несколько примеров:

· краситель гематоксилин окрашивает некоторые компоненты ядра в синий или фиолетовый цвет;

· после обработки последовательно флороглюцином и затем соляной кислотой одревесневшие оболочки клеток становятся вишнево - красными;

· краситель судан III окращивает опробковевшие клеточные оболочки в розовый цвет;

· слабый раствор йода в йодистом калии окрашивает крахмальные зерна в синий цвет.

Для проведения микроскопических исследований большую часть тканей перед окраской фиксируют. После фиксации клетки становятся проницаемыми для красителей, а структура клетки стабилизируется. Одним из наиболее распространенных фиксаторов в ботанике является этиловый спирт.

Фиксация и окрашивание не единственные процедуры, используемые для приготовления препаратов. Толщина большинства тканей слишком велика, чтобы их сразу можно было наблюдать при высоком разрешении. Поэтому выполняют тонкие срезы на микротоме. В этом приборе использован принцип хлеборезки. Для растительных тканей изготавливают чуть более толстые срезы, чем для животных, поскольку клетки растений обычно крупнее. Толщина срезов растительных тканей для световой микроскопии около 10 мкм - 20 мкм. Некоторые ткани слишком мягкие, чтобы из них сразу же можно было получить срезы. Поэтому после фиксации их заливают в расплавленный парафин или специальную смолу, которые пропитывают всю ткань. После охлаждения образуется твердый блок, который затем режется на микротоме. Правда, для растительных тканей заливка применяется значительно реже, чем для животных. Это объясняется тем, что растительные клетки имеют прочные клеточные стенки, составляющие каркас ткани. Особенно прочны одревесневшие оболочки.

Однако заливка может нарушить структуру клетки, поэтому применяют еще и другой метод, где эта опасность уменьшена? быстрое замораживание. Здесь можно обойтись без фиксации и заливки. Замороженную ткань режут на специальном микротоме (криотоме).

Замороженные срезы, приготовленные таким способом, имеют явное преимущество, поскольку в них лучше сохраняются особенности естественной структуры. Однако их труднее готовить, а присутствие кристаллов льда все же нарушает некоторые детали.

Микроскопистов всегда беспокоила возможность потери и искажения некоторых компонентов клетки в процессе фиксации и окраски. Поэтому полученные результаты проверяют другими методами.

Весьма заманчивой представлялась возможность исследовать под микроскопом живые клетки, но так, чтобы более отчетливо проявились детали их строения. Такую возможность дают особые оптические системы: фазово-контрастный и интерференционный микроскопы. Хорошо известно, что световые волны, подобно волнам воды, могут интерферировать друг с другом, увеличивая или уменьшая амплитуду результирующих волн. В обычном микроскопе, проходя через отдельные компоненты клетки, световые волны меняют свою фазу, хотя человеческий глаз этих различий не улавливает. Но за счет интерференции можно преобразовать волны, и тогда разные компоненты клетки можно отличить друг от друга под микроскопом, не прибегая к окрашиванию. В этих микроскопах используют 2 пучка световых волн, которые взаимодействуют (налагаются) друг на друга, усиливая или уменьшая амплитуду волн, поступающих в глаз от разных компонентов клетки.

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).

Обычные и стереоскопические микроскопы позволяют вести исследования по методу светлого поля : на светлом фоне наблюдается изображение контрастного неокрашенного или цветного объекта. Данный метод применяется наиболее широко.

Метод тёмного поля основан на эффекте, который достигается освещением объекта полым конусом света (применяют специальный конденсор). При этом контрастный светлый объект виден на тёмном фоне.

Метод фазового контраста предназначен для повышения контрастности неокрашенных объектов (микроорганизмов, растительных клеток). Данный метод, в отличие от метода тёмного поля (выявляет только контуры), позволяет рассматривать элементы внутренней структуры объекта, детально изучать особенности срезов тканей или живых клеток.

Метод исследования в поляризованном свете применяется для изучения анизотропных клеточных структур, которым характерна строгая молекулярная ориентация. К таковым относятся, например, внутриклеточные мембраны, нити веретена деления, миофибриллы, мерцательные реснички. В поле зрения поляризационного микроскопа они выглядят ярко светящимися на тёмном фоне.

Метод интерференционной микроскопии основан на разделении светового пучка на два: один проходит через объект, второй - мимо него. В результате первый пучок несколько запаздывает и при интерференции (наложение друг на друга) изменяется яркость световой волны. Вследствие резко выраженной разности оптических путей неокрашенный объект может выглядеть цветным.

Метод исследования в свете люминесценции проводится с помощью микроскопа, на котором установлены особый осветитель, люминесцентные объективы и система специальных светофильтров. Этот метод основан на явлении, возникающем, когда при облучении некоторые вещества и микрообъекты сами начинают светиться в цветовой гамме всего (или большей части) видимого спектра (рис. 4).

Данный метод нашёл широкое применение при цитохимических исследованиях, позволяющих изучать поступление, передвижение, накопление и выделение различных веществ клетки. В медицинской микробиологии его применяют для выявления возбудителей туберкулеза, дифтерии, гонореи, возвратного тифа и др.; в онкологии - для цитодиагностики опухолей.

Электронная микроскопия

Первый электронный микроскоп сконструировал в 1934 г. немецкий учёный Э. Руска. Электронная микроскопия применяется с 1939 г. Это один из важнейших методов исследования структуры объектов, размеры которых лежат за пределами разрешающей способности светового микроскопа (0,2 мкм).

Современные электронные микроскопы дают возможность получить изображения объектов при увеличениях, приближающихся к 1 000 000.

В электронной микроскопии построение изображения основывается на законах геометрической и волновой оптики, а также на теории электромагнитных полей. В данном случае «линзами» служат электромагнитные катушки. Магнитное поле, создаваемое витками катушки, по которой проходит ток, фокусирует пучок электронов так же, как стеклянная линза собирает световой пучок.

По принципу действия современные электронные микроскопы разделяются на просвечивающие и растровые (сканирующие). Первые позволяют изучать образцы в проходящих, а вторые - в рассеянных объектом электронах.

Устройство и принцип действия просвечивающего электронного микроскопа подобны таковым светового микроскопа: аналогом источника света является электронный прожектор (электронная пушка); имеются объективная и конденсорные «линзы»; камера с предметным столиком; проекционная система, которая соответствует окуляру, но передает изображение на люминесцентный экран или фотографическую пластинку. Такой аппарат весит несколько тонн и достигает в высоту 2,5–3 м (рис. 5).

Источником электронов служит раскаленная вольфрамовая нить (катод). Излучаемые электроны ускоряются сильным электрическим полем и, проходя через отверстие в аноде, собираются в узкий пучок. Система «катод–анод» называется электронным прожектором.

Исследуемый образец находится в магнитном поле объективной линзы - самой важной линзы, которая в итоге определяет максимальное разрешение микроскопа. Эта линза направляет прошедший через образец поток электронов в систему проекционных линз, а последние - на люминесцентный экран или фотографическую пластинку.

В результате бомбардировки электронами фотопластинки или экрана, покрытого специальным флуоресцирующим составом, получаетсявидимое увеличенное изображение.

При столкновении с веществом электроны в той или иной степени меняют траекторию движения. Электронный поток рассеивается даже воздухом, поэтому в колонне работающего электронного микроскопа поддерживается глубокий вакуум, а исследуемый объект должен иметь минимальную толщину.

Участки препарата с повышенной плотностью или увеличенной толщиной, местá расположения тяжёлых атомов сильно отклоняют электроны, и потому выглядят тёмными зонами на светлом фоне (метод светлого поля).

Однако электромагнитные поля можно отрегулировать так, чтобы в диафрагму объектива попадали только рассеянные электроны. Тогда образец выглядит светлым на тёмном фоне (метод тёмного поля).

Изображение можно наблюдать через присоединенный к прибору бинокулярный световой микроскоп, выводить на телевизионный экран или записывать на видеоленту. Если регистрация электронов производится на фотографической пластинке, то получают снимок объекта - электронограмму (рис. 6). Электронограммы можно ещё увеличить примерно в 10 раз без потери чёткости.

Рис. 6. Электронограммы: А - митохондрия (метод светлого поля), Б - участок кристы митохондрии (метод тёмного поля)

Электронный микроскоп сканирующего типа изобретён в 50-х годах ХХ века. Его магнитные линзы фокусируют испускаемые электроны в пучок очень маленького диаметра (всего несколько десятков нанометров), называемый электронным зòндом . Последний перемещается по объекту подобно лучу, обегающему экран радиолокатора, и за определённое время сканирует заданную площадь поверхности образца. В результате на экране возникает рельефное изображение сканируемой поверхности объекта. Такой режим работы микроскопа позволяет получать высококачественные объёмные электронограммы (рис. 7).

Основным недостатком электронной микроскопии является тот факт, что она не позволяет наблюдать живые объекты, поскольку исследуемый материал помещается в условия вакуума и подвергается радиационному повреждению (электронный поток представляет собой ионизирующее излучение).

Применение электронной микроскопии в биологии и медицине направлено на исследования таких объектов, которые невозможно обнаружить с помощью обычного светового микроскопа. Путём электронной микроскопии выявлены детали строения биологических мембран, митохондрий, эндоплазматической сети, рибосом и других органоидов клетки. Данный метод широко применяется для изучения тонкого строения про- и эукариотических клеток, вирусов, бактериофагов, прочих субмикроскопических объектов.

В области медико-биологических исследований современные электронные микроскопы позволяют получить изображение даже отдельных макромолекул биополимеров (нуклеиновых кислот, белков, полисахаридов). Тем самым они вносят огромный вклад в развитие современной медицины, дают возможность глубже вникнуть в сложную биологическую сущность человека.