Microscop confocal și imagini realizate cu ajutorul acestuia: crăparea anterelor, vase de xilem, cloroplaste în celulele stigmate.
Microscopie cu lumină
Una dintre principalele metode ale citologiei rămâne astăzi microscopia, concepută pentru a studia structura celulei, este utilizată pe scară largă în cercetarea fundamentală și aplicată. Invenția microscopului este asociată cu numele lui Galileo Galilei (italian) și frații Jansen (olandezi) în 1609-1611. Termenul „microscop” a fost inventat de Faber (german) în 1625.
În prezent, există două tipuri principale de microscopie - lumină și electroni. Diferentele dintre ele constau in principiul considerarii obiectului. În primul caz, obiectul este considerat în fluxul părții vizibile a radiației electromagnetice (lungime de undă = 400-750 nm), în al doilea caz - în fluxul de electroni. Aceste două metode au rezoluții diferite. Rezoluția sau limita de rezoluție este distanța minimă dintre două puncte la care sunt vizibile separat. Limita de rezoluție a microscopului este stabilită de lungimea de undă a fluxului de radiație în care obiectul este studiat. Prin urmare, radiația cu o anumită lungime de undă poate fi utilizată pentru a studia numai astfel de structuri, ale căror dimensiuni minime sunt comparabile cu lungimea de undă a radiației în sine. Limita de rezoluție a microscopiei luminoase a fost atinsă de proiectanții de microscoape la sfârșitul secolului al XIX-lea și se ridica la 0,2 microni. Aceasta înseamnă că două obiecte, dacă sunt separate cu mai puțin de 0,2 microni, vor apărea ca unul, chiar dacă mărim foarte mult imaginea, de exemplu proiectând-o pe un ecran. Prin urmare, cu ajutorul unui microscop cu lumină nu este posibil să se examineze doi centrioli în centrul celulei, acestea arată ca un singur punct (trebuie spus că în microscoapele moderne produse comercial, rezoluția maximă nu este realizată). Datorită rezoluției limitate a unui microscop cu lumină, acesta poate fi utilizat pentru a studia un număr limitat de structuri intracelulare, inclusiv: nucleul, plastidele, vacuolele mari și peretele celular al plantei. Cele mai mici obiecte vizibile clar într-un microscop cu lumină sunt bacteriile și mitocondriile, a căror dimensiune este de aproximativ 500 nm (0,5 microni), obiectele mai mici nu sunt clar vizibile, creșterea preciziei procesării lentilelor nu poate depăși această limitare, care este stabilită de natura ondulatorie a luminii.
Rezoluția depinde nu numai de lungimea de undă a sursei de lumină, ci și de indicele de refracție al mediului prin care este observat obiectul, precum și de unghiul la care razele de lumină intră în lentilă. Setul standard de lentile pentru microscop este format din: lentile cu mărire redusă (x8) cu o deschidere de A = 0,2 și lentile cu mărire mare (x20) cu A = 0,40 și - (x40) cu A = 0,65. Aceste lentile se numesc „uscate”, deoarece obiectul este privit prin aer (indicele de refracție n=1). Dar majoritatea microscoapelor sunt echipate și cu obiective speciale de imersie, care necesită un mediu special de imersie (n=1). Un astfel de mediu poate fi apa; obiectivul x40 VI are o deschidere de 0,75. Cea mai comună este imersia în ulei (n=1,51), la x90 valoarea diafragmei obiectivului este A=1,25. Dacă se folosește imersiunea, rezoluția microscopului cu lumină se îmbunătățește. Cu toate acestea, lentilele de înaltă rezoluție au dezavantaje: adâncime mică de câmp și contrast scăzut.
Cea mai comună metodă de microscopie luminoasă este metoda câmpului luminos, în care razele de lumină de la un iluminator trec prin obiect și intră în lentilă. Celulele fixe și colorate sunt studiate în acest fel. Descoperirea structurilor celulare de bază implică dezvoltarea și utilizarea unui set de coloranți care colorează selectiv componentele celulare și oferă contrast pentru observarea lor. Există o mare varietate de coloranți. Unele dintre ele sunt extrase din plante și animale, nu există încă analogi sintetici. De exemplu, hematoxilina folosită pe scară largă este un extract din arborele de lemn tropical, iar carminul este pigmentul corpului gras al unor tipuri de afide. Aceștia sunt toți așa-numiții coloranți nucleari care colorează structurile care conțin acizi nucleici. Utilizarea unui colorant nenuclear, nitratul de argint, ia permis lui Camillo Golgi, în 1898, să observe și să descrie ceea ce a fost numit mai târziu aparatul Golgi.
Colorarea unei celule vii este posibilă numai în cazuri rare, așa că se folosesc alte metode pentru a le studia. Spre deosebire de metoda câmpului luminos, la observarea obiectelor folosind metoda câmpului întunecat, razele iluminatorului nu intră în lentilă, iar imaginea este creată doar de razele împrăștiate care vin de la obiect. În acest caz, pe un fundal întunecat, puteți vedea particule luminoase, care sunt mai mici ca dimensiune decât rezoluția lentilei, deși dimensiunea și forma particulelor sunt dificil de determinat. Microscopia în câmp întunecat cu lumină transmisă este utilizată pentru a studia obiecte transparente invizibile în mod normal în câmp luminos și, în special, pentru a vizualiza celulele vii. Celulele vii și cele pe moarte arată complet diferit pe un fundal întunecat. Protoplastul celulelor moarte strălucește mai strălucitor, nu există o explicație pentru acest fapt. Această metodă a fost inventată de Zsigmondy (Austria) în 1912. Într-un microscop cu lumină, se pot distinge obiecte care modifică amplitudinea razelor de iluminare, dar celulele vii sunt transparente la lumina vizibilă, iar razele, care trec prin celulă, practic nu o fac. modifica amplitudinea. Ochiul uman nu este capabil să perceapă schimbarea de fază a razelor fără a modifica amplitudinea. Prin urmare, metodele de contrast de fază (inventat de Zernike (olandeză) în 1934) și microscopia de interferență (inventată de Lebedev în 1932) sunt utilizate în mod specific pentru a studia celulele vii. În astfel de sisteme, trecerea luminii printr-o celulă vie este însoțită de o schimbare a fazei undei luminoase. Lumina este întârziată când trece prin zone groase ale celulei, cum ar fi nucleul. Are loc o recombinare a două seturi de valuri, care creează o imagine a structurilor celulare.
Pentru a studia obiectele birefringente (boabe de amidon, fibre vegetale, cristale), se folosește microscopia de polarizare, ale cărei baze au fost puse de Ebner în 1882. În această metodă, se folosește un dispozitiv special de polarizare, care convertește undele luminoase multidirecționale și acestea dobândește o singură direcție.
În microscopia cu fluorescență, un obiect este văzut în lumina emisă de el însuși. Primul microscop fluorescent a fost proiectat de Keller și Zindentokf în 1908. Această metodă se bazează pe capacitatea unui număr de substanțe de a străluci atunci când sunt iluminate cu raze cu lungime de undă scurtă (violete sau ultraviolete). Microscopia cu fluorescență este adesea folosită pentru a identifica proteine specifice, anticorpi, iar Koons a fost primul care a folosit fluorocromi pentru a se lega de anticorpi, iar această reacție a fost numită după el. În studiile citoembriologice, această metodă este folosită pentru a studia structurile care conțin caloză de carbohidrați. Această metodă utilizează un sistem optic special cu o lampă cu mercur conectată la un microscop cu lumină.
Recent, capacitățile microscopiei luminoase au crescut semnificativ datorită utilizării sistemelor video sensibile. Imaginea creată de un microscop cu lumină este procesată într-o cameră video. Este curățat de „zgomot”, convertit în semnale digitale și trimis la un computer, unde este supus unei procesări suplimentare pentru a extrage informații ascunse. Microscopia de interferență computerizată vă permite să obțineți un contrast ridicat și să analizați obiecte transparente și celule vii.
Microscopia electronică
Eforturile lungi și continue de îmbunătățire a metodelor de cercetare au adus rezultatele dorite la sfârșitul celui de-al Doilea Război Mondial. Atunci, datorită unei coincidențe uimitoare a circumstanțelor, aproape în același timp, oamenii de știință s-au îmbogățit cu o serie de noi instrumente și metode de cercetare puternice. În morfologie, un astfel de instrument a fost microscopul electronic. Creat în anii 30 ai secolului XX, avea suficientă putere de rezoluție pentru a pătrunde în celulă, până la structuri de dimensiuni nanometrice. În același timp, fasciculul de electroni avea o putere de penetrare slabă, iar acest lucru a necesitat pregătirea de mostre foarte subțiri de material și un vid înalt. Astfel de cerințe stricte au creat dificultăți serioase, dar într-un timp surprinzător de scurt a fost posibil să se dezvolte metode de pregătire a probelor de țesut și să se construiască dispozitive pentru obținerea de secțiuni subțiri din acestea. Calitatea obiectelor a crescut constant și la începutul anilor 1960 au fost descrise multe structuri celulare necunoscute anterior.
Deci, rezoluția unui microscop electronic este mult mai mare decât cea a unui microscop cu lumină. Teoretic, la o tensiune de 100.000 V, rezoluția sa este de 0,002 nm, dar din cauza corectării lentilelor electronice scade și în realitate este de 0,1 nm la microscoapele electronice moderne. Dificultăți semnificative în observarea obiectelor biologice reduc și mai mult rezoluția normală nu depășește 2 nm. Cu toate acestea, aceasta este de 100 de ori mai mare decât cea a unui microscop cu lumină, motiv pentru care microscopia electronică este numită ultramicroscopică.
Designul general al unui microscop electronic cu transmisie seamănă cu cel al unui microscop cu lumină. Este semnificativ mai mare decât cea ușoară și pare să fie cu susul în jos. Sursa de radiație într-un microscop electronic este un filament catod care emite electroni (pistolul de electroni). Electronii sunt emiși din vârful unei coloane cilindrice înalte de aproximativ doi metri. Pentru a vă asigura că nu există obstacole în calea mișcării electronilor, acest lucru se întâmplă în vid, electronii sunt accelerați de anod și pătrund printr-o gaură mică în partea inferioară a coloanei cu un fascicul de electroni îngust. Fasciculul de electroni este focalizat de magneți inel de-a lungul coloanei, care acționează ca lentilele de sticlă ale unui microscop cu lumină. Proba este plasată pe calea fasciculului de electroni. În momentul trecerii sale prin probă, o parte din electroni este împrăștiată în funcție de densitatea substanței, restul electronilor sunt focalizați, formând o imagine pe o placă fotografică sau pe un ecran.
Primul microscop electronic a fost creat de Siemens în 1939. A făcut posibil să se vadă multe structuri uimitoare în celulă. Dar pentru aceasta, au trebuit inventate metode complet noi de preparare a medicamentelor, care au început să fie folosite încă din 1952. Celulele sunt fixate în acest caz cu glutaraldehidă, care leagă covalent proteinele, iar apoi cu acid osmic, care stabilizează straturile de proteine și lipide. . Proba este deshidratată și impregnată cu rășini, care formează un bloc solid după polimerizare. Secțiunile pentru microscopia electronică ar trebui să aibă aproximativ 1:200 grosimea unei singure celule. Pentru realizarea unor astfel de secțiuni a fost creat un ultramicrotom (1953), care folosește cuțite din sticlă sau diamant. Secțiunile rezultate sunt plasate pe o plasă specială de cupru. Imaginea microscopului electronic depinde de împrăștierea electronilor, care este determinată de numărul atomic al substanței. Obiectele biologice constau în principal din carbon, oxigen și hidrogen, care au un număr atomic scăzut. Pentru a spori contrastul, acestea sunt impregnate cu metale grele precum osmiul, uraniul și plumbul. Secțiunile subțiri cu microscopia electronică cu transmisie nu permit să se judece structura tridimensională a celulei, această deficiență poate fi compensată printr-o serie de secțiuni din care este reconstruită celula. Este un proces lung.
Există și o metodă directă de studiere a structurii tridimensionale a obiectelor biologice - microscopia electronică cu scanare - a fost creată în 1965. În acest caz, electronii împrăștiați sau emiși de suprafața obiectului, care trebuie fixați, uscati și acoperiți. cu o peliculă de metal greu, sunt folosite pentru a obține o imagine. Această metodă este aplicabilă numai pentru studiul suprafețelor și rezoluția sa este scăzută - aproximativ 10 nm.
Microscop electronic
Microscoape electronice cu transmisie, sondă și scanare. Imagine microscopică electronică a suprafeței unei antere și a unui granule de polen
Metode chimice pentru studiul celulelor
Un microscop cu lumină clasic are rezoluție scăzută, ceea ce nu permite studierea detaliilor structurii unei celule mai mici de 0,25 microni. A doua etapă de studiu a celulei datează din vremea când microscopiştii lucrau pentru a-şi îmbunătăţi instrumentele. În același timp - sfârșitul secolului al XVIII-lea. - Omul de știință francez Antoine de Lavoisier și englezul Joseph Priestley creează o nouă știință - chimia. Spre deosebire de morfologie, care progresează de la complex la simplu, chimia progresează de la simplu la complex. Chimia a început cu identificarea elementelor, atomilor și apoi sa mutat pe calea studierii unora dintre cele mai simple combinații ale acestora - molecule.
Sinteza moleculei biologice uree, efectuată pentru prima dată în 1828 de omul de știință german Friedrich Wöhler, a ajutat la trecerea graniței dintre chimia anorganică și cea organică și a permis pătrunderea în lumea vie a chimiei. Aceasta a marcat începutul utilizării unei abordări chimice pentru studiul celulelor. În următoarea sută de ani, aminoacizi, zaharuri, grăsimi, purine, pirimidine și alte molecule mici au fost descoperite, purificate, studiate structural și sintetizate. Oamenii de știință și-au putut face o idee despre metabolismul acestor substanțe în organism și despre modalitățile în care se formează din ele moleculele biologice de bază: proteine, polizaharide și acizi nucleici. Dar din nou obstacole de netrecut pe calea progresului au apărut: chimia clasică a fost neputincioasă în fața complexității complexității structurale a acestor molecule mari. Multă vreme, celulele au fost studiate în principal prin observarea lor. Dar pe măsură ce metoda experimentală s-a dezvoltat în științele naturii, a început să fie folosită în studiul organismelor vii. Acest lucru a fost facilitat de cercetările biomedicale puternice efectuate în a doua jumătate a secolului al XIX-lea. La începutul secolului al XX-lea. Americanul Ross Garrison și francezul Alexis Carrel au descoperit că celulele animale pot fi cultivate in vitro, la fel ca în cazul organismelor unicelulare. Astfel, au demonstrat capacitatea celulelor de a trăi independent și au creat o metodă de cultivare, care este acum una dintre cele mai relevante.
Dar toate aceste metode, în esență revoluționare, erau totuși indirecte, celula a rămas o cutie neagră închisă. Decalajul imens dintre cea mai mică particulă vizibilă într-un microscop cu lumină și cea mai mare moleculă accesibilă studiului chimic a rămas necunoscută. În acest spațiu necunoscut, au fost ascunse concepte și concepte importante, funcțiile structurilor celulare descrise, legătura lor cu biomoleculele cunoscute au rămas necunoscute - fără toate acestea, viața celulei a rămas nerezolvată.
La rândul său, biochimia a fost, de asemenea, îmbogățită cu o serie de dispozitive și metode fundamental noi. De un interes deosebit a fost cromatografia, bazată pe un fenomen foarte simplu - formarea unei margini sau a unui halou în jurul unei pete (ceea ce vedem când încercăm să îndepărtăm o pată cu o soluție specială). Acest fenomen se bazează pe diferențele de viteză de mișcare a diferitelor vopsele în fluxul de lichid de împrăștiere. La începutul secolului al XX-lea, fiziologul și biochimistul rus Mihail Semenovici Tsvet a fost primul care a folosit acest fenomen. Trecând extractul din frunze printr-un tub vertical umplut cu o pulbere adsorbantă, a reușit să separe pigmenții principali de frunze - verde și portocaliu - și să-i obțină sub formă de dungi sau inele colorate individuale de-a lungul tubului. El și-a numit metoda cromatografia (greacă khroma - culoare, graphein - a înregistra). Culoarea a murit relativ tânăr și potențialul metodei sale a rămas neexploatat până la începutul anilor 40. Acum există multe variații ale cromatografiei - aplicabile tuturor substanțelor care pot fi identificate chimic.
Aproape de cromatografia este electroforeza pe gel, în care nu fluxul de solvent, ci forța electromotoare favorizează mișcarea și separarea componentelor încărcate electric. Aceste metode au revoluționat domeniul analizei chimice. Acum analiza poate fi efectuată pe urme ale unui amestec din aproape orice compoziție.
A doua metodă care a schimbat radical studiul chimic al celulelor vii a fost metoda de etichetare a izotopilor. Izotopii sunt varietăți ale aceluiași element chimic care diferă ca masă atomică. Unii izotopi există în natură, mulți pot fi produși artificial prin reacții nucleare. Izotopii sunt utilizați pentru a marca în mod specific anumite molecule, astfel încât astfel de molecule să poată fi distinse de cele înrudite fără a perturba structura generală. Această metodă este utilizată în analiza proceselor de biosinteză care nu au putut fi studiate în alt mod. De exemplu, odată cu producerea de aminoacizi marcați, a devenit posibilă studierea combinației acestora în proteine într-un organism viu sau în condiții experimentale, chiar și în ciuda cantității infinitezimale de proteine nou formate, datorită radioactivității sale. Această metodă a devenit larg răspândită odată cu crearea reactoarelor nucleare și producerea unei game largi de radioizotopi. Fără metoda atomului marcat, progresele în biologia celulară și moleculară ar fi fost imposibile.
Astfel, atât morfologia, cât și biochimia, îmbogățite cu noi metode, au fost îmbunătățite constant, decalajul dintre cunoștințele lor a devenit din ce în ce mai mic și a dispărut complet atunci când a devenit posibilă împărțirea celulei în părți, astfel încât fiecare parte să poată fi studiată independent.
Metodele utilizate pentru o astfel de fracţionare se bazează în primul rând pe centrifugare. Această metodă utilizează diferențele în proprietățile fizice, în special dimensiunea și densitatea, ale anumitor componente ale celulei pentru a le separa unele de altele. Acest lucru a făcut posibilă studierea unei mari părți a celulei și combinarea cunoștințelor morfologice și biochimice.
Cu toate acestea, o parte a celulei - partea centrală crucială, nucleul - a rămas în mare parte inaccesibilă până când a avut loc un alt eveniment. A început cu o încercare de a analiza, folosind genetica, caracteristicile unor viruși simpli care infectează bacterii și se numesc bacteriofagi sau mâncători de bacterii. Această cercetare s-a dovedit a fi abordarea potrivită pentru rezolvarea problemei organizării genetice, care chiar și în cele mai simple organisme necelulare era neobișnuit de complexă. Multă vreme, noua disciplină cunoscută astăzi ca biologie moleculară s-a limitat la studiul virușilor și bacteriilor, dar apoi a izbucnit literalmente în celula eucariotă, făcând posibilă studierea reglării activității celulelor.
Pentru a studia baza moleculară a organizării celulare, este necesară o analiză biochimică detaliată. Este nevoie de un număr semnificativ de celule de un anumit tip, deci este imposibil să folosiți bucăți de țesut, deoarece acestea conțin celule de diferite tipuri. În prima etapă de lucru, bucățile de material sunt transformate într-o suspensie. Acest lucru se poate face prin distrugerea substanței intercelulare și a conexiunilor intercelulare. Pentru a face acest lucru, țesutul este tratat cu enzime proteolitice care distrug proteinele (tripsină, colagenază). Calciul joaca un rol important in conectarea celulelor si in aderarea acestora, astfel incat se folosesc si substante chelatoare care leaga calciul. Țesuturile sunt apoi supuse unei distrugeri mecanice blânde și separate în celule individuale. A doua etapă este separarea suspensiei în fracții separate. Pentru a face acest lucru, folosesc centrifugarea, cu ajutorul căreia celulele mari sunt separate de cele mici și cele ușoare de cele grele, sau se folosesc anticorpi și capacitatea celulelor de a se atașa de sticlă sau plastic cu diferite rezistențe. A treia etapă este introducerea celulelor izolate în cultură. Primele experimente au fost efectuate în 1907 de către Harrison, care a cultivat măduva spinării amfibienilor într-un cheag de plasmă. Mediile de cultură au o compoziție destul de complexă. Mediul standard a fost dezvoltat la începutul anilor 70, conține un set de 13 aminoacizi, 8 vitamine și săruri minerale. În plus, mediul poate include glucoză, penicilină, streptomicina, ser de cal sau vițel. După cum au arătat Hayflick și Moorhead în 1961, majoritatea celulelor de mamifere mor în cultură după un anumit număr de diviziuni. Celulele pielii umane se divid în cultură de 50-100 de ori. Cu toate acestea, celulele mutante apar uneori în cultură și se pot multiplica la nesfârșit, formând o linie celulară. În 1952, o linie celulară continuă a fost izolată de cancerul de col uterin, cunoscută sub numele de linia HeLa. Astfel de linii sunt depozitate la o temperatură de -70 C după dezghețare, își păstrează capacitatea de a se diviza. Metoda de cultivare a celulelor vegetale a fost dezvoltată până în 1964. Utilizând-o, a fost posibil să crească o plantă întreagă de morcov in vitro din celulele rădăcinilor.
Exercitiul 1.
Luați în considerare schema propusă a direcțiilor de evoluție. Notează termenul care lipsește din răspunsul tău, indicat de un semn de întrebare în diagramă.
Explicaţie: direcția trecută cu vederea a progresului biologic este idioadaptarea. Adaptare idiomatică- o schimbare privată a corpului care nu duce la o creștere a nivelului de organizare (părozitatea frunzelor, schimbarea culorii etc.).
Răspunsul corect este idioadaptarea.
Sarcina 2.
Alege două răspunsuri corecte din cinci și notează numerele sub care sunt indicate.
Poate fi distins într-o celulă vegetală folosind microscopia cu lumină.
1. Reticulul endoplasmatic
2. Microtubuli
3. Vacuola
4. Peretele celular
5. Ribozomi
Explicaţie: Folosind microscopia cu lumină, doar părți mari ale celulei pot fi distinse, cum ar fi peretele celular și vacuola (în celulele vechi, vacuola ocupă aproape întreg spațiul intracelular). Organelele mai mici (microtubuli, reticulul endoplasmatic și ribozomi) pot fi văzute doar cu un microscop electronic.
Răspunsul corect este 34.
Sarcina 3.
Câte molecule de ADN sunt conținute în nucleul celulei după replicare dacă setul diploid conține 46 de molecule de ADN? Notează doar numărul corespunzător din răspunsul tău.
Explicaţie: replicarea este dublarea moleculelor de ADN, ceea ce înseamnă că 46 de molecule după dublare se transformă în 92 de molecule.
Răspunsul corect este 92.
Sarcina 4.
Toate caracteristicile enumerate mai jos, cu excepția a două, sunt folosite pentru a descrie structura și funcțiile reticulului endoplasmatic. Identificați două caracteristici care „pară” din lista generală.
1. Defalcarea proteinelor
2. Transport de substante
3. Fosforilarea oxidativă
4. Sinteza proteinelor pe ribozomi
5. Împărțirea citoplasmei în compartimente
Explicaţie: Reticulul endoplasmatic înconjoară nucleul, împărțind astfel citoplasma în compartimente și efectuând transportul intracelular al substanțelor. EPS poate fi neted sau aspru. ER dur realizează sinteza proteinelor folosind ribozomi, care sunt localizați pe membranele rețelei.
Răspunsul corect este 13.
Sarcina 5.
Stabiliți o corespondență între procesele și fazele mitozei.
Procesele
A. Se formează membrana nucleară
B. Cromozomii surori diverg
B. Axul dispare în sfârșit
D. Cromozomii despirați
D. Centromerii cromozomilor se separa
Fazele mitozei
1. Anafaza
2. Telofază
Explicaţie: anafaza este cea mai rapidă fază de diviziune, deoarece cromozomii diverg către polii celulei (și centromerii cromozomi se separă). Toate celelalte procese apar după divergența cromozomilor - în telofază.
Răspunsul corect este 21221.
Sarcina 6.
Câte fenotipuri diferite sunt produse la încrucișarea a două plante heterozigote de mazăre dulce cu flori roz (culoarea roșie este incomplet dominantă față de alb). În răspunsul tău, notează doar numărul de fenotipuri.
Explicaţie: cu dominanță incompletă, combinația genelor de culoare roșie (A) și albă (a) dă culoarea roz (A). Încrucișarea a două plante trandafir:
R: Aa x Aa
G: A, a x A, a
F1: obținem împărțirea după genotip - 1AA:2Aa:1aa
Diviziunea fenotipică: 1: 2: 1 (25% roșu, 50% roz, 25% flori albe).
Raspunsul corect este 3.
Sarcina 7.
Toate caracteristicile următoare, cu excepția a două, caracterizează variabilitatea modificării. Identificați două caracteristici care „pară” din lista generală și notați numerele sub care sunt indicate.
1. Diferite forme de frunze de vârf de săgeată subacvatice și deasupra apei
2. Culorile ochilor căprui și albaștri printre membrii aceleiași familii
3. Variația dimensiunii tuberculilor unei plante de cartof
4. Diferența de lungime a frunzelor de mesteacăn pe laturile de nord și de sud
5. Nașterea copiilor cu sindrom Down
Explicație: Variabilitatea modificării- variabilitatea unui anumit organism (sau grup de organisme) în funcție de condițiile de mediu în limitele normei de reacție. O astfel de variabilitate afectează fenotipul organismului, dar nu afectează genotipul, ceea ce înseamnă că astfel de modificări nu sunt moștenite. Prin urmare, exemple de acest tip de variabilitate nu pot fi trăsături genetice - culori diferite ale ochilor și sindromul Down.
Răspunsul corect este 25.
Sarcina 8.
Stabiliți corespondența între procese și departamentele fabricii.
Procesele
A. Formarea endospermului
B. Formarea unui lăstar verde
B. Fuziunea gameților imobili
D. Dezvoltarea tubului polen
D. Reproducerea și dispersarea prin spori
Departamentele de plante
2. Ferigi
Explicaţie: Ferigile formează o excrescență verde (din spori) și, de asemenea, se reproduc și se dispersează prin spori. Celulele lor reproductive masculine sunt mobile, iar fertilizarea are loc numai în apă.
Răspunsul corect este 12112.
Sarcina 9.
Ce semne sunt caracteristice organismului prezentat în figură.
1. Sistemul circulator închis
2. Împărțirea corpului în cap, piept și abdomen
3. Cordonul nervos ventral
4. Patru perechi de picioare
5. O pereche de antene
6. Respirația cu ajutorul sacilor pulmonari și a traheei
Explicaţie: arahnidele au patru perechi de picioare, un sistem circulator deschis, părți ale corpului: cefalotorax și abdomen, există un cordon nervos abdominal, respiră cu ajutorul sacilor pulmonari și a traheei. Nu există antene.
Răspunsul corect este 346.
Sarcina 10.
Stabiliți o corespondență între caracteristicile organismelor și regnurile pentru care acestea sunt caracteristice.
Semne ale organismelor
A. Tip heterotrofic de nutriție
B. Prezența chitinei în exoschelet
B. Disponibilitatea materialului educațional
D. Reglarea activității vieții numai cu ajutorul substanțelor chimice
D. Formarea ureei în timpul metabolismului
E. Prezenţa unui perete celular rigid din polizaharide
Regate
1. Plante
2. Animale
Explicaţie: Caracteristicile animalelor includ un tip heterotrofic de nutriție, prezența chitinei în exoschelet și formarea de uree în procesul de metabolism al proteinelor.
Prezența țesutului educațional, reglarea activității vieții cu ajutorul substanțelor chimice și prezența unui perete celular sunt considerate a fi caracteristici ale plantelor.
Plantele sunt autotrofe deoarece consumă substanțe anorganice și le transformă în substanțe organice. Exoscheletul este prezent doar la animale (artropode), animalele au doar tesut nervos, epitelial, muscular si conjunctiv, iar plantele au tesut educativ, mecanic, tegumentar, bazal si conductiv. Animalele reglează procesele interne cu ajutorul reglării nervoase și umorale, iar plantele doar cu ajutorul substanțelor chimice. Ureea se formează la animale. Un perete celular (facut din celuloza) este prezent la plante si absent la animale.
Răspunsul corect este 221121.
Sarcina 11.
Stabiliți succesiunea taxonilor sistematici, începând cu cel mai mare.
1. Plante
2. cireș de tuf
3. Rosaceae
4. Dicotiledonate
5. Angiosperme
6. Cireș
Explicaţie: Aranjam taxonii incepand cu cel mai mare.
Regatul - Plante
Departament - Angiosperme
Clasa - Dicotiledonate
Familia - Rosaceae
Rod - Cireș
Tip - cireș de tufă
Răspunsul corect este 154362.
Sarcina 12.
Alege trei răspunsuri corecte din șase și notează numerele sub care sunt indicate.
1. Îngustarea arterelor pulmonare
2. Respirație crescută
3. Evaporarea apei prin glandele sudoripare
4. Modificări ale ratei de coagulare a sângelui
5. Dilatarea capilarelor pielii
6. Scăderea tensiunii arteriale
Explicaţie: Când se pierde căldura, arterele pulmonare se îngustează (din cauza presiunii crescute), apa se evaporă prin glandele sudoripare și capilarele pielii se dilată (pielea devine roșie).
Răspunsul corect este 135.
Sarcina 13.
Stabiliți o corespondență între structurile urechii și secțiunile în care sunt situate.
Structura
A. Auricul
B. Fereastră ovală
V. Melc
G. Stremechko
D. Trompa lui Eustachio
E. Ciocanul
Departamente
1. Urechea exterioară
2. Urechea medie
3. Urechea internă
Explicaţie: Să ne uităm la poză.
Urechea interioară include pinna, urechea medie include osiculele auditive (trepte de ciocan), iar urechea internă include fereastra ovală, cohleea și trompa lui Eustachio.
Răspunsul corect este 133232.
Sarcina 14.
Aranjați subordonarea sistemelor de diferite niveluri în ordinea corectă, începând cu cel mai mare.
1. Elemente modelate
2. Globule roșii
3. Hemoglobina
4. Ioni de fier
5. Țesut conjunctiv
6. Sânge
Explicaţie: Aranjam structurile, plecand de la cele mai mari: tesut conjunctiv - sange - elemente formate - eritrocit - hemoglobina - ion de fier. Fierul face parte din proteina hemoglobinei, care transportă oxigen și se află pe globulele roșii din sânge - un element format din sânge. Sângele este unul dintre tipurile de țesut conjunctiv.
Răspunsul corect este 561234.
Sarcina 15.
Citeste textul. Selectați trei propoziții care descriu criteriul ecologic al speciei de plante Pemphigus vulgare. Notați numerele sub care sunt indicate.
1. Pemfigusul vulgaris se găsește în principal în regiunea mediteraneană din Europa și Africa. 2. Bladderwort comună crește în șanțuri, iazuri, rezervoare în picioare și cu curgere lentă și mlaștini. 3. Frunzele plantelor sunt disecate în numeroși lobi sub formă de fire, iar tulpinile sunt echipate cu vezicule. 4. Pemfigusul înflorește din iunie până în septembrie. 5. Florile sunt vopsite în galben, câte 5-10 pe peduncul. 6. Bladderwort comună este o plantă insectivoră.
Explicaţie: Criteriul ecologic descrie stilul de viață al unei specii și relația acesteia cu alte organisme. Propoziția 2 - descrie caracteristicile habitatului (nu locuri specifice, ci în general).
Propoziția 4 - timpul de înflorire (care înseamnă polenizare).
Sugestia 6 - caracteristici nutriționale.
Răspunsul corect este 246.
Sarcina 16.
Potriviți exemplele cu dovezi ale evoluției.
Exemple
A. Forme tranzitorii fosile
B. Organe omoloage
V. Rudimente
G. Fosile
D. Atavisme
E. Planul organismului unificat
Dovezi ale evoluției
1. Paleontologice
2. Anatomic comparativ
Explicaţie: Dovezile paleontologice includ ceea ce oamenii de știință găsesc - forme de tranziție fosile, fosile. Orice altceva este dovezi anatomice comparative - organe omoloage, rudimente, atavisme, un singur plan structural.
Atavism- aparitia in organism a unor semne caracteristice stramosilor indepartati (par, mameloane multiple etc.).
Rudimente- organe care și-au pierdut funcția (molari de minte, apendice, coccix, pleoapă a treia etc.).
Răspunsul corect este 122122.
Sarcina 17.
Alege trei răspunsuri corecte din șase și notează numerele sub care sunt indicate.
Consumatorii din ecosistem includ
2. Bacteriile putrezite
3. Plante verzi
4. Artiodactilii
5. Prădători
6. Cianobacterii
Răspunsul corect este 145.
Sarcina 18.
Stabiliți o corespondență între caracteristici și ecosisteme.
Semne
A. Rețele extinse de energie
B. Lanțuri trofice scurte
B. Autoreglare scăzută
D. Diversitatea producătorilor
D. Diversitatea speciilor de animale
E. Dominanţa monoculturii
Ecosisteme
1. Stepă de iarbă cu pene
2. Câmp de grâu
Explicaţie:În esență, sarcina necesită deosebirea unui ecosistem natural (stepa de iarbă cu pene) de un agroecosistem (câmp de grâu).
Agroecosistemul se caracterizează prin lanțuri trofice scurte, autoreglare scăzută și dominație a monoculturii. Toate celelalte sunt semne ale unui ecosistem natural stabil.
Răspunsul corect este 122112.
Sarcina 19.
Stabiliți succesiunea apariției și dezvoltării ecosistemelor pe roci goale.
1. Licheni și bacterii de solzi
2. Comunitate de ierburi și arbuști
3. Comunitatea forestieră
4. Plante cu flori erbacee
5. Mușchi și licheni fructoși
Explicaţie: pe rocile goale, o comunitate de plante se formează în același mod ca și dezvoltarea vieții vegetale pe Pământ. Adică licheni crustozați și bacterii, apoi mușchi și licheni fructosi, apoi plante cu flori erbacee, comunitatea erbacee-arbuști și, în sfârșit, comunitatea forestieră.
Răspunsul corect este 15423.
Sarcina 20.
Priviți imaginea care prezintă faza ciclului cardiac. Determinați numele acestei faze, durata și direcția mișcării sângelui. Completați celulele goale ale tabelului folosind termenii de proces din listă.
Lista termenilor și proceselor:
1. Sistolă ventriculară
2. Sistola atrială
3. Fluxul sanguin de la ventricule la artere
4. 0,1 s
5. 0,8 s
6. Fluxul sanguin din atriu spre ventricul
7. Sângele curge din vene în atriu
8. 0,3 s
Explicaţie: Figura prezintă faza contracției atriale (sistola atrială). În acest caz, sângele din atriu intră în ventricul. Procesul are loc foarte repede și durează 0,1 s.
Răspunsul corect este 246.
Sarcina 21.
Analizați tabelul „Timp necesar pentru a recunoaște o imagine de test”. Subiecților li sa arătat un număr de culori diferite și imagini alb-negru de complexitate diferită. Timpul necesar subiectului pentru a recunoaște și a denumi obiectul a fost înregistrat.
|
Imagini |
Timp mediu de recunoaștere (ms) |
|
Simplu |
25,0 |
|
Dificultate medie |
37,5 |
|
Complex |
70,0 |
|
Numerele negre |
27,5 |
|
Numere roșii |
37,5 |
|
Numere albastre |
62,5 |
|
Numere verzi |
45,0 |
|
Numere galbene |
67,5 |
Selectați afirmații care pot fi formulate pe baza analizei datelor prezentate.
1. Timpul necesar pentru a recunoaște numerele nu depinde de culoarea lor.
2. Obiectele negre sunt recunoscute mai repede decât obiectele colorate
3. Cu cât obiectul este mai simplu, cu atât este nevoie de mai puțină lumină pentru a-l recunoaște
4. Numerele de culoare sunt recunoscute mai repede decât imaginile complexe
5. La amurg, recunoașterea obiectelor de culoare devine mai slabă
Explicaţie: Pe baza datelor din tabel, obiectele negre sunt recunoscute mai repede decât cele colorate (27,5 ms și 37,5 - 67,5 ms). Iar numerele de culoare (max - 67,5 ms) sunt recunoscute mai rapid decât o imagine complexă (70,0 ms).
Răspunsul corect este 24.
Sarcina 22.
Este bine cunoscut faptul că sângele uman conține proteine și glucoză. De ce o singură injecție de glucoză în sânge nu este periculoasă pentru organism, dar introducerea majorității proteinelor este periculoasă?
Explicaţie: Cu o singură injecție de glucoză în sânge, hormonii metabolismului carbohidraților o descompun. Glucoza este o moleculă familiară pentru sângele uman (și principala moleculă de energie), iar proteinele (nereglatoare) în stare normală nu ar trebui să fie în sânge (deoarece sunt polimeri), monomerii proteici - aminoacizi - intră în sânge din tractului gastrointestinal. Proteinele sunt de natură antigenică și vor fi percepute de corpul uman ca o moleculă străină.
Sarcina 23.
Denumiți obiectul prezentat în imagine. Indicați numele și funcțiile structurilor prezente în imagine.
Explicaţie: Imaginea prezintă un bacteriofag (virus bacterian). Putem distinge capul (capsida proteică - îndeplinește o funcție de protecție, deoarece conține acid nucleic - ADN sau ARN); procesul de coadă cu placa bazală - prin proces virusul injectează acid nucleic în celula afectată; fibrile - cu ajutorul lor virusul prinde rădăcini pe peretele celular.
Sarcina 24.
Găsiți trei erori în textul dat. Indicați numerele propozițiilor în care s-au făcut erori și corectați-le.
(1) Peștii sunt locuitori ai mediului acvatic. (2) Pe baza originii și a caracteristicilor lor structurale, peștii sunt împărțiți în 2 clase: pești cartilaginoși și pești osoși. (3) Capul, îndreptat în față, este fuzionat cu corpul, care începe de la marginea liberă a învelișurilor branhiale și se termină cu regiunea caudală. (4) Toți peștii au branhii care se deschid din exteriorul corpului în fante branhiale. (5) Toți peștii au vezică natatoare. (b) Cei mai vechi dintre peștii osoși sunt peștii cu aripioare lobe. (7) Se caracterizează prin aripioare cărnoase, solzoase, o notocordă dezvoltată la peștii adulți, o vezică natatoare slab dezvoltată și alte trăsături.
Explicaţie: propoziția 3 - corpul nu se termină cu coada, ci cu anus.
Propoziția 4 - Nu toți peștii au branhii care se deschid din exteriorul corpului cu fante branhiale. Mulți pești au branhii care sunt închise de opercule (pești osoși).
Propozitia 5 - vezica natatoare este un organ special de adaptare la inot, dar nu toti pestii au vezica natatoare (salmonide).
Până la sfârșitul secolului al XIX-lea. majoritatea structurilor din care se pot vedea folosind un microscop cu lumină(adică un microscop care folosește lumina vizibilă pentru a ilumina un obiect) a fost deja descoperit. Celula a fost apoi imaginată ca o mică bucată de protoplasmă vie, întotdeauna înconjurată de o membrană plasmatică și, uneori, ca, de exemplu, la plante, de un perete celular neviu. Cea mai proeminentă structură din celulă a fost nucleul, care conține un material ușor de colorat - cromatina (cuvântul tradus înseamnă „material colorat”).
Cromatina este o formă despiralizată cromozomii. Înainte de diviziunea celulară, cromozomii arată ca niște fire lungi și subțiri. Cromozomii conțin ADN, materialul genetic. ADN-ul reglează viața celulei și are capacitatea de a se replica, adică oferă formarea de noi celule.
Cifrele arată animale generalizate și celule vegetale așa cum apar sub un microscop cu lumină (Celula „generalizată” arată toate structurile tipice găsite în orice celulă.)
Structuri unice celulare, care sunt arătate aici și care până la sfârșitul secolului al XIX-lea. nu au fost încă descoperite - aceștia sunt lizozomi. Imaginile prezintă microfotografii ale unor celule animale și vegetale.
Trăi continutul celulelor, umplerea spațiului dintre nucleul său și membrana plasmatică se numește citoplasmă. Citoplasma conține multe organele diferite. Un organel este o structură celulară a unei structuri specifice care îndeplinește o funcție specifică. Singura structură găsită în celulele animale care este absentă în celulele vegetale este centriolul. În general, celulele vegetale sunt foarte asemănătoare cu celulele animale, dar conțin structuri mai diferite. Spre deosebire de celulele animale, celulele vegetale au:
1) relativ perete celular rigid, acoperind exteriorul membranei plasmatice; fire subțiri, așa-numitele plasmodesmate, trec prin porii din peretele celular, care conectează citoplasma celulelor învecinate într-un singur întreg;
2) cloroplast, în care are loc fotosinteza;
3) vacuola centrală mare; în celulele animale există doar vacuole mici, cu ajutorul cărora, de exemplu, .
Despre modul de utilizare microscop luminos cititorul va afla în articolul corespunzător.
Procariote și eucariote
În articolul precedent am vorbit deja despre două tipuri de celule - procariote culturală şi eucariote ical, - diferențele dintre care sunt fundamentale. În celulele procariote, ADN-ul se află liber în citoplasmă, într-o zonă numită nucleoid; Acesta nu este un nucleu real. În celulele eucariote, ADN-ul este situat în nucleu, înconjurat de o înveliș nuclear format din două membrane. ADN-ul se combină cu proteinele pentru a forma cromozomi. Diferențele dintre celulele procariote și eucariote sunt discutate mai detaliat în articolul corespunzător.
Microscoapele sunt folosite pentru a detecta și studia microorganismele. Microscoapele ușoare sunt concepute pentru a studia microorganismele care au o dimensiune de cel puțin 0,2 microni (bacterii, protozoare etc.), iar microscoapele electronice sunt concepute pentru a studia microorganismele mai mici (virusurile) și cele mai mici structuri ale bacteriilor.
Modern microscoape ușoare- sunt instrumente optice complexe, a căror manipulare necesită anumite cunoștințe, abilități și mare grijă.
Microscoapele ușoare sunt împărțite în studenți, de lucru, de laborator și de cercetare, diferă în design și optică. Microscoapele domestice (Biolam, Bimam, Mikmed) au denumiri care indică grupului din care aparțin (S - student, R - lucrători, L - laborator, I - cercetare), echipamentul este indicat printr-un număr.
Un microscop are părți mecanice și optice.
LA piesa mecanica includ: un trepied (format dintr-o bază și un suport pentru tub) și un tub montat pe acesta cu un revolver pentru atașarea și schimbarea lentilelor, o etapă pentru pregătire, dispozitive pentru atașarea unui condensator și filtre de lumină, precum și mecanisme încorporate în trepiedul pentru grosier (macro-mecanism, macro-șurub) și fin
(micromecanism, microșurub) deplasarea etajului obiect sau suportului tubului.
Partea optică Microscopul este reprezentat de obiective, oculare și un sistem de iluminare, care constă la rândul său dintr-un condensator Abbe situat sub scenă, o oglindă cu latura plată și concavă, precum și un iluminator separat sau încorporat. Lentilele sunt înșurubate în revolver, iar ocularul corespunzător, prin care se observă imaginea, este instalat pe partea opusă a tubului. Există tuburi monoculare (care au un ocular) și binoculare (care au două oculare identice).
Schema schematică a unui microscop și a sistemului de iluminat
1. Sursa de lumina;
2. Colector;
3. Diafragma câmpului irisului;
4. Oglinda;
5. Diafragma de deschidere a irisului;
6. Condensator;
7. Medicament;
7". Imagine intermediară reală mărită a preparatului, formată din: lentilă;
7"". Imagine finală virtuală mărită a specimenului văzut prin ocular;
8. Lentila;
9. Pictogramă de ieșire a obiectivului;
10. Diafragma de câmp a ocularului;
11. Ocular;
12. Ochi.
Rolul principal în obținerea unei imagini îl joacă obiectiv. Construiește o imagine mărită, reală și inversată a unui obiect. Această imagine este apoi mărită și mai mult atunci când este privită printr-un ocular, care, similar cu o lupă obișnuită, produce o imagine virtuală mărită.
Crește Mărirea aproximativă a unui microscop poate fi determinată prin înmulțirea măririi obiectivului cu mărirea ocularului. Cu toate acestea, mărirea nu determină calitatea imaginii. Calitatea imaginii, claritatea acesteia, este determinată rezoluția microscopului, adică capacitatea de a distinge separat două puncte apropiate. Limită de rezoluție- distanta minima la care aceste puncte sunt inca vizibile separat - depinde de lungimea de unda a luminii cu care obiectul este iluminat si de deschiderea numerica a lentilei. Apertura numerică, la rândul ei, depinde de deschiderea unghiulară a obiectivului și de indicele de refracție al mediului situat între lentila frontală a obiectivului și specimen. Diafragma unghiulară este unghiul maxim la care razele care trec printr-un obiect pot pătrunde în lentilă. Cu cât deschiderea este mai mare și cu cât indicele de refracție al mediului situat între lentilă și specimen este mai aproape de indicele de refracție al sticlei, cu atât puterea de rezoluție a lentilei este mai mare. Dacă presupunem că deschiderea condensatorului este egală cu deschiderea lentilei, atunci formula rezoluției are următoarea formă:
unde R este limita de rezoluție; - lungimea de unda; NA - deschidere numerică.
Distinge utilȘi inutil crește. Mărirea utilă este de obicei egală cu deschiderea numerică a obiectivului mărită de 500 până la 1000 de ori. Mărirea oculară mai mare nu dezvăluie detalii noi și nu este de folos.
În funcție de mediul care se află între obiectiv și specimen, există lentile „uscate” de mărire mică și medie (până la 40 x) și lentile de imersie cu deschidere și mărire maximă (90-100 x). O lentilă „uscata” este o lentilă cu aer între lentila frontală și specimen.
O caracteristică a lentilelor de imersie este aceea că între lentila frontală a unei astfel de lentile și preparat este plasat un lichid de imersie, care are un indice de refracție la fel ca sticla (sau aproape de acesta), ceea ce mărește deschiderea numerică și rezoluția obiectiv. Apa distilată este folosită ca lichid de imersie pentru lentilele de imersie în apă, iar uleiul de cedru sau uleiul sintetic special de imersie este utilizat pentru lentilele de imersie în ulei. Utilizarea uleiului sintetic de imersie este de preferat deoarece parametrii săi sunt standardizați mai precis și, spre deosebire de uleiul de cedru, nu se usucă pe suprafața lentilei frontale a lentilei. Pentru lentilele care funcționează în regiunea ultravioletă a spectrului, glicerina este utilizată ca lichid de imersie. În niciun caz nu trebuie să utilizați înlocuitori pentru uleiul de imersie și, în special, uleiul de vaselină.
**Imaginea obtinuta cu ajutorul lentilelor prezinta diverse dezavantaje: aberatii sferice si cromatice, curbura campului imaginii etc. La lentilele formate din mai multe lentile, aceste neajunsuri sunt corectate intr-un grad sau altul. În funcție de gradul de corectare a acestor deficiențe, lentilele acromate se disting de lentilele apocromate mai complexe. În consecință, lentilele în care curbura câmpului imaginii este corectată se numesc plancromate și planapocromate. Utilizarea acestor lentile produce o imagine clară pe întregul câmp vizual, în timp ce imaginea obținută cu lentilele convenționale nu este la fel de clară în centru și la marginile câmpului vizual. Toate caracteristicile obiectivului sunt de obicei gravate pe rama acestuia: mărirea proprie, deschiderea, tipul de lentilă (APO - apocromat etc.); Lentilele cu imersie în apă au denumirea VI și un inel alb în jurul cadrului în partea inferioară, lentilele cu imersie în ulei au denumirea MI și un inel negru.
Toate obiectivele sunt proiectate să funcționeze cu sticlă de acoperire de 0,17 mm grosime.
Grosimea lamei afectează în special calitatea imaginii atunci când lucrați cu sisteme uscate puternice (40 x). Când lucrați cu obiective de imersie, nu puteți utiliza lamele de acoperire mai groase de 0,17 mm deoarece grosimea sticlei de acoperire poate fi mai mare decât distanța de lucru a obiectivului, iar în acest caz, când încercați să focalizați obiectivul pe specimen, partea frontală. lentila obiectivului poate fi deteriorată.
Ocularele constau din două lentile și vin și în mai multe tipuri, fiecare dintre ele fiind folosită cu un anumit tip de lentilă, eliminând și mai mult imperfecțiunile imaginii. Tipul ocularului și mărirea sunt marcate pe cadru.
Condensatorul este proiectat pentru a focaliza lumina de la iluminator asupra specimenului, îndreptată de oglinda microscopului sau iluminatorului (în cazul utilizării unui iluminator deasupra capului sau încorporat). Una dintre părțile condensatorului este diafragma de deschidere, care este importantă pentru iluminarea adecvată a medicamentului.
Iluminatorul constă dintr-o lampă incandescentă de joasă tensiune cu un filament gros, un transformator, o lentilă colectoare și o diafragmă de câmp, a cărei deschidere determină diametrul câmpului iluminat pe preparat. Oglinda direcționează lumina de la iluminator către condensator. Pentru a menține paralelismul razelor care vin de la iluminator la condensator, este necesar să folosiți doar partea plată a oglinzii.
Configurarea luminii și focalizarea microscopului
De asemenea, calitatea imaginii depinde în mare măsură de iluminarea corectă. Există mai multe moduri diferite de a ilumina un specimen pentru microscopie. Cea mai comună cale este Instalatii de iluminat Köhler care este după cum urmează:
1) instalați iluminatorul pe oglinda microscopului;
2) aprindeți lampa de iluminare și direcționați lumina spre oglinda plată (!) a microscopului;
3) aşezaţi preparatul pe platoul microscopului;
4) acoperiți oglinda microscopului cu o bucată de hârtie albă și focalizați imaginea filamentului lămpii pe aceasta, mutând soclul lămpii în iluminator;
5) scoateți foaia de hârtie din oglindă;
6) închideți diafragma de deschidere a condensatorului. Prin mișcarea oglinzii și mișcând ușor soclul lămpii, imaginea filamentului este focalizată pe diafragma de deschidere. Distanța iluminatorului de la microscop trebuie să fie astfel încât imaginea filamentului lămpii să fie egală cu diametrul diafragmei de deschidere a condensatorului (diafragma de deschidere poate fi observată folosind o oglindă plată plasată în partea dreaptă a bazei microscopul).
7) deschideți diafragma de deschidere a condensatorului, reduceți deschiderea diafragmei de câmp a iluminatorului și reduceți semnificativ intensitatea lămpii;
8) la mărire mică (10x), privind prin ocular, se obține o imagine clară a preparatului;
9) prin rotirea ușoară a oglinzii, imaginea diafragmei de câmp, care arată ca un punct luminos, este transferată în centrul câmpului vizual. Prin coborârea și ridicarea condensatorului se realizează o imagine clară a marginilor diafragmei de câmp în planul preparatului (un chenar colorat poate fi vizibil în jurul lor);
10) deschideți diafragma de câmp a iluminatorului la marginile câmpului vizual, creșteți intensitatea filamentului lămpii și reduceți ușor (cu 1/3) deschiderea diafragmei deschiderii condensatorului;
11) Când schimbați lentilele, trebuie să verificați setările luminii.
După finalizarea ajustării luminii Köhler, nu puteți schimba poziția condensatorului și deschiderea câmpului și a diafragmei de deschidere. Iluminarea medicamentului poate fi reglată numai cu filtre neutre sau prin modificarea intensității lămpii folosind un reostat. Deschiderea excesivă a diafragmei diafragmei condensatorului poate duce la o scădere semnificativă a contrastului imaginii, iar deschiderea insuficientă poate duce la o deteriorare semnificativă a calității imaginii (apariția inelelor de difracție). Pentru a verifica deschiderea corectă a diafragmei de deschidere, este necesar să scoateți ocularul și, privind în tub, să îl deschideți astfel încât să acopere câmpul luminos cu o treime. Pentru a ilumina corect specimenul atunci când lucrați cu lentile cu mărire redusă (până la 10x), este necesar să deșurubați și să îndepărtați lentila condensatorului de sus.
Atenţie! Când lucrați cu lentile care oferă o mărire mare - cu sisteme puternice uscate (40x) și imersiune (90x), pentru a nu deteriora lentila frontală, atunci când focalizați, utilizați următoarea tehnică: privind din lateral, coborâți lentila cu un macroșurub aproape până când vine în contact cu specimenul, apoi, privind ocularul, folosind un macroșurub, ridicați foarte încet lentila până când apare o imagine, iar cu ajutorul unui microșurub se realizează focalizarea finală a microscopului.
Îngrijirea microscopului
Când lucrați cu un microscop, nu folosiți forță mare. Nu atingeți suprafețele lentilelor, oglinzilor și filtrelor cu degetele.
Pentru a proteja suprafețele interne ale lentilelor, precum și prismele tubului, de praf, trebuie să lăsați întotdeauna ocularul în tub. Când curățați suprafețele externe ale lentilelor, trebuie să îndepărtați praful de pe ele cu o perie moale, spălată în eter. Dacă este necesar, ștergeți cu atenție suprafețele lentilelor cu o cârpă bine spălată, fără săpun, de in sau cambric, umezită ușor cu benzină pură, eter sau un amestec special pentru curățarea opticii. Nu este recomandat să ștergeți lentilele optice cu xilen, deoarece acest lucru le poate provoca desfacerea.
De la oglinzile cu argint exterior, puteți îndepărta praful doar suflându-l cu un bec de cauciuc. Ele nu pot fi șterse. De asemenea, nu puteți deșuruba sau dezasambla singur lentilele - acest lucru va duce la deteriorarea acestora. După terminarea lucrărilor la microscop, este necesar să îndepărtați cu atenție uleiul de imersie rămas din lentila obiectivului frontal, folosind metoda indicată mai sus. Apoi coborâți scena (sau condensatorul în microscoape cu plată fixă) și acoperiți microscopul cu un capac.
Pentru a menține aspectul microscopului, este necesar să-l ștergeți periodic cu o cârpă moale înmuiată ușor în vaselină fără acid și apoi cu o cârpă uscată, moale și curată.
În plus față de microscopia cu lumină convențională, există metode de microscopie care permit studiul microorganismelor necolorate: contrast de fază , câmp întunecatȘi luminescent microscopie. Pentru a studia microorganismele și structurile lor, a căror dimensiune este mai mică decât rezoluția unui microscop cu lumină, utilizați
Au fost dezvoltate și folosite multe metode pentru studierea celulelor, ale căror capacități determină nivelul cunoștințelor noastre în acest domeniu. Progresele în studiul biologiei celulare, inclusiv cele mai remarcabile realizări din ultimii ani, sunt de obicei asociate cu utilizarea de noi metode. Prin urmare, pentru o înțelegere mai completă a biologiei celulare, este necesar să avem cel puțin o anumită înțelegere a metodelor adecvate pentru studiul celulelor.
Microscopie cu lumină
Cea mai veche și, în același timp, cea mai comună metodă de studiere a celulelor este microscopia. Putem spune că începutul studiului celulelor a fost pus prin invenția microscopului optic cu lumină.
Ochiul uman liber are o rezoluție de aproximativ 1/10 mm. Aceasta înseamnă că, dacă te uiți la două linii care se află la o distanță mai mică de 0,1 mm, ele se îmbină într-una singură. Pentru a distinge structurile situate mai aproape, se folosesc instrumente optice, cum ar fi un microscop.
Dar posibilitățile unui microscop cu lumină nu sunt nelimitate. Limita de rezoluție a unui microscop luminos este stabilită de lungimea de undă a luminii, adică un microscop optic poate fi utilizat doar pentru a studia structuri ale căror dimensiuni minime sunt comparabile cu lungimea de undă a radiației luminoase. Cel mai bun microscop cu lumină are o putere de rezoluție de aproximativ 0,2 microni (sau 200 nm), care este de aproximativ 500 de ori mai bună decât ochiul uman. Este teoretic imposibil să construiești un microscop cu o rezoluție înaltă.
Multe componente ale celulei sunt similare ca densitate optică și, fără un tratament special, sunt practic invizibile într-un microscop cu lumină convențională. Pentru a le face vizibile se folosesc diverși coloranți cu o anumită selectivitate.
La începutul secolului al XIX-lea. Era nevoie de coloranți pentru vopsirea țesăturilor textile, care, la rândul lor, au determinat dezvoltarea accelerată a chimiei organice. S-a dovedit că unii dintre acești coloranți colorează, de asemenea, țesuturile biologice și, în mod destul de neașteptat, adesea se leagă de preferință de anumite componente ale celulei. Utilizarea unor astfel de coloranți selectivi face posibilă studierea mai precisă a structurii interne a celulei. Iată doar câteva exemple:
· colorantul hematoxilin colorează unele componente ale nucleului în albastru sau violet;
· după tratamentul secvenţial cu floroglucinol şi apoi cu acid clorhidric, membranele celulare lignificate devin roşu vişiniu;
· Colorantul Sudan III colorează cu roz membranele celulare suberizate;
O soluție slabă de iod în iodură de potasiu transformă boabele de amidon în albastru.
Pentru examinarea microscopică, majoritatea țesuturilor sunt fixate înainte de colorare. Odată fixate, celulele devin permeabile la coloranți și structura celulară este stabilizată. Unul dintre cei mai obișnuiți fixativi în botanică este alcoolul etilic.
Fixarea și colorarea nu sunt singurele proceduri utilizate pentru pregătirea preparatelor. Majoritatea țesuturilor sunt prea groase pentru a fi observate imediat la rezoluție mare. Prin urmare, secțiunile subțiri sunt efectuate folosind un microtom. Acest dispozitiv folosește principiul felierei de pâine. Țesuturile vegetale sunt tăiate în secțiuni puțin mai groase decât țesuturile animale, deoarece celulele vegetale sunt de obicei mai mari. Grosimea secțiunilor de țesut vegetal pentru microscopia ușoară este de aproximativ 10 microni - 20 microni. Unele țesuturi sunt prea moi pentru a fi tăiate imediat. Prin urmare, după fixare, acestea sunt turnate în parafină topită sau rășină specială, care saturează întreaga țesătură. După răcire, se formează un bloc solid, care este apoi tăiat cu ajutorul unui microtom. Adevărat, umplutura este folosită mult mai rar pentru țesuturile vegetale decât pentru animale. Acest lucru se explică prin faptul că celulele vegetale au pereți celulari puternici care alcătuiesc cadrul de țesut. Cochiliile lignificate sunt deosebit de durabile.
Cu toate acestea, turnarea poate perturba structura celulei, așa că se folosește o altă metodă unde acest pericol este redus? congelare rapida. Aici puteți face fără fixare și umplere. Țesutul înghețat este tăiat folosind un microtom special (criotom).
Secțiunile congelate pregătite în acest mod au avantajul distinct de a păstra mai bine caracteristicile structurale naturale. Cu toate acestea, sunt mai greu de gătit, iar prezența cristalelor de gheață încă strică unele detalii.
Microscopistii au fost intotdeauna preocupati de posibilitatea pierderii si deformarii unor componente celulare in timpul procesului de fixare si colorare. Prin urmare, rezultatele obținute sunt verificate prin alte metode.
Oportunitatea de a examina celulele vii la microscop, dar în așa fel încât detaliile structurii lor să apară mai clar, părea foarte tentantă. Această oportunitate este oferită de sisteme optice speciale: microscoape cu contrast de fază și interferență. Este bine cunoscut faptul că undele luminoase, ca și undele de apă, pot interfera între ele, crescând sau micșorând amplitudinea undelor rezultate. Într-un microscop convențional, pe măsură ce undele de lumină trec prin componentele individuale ale unei celule, își schimbă faza, deși ochiul uman nu poate detecta aceste diferențe. Dar datorită interferenței, undele pot fi convertite, iar apoi diferitele componente ale celulei pot fi distinse între ele la microscop, fără a recurge la colorare. Aceste microscoape folosesc 2 fascicule de unde luminoase care interacționează (se suprapun) unele pe altele, crescând sau scăzând amplitudinea undelor care intră în ochi din diferite componente ale celulei.