第27 屆國際生物學(xué)奧林匹克競賽試題實驗1·植物解剖和生理

陶若婷 張雁云 范六民 戴俊彪 張 立

（1 北京十一學(xué)校 北京 110000 2 北京師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院 北京 100875 3 北京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院 北京 100871 4 清華大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院 北京 100084）

總分：91 分

時間：90 min

該考題包含3 個實驗：

實驗1 葉的色素測定（30 分）

任務(wù)1 用分光光度計定量測定色素

任務(wù)2 用薄層層析定性測定色素

實驗2 植物解剖（31 分）

任務(wù)3 觀察4 個樣本的解剖特征

任務(wù)4 制作數(shù)據(jù)矩陣， 并在給定的進(jìn)化樹中識別每個樣本的位置

任務(wù)5 畫出維管束的詳細(xì)結(jié)構(gòu)

實驗3 植物物種鑒定，制作數(shù)據(jù)矩陣（30 分）

任務(wù)6 鑒定5 種花樣本的形態(tài)學(xué)和解剖特征

任務(wù)7 用提供的二叉式檢索表檢索樣品PGPK

任務(wù)8 制作數(shù)據(jù)矩陣

用于3 個實驗的設(shè)備和材料

實驗1：葉的色素測定

名稱 數(shù)量大豆葉樣品（樣品A 和B） 2支小離心管正對照 1支小離心管標(biāo)有學(xué)生編碼的薄層層析板 1塊比色皿 2個95%酒精 40 mL 于falcon 管中清洗移液器的酒精 20 mL 于falcon 管中層析溶液（n-己六醇∶丙酮＝7∶3） 25 mL 于TLC 瓶中研磨器具 2件Falcon 管架 2件漏斗 2件濾紙 2張鑷子 1件1 mL 玻璃吸管 2個5 mL 玻璃吸管 1個吸耳球 1個

名稱 數(shù)量1.5 mL 小離心管 2個小離心管架 1個1.5 mL 的Falcon 管 4個比色皿架 1個毛細(xì)管 2個計算器 1件用于計算的草稿紙 1件手套 3副衛(wèi)生紙 5張鉛筆和鉛筆刀 各1 件直尺 1把記號筆 1支口罩 1件塑料護(hù)目鏡 1件垃圾筒 1個

實驗2：植物解剖

4 個不同植物物種的莖，標(biāo)記為SC、SD、SE 和SF。名稱 數(shù)量每個物種包括2 個樣品 8件顯微鏡 1件尖針 1件載玻片 10 件蓋玻片 10 件濾紙 20 件刀片 2件12%的漂白粉溶液 20 mL 1 瓶3%的HCl 溶液 20 mL 1 瓶7.5%胭脂紅溶液 20 mL 1 瓶1.5%的甲基綠溶液 20 mL 1 瓶蒸餾水 20 mL 1 瓶計時器 1件記號筆 1件胡蘿卜片（作為切板） 1件

實驗3：鑒別植物物種，制作數(shù)據(jù)矩陣

名稱 數(shù)量70%的乙醇浸泡的5 個花標(biāo)本，標(biāo)記為樣品PG、PH、PI、PJ、PK。每個標(biāo)本2 朵花 5管顯微鏡 1件胡蘿卜片（作為切板） 1件放大鏡 1件尖針 1件披形針 1件載玻片 5件蓋玻片 5件鑷子 1 件刀片 2件濾紙 5件口罩 1件記號筆 1件蒸餾水 1瓶

實驗1 葉的色素測定（30 分）

介紹： 對不同光照強(qiáng)度的適應(yīng)涉及許多生理特性的變化。 直接暴露在陽光下的葉（向光葉）的葉， 其結(jié)構(gòu)和色素組成與生長在遮陰條件下的葉（遮蔭葉）下生長的葉子有差異。 葉這種適應(yīng)可以通過葉色素的定性和定量鑒定予以鑒別。

薄層色譜（TLC）是用于分離和分析混合物中不同色素的技術(shù)。 葉色素包括葉綠素a，葉綠素b，類胡蘿卜素和葉黃素（紫黃質(zhì)，新黃質(zhì)）（見下面的公式）可以在TLC 板上顯示出來。 為測定每種色素的量，用分光光度法在不同波長下定量葉提取物。

實驗步驟：

·在一個單獨的研缽中，用2 mL 95%的乙醇將每個葉樣品研磨成細(xì)混合物。 將另外5 mL 95%的乙醇加入混合物中， 并繼續(xù)研磨成均勻的混合物。轉(zhuǎn)移混合物到漏斗上的獨立的濾紙上。將提取物收集到標(biāo)記好的15 mL Falcon 管， 至最多5 mL，作為提取物A 和提取物B。

·每個提取物取0.5 mL 轉(zhuǎn)移到新標(biāo)記的15 mL Falcon 管。

·用95%的乙醇稀釋各提取物至5 mL，并輕輕混勻。

·將稀釋的提取物A 和B 分別轉(zhuǎn)移到標(biāo)記的比色皿A 和B。在649 和664 nm 下測量比色皿A 和B 吸光值（當(dāng)你的比色皿準(zhǔn)備好時，舉起綠卡。監(jiān)考人員將測量你的樣品并將吸光值給你。在等待測量時，你應(yīng)該繼續(xù)下一步實驗）。

·用直尺和鉛筆， 在薄層層析板底部邊緣向上1.5 cm 處輕輕畫出起始線。 然后在距起始線向上4.5 cm 處標(biāo)記出停止線。 在層析板中間輕輕畫一條垂直線，將板分成左、右2 個部分，并在中間沿起始線輕輕畫出1 cm 寬的直線作為點樣線。

·轉(zhuǎn)移約0.5 mL 提取物A（不稀釋）到1.5 mL離心管中。 使用玻璃毛細(xì)管從離心管吸取提取物A，輕輕地加載到沿左側(cè)層析板起始線1 cm 寬的短線上。 每次讓溶劑略微變干后多次加載色素提取物至10 次。 右側(cè)層析板以同樣操作加載陽性對照。

·在室溫下干燥層析板約1 min。將層析板置于裝有溶劑的TLC 瓶中，并蓋好蓋子（注意層析板上的色素面不得與層析溶劑接觸）。當(dāng)洗脫液到達(dá)停止線時，立即將層析板從TLC 瓶中取出。 （舉起綠卡，監(jiān)考人員將給你的薄層層析結(jié)果照相，并打分）。 你的薄層板照片共計6 分。

在答題卡上回答以下問題：

問題1.1（10 分）

將吸光值記錄到下表中。 根據(jù)下式（Lichtenthaler，1987）計算葉綠素a（Chl a）、葉綠素b（Chl b）和總?cè)~綠素的濃度（Total Chl）。 計算提取物A、提取物B 中葉綠素a 與葉綠素b 的的比值（精確到小數(shù)點后2 位）。

葉綠素a（mg／L）＝-5.19×（A649）+13.36×（A664）

葉綠素b（mg／L）＝27.43×（A649）-8.12×（A664）

總?cè)~綠素（mg／L）＝22.24×（A649）+5.24×（A664）

提取物A649 A664 葉綠素a 葉綠素b 總?cè)~綠素 葉綠素a／葉綠素b 的比值A(chǔ) B

問題1.2（2 分）

在答題卡上，用√指明下面的語句正確與否。

A.用于提取A 的葉子通常比提取B 的葉子厚

B.用于提取A 的葉對光抑制更敏感

C.提取物A 是從陰生葉中提取的

D.提取物A 的葉子比B 的葉子有更低的光補(bǔ)償點

問題1.3（6 分）

將圖貼于答題卡上。

問題1.4（10 分）

根據(jù)下列公式計算出的Rf 值，確定各色素的名稱。 從起始線到色素條帶的水平和垂直中心的距離測量色素遷移距離。 通過從起始線到溶劑前沿之間的距離，測量溶劑遷移距離。

*無條帶＝不得分

色素條帶（從停止線到起始線根據(jù)TLC 條帶）5個主要色素的Rf 值（精確到小數(shù)點后2 位）色素名稱1 2 3 4 5

問題1.5（2 分）

在答題卡上指出下列每個敘述正確與否，以√標(biāo)記。

A.由于分子量不同，葉綠素a 和葉綠素b 顯示不同的Rf 值

B.葉綠素和β-胡蘿卜素的Rf 值不同是因為極性不同

C.色素遷移速度主要取決于色素與薄層層析板上固定相的相互作用

D.在薄層層析實驗中，正己烷和丙酮一起用作層析溶劑， 這2 種溶劑用于提高不同色素的溶解度

實驗2 植物解剖（31 分）

陸生植物在近500 萬年前從藻類進(jìn)化而來。在陸地植物從藻類親戚分化出來時， 許多便于其在干燥的陸地上生存和繁殖的新特征應(yīng)運(yùn)而生。陸生植物中， 莖是支持葉和生殖器官的最重要的器官之一，它通過機(jī)械加強(qiáng)和運(yùn)輸水分、礦物和有機(jī)物而實現(xiàn)其功能。這些功能是通過維管系統(tǒng)（包括存在于某些植物中的木質(zhì)部和韌皮部的） 而實現(xiàn)。 植物莖切面的內(nèi)部結(jié)構(gòu)（解剖）可通過顯微鏡觀察到。

在本任務(wù)中，你將進(jìn)行4 種植物的莖的切片，并觀察其解剖特征。根據(jù)維管系統(tǒng)的特征，構(gòu)建一個代表維管系統(tǒng)演化趨勢和給定植物物種間關(guān)系的系統(tǒng)進(jìn)化樹。

實驗步驟：

·用刀片對標(biāo)本進(jìn)行徒手切片。 制備盡可能薄的橫切片。

·將部分切片放置到載玻片上。 滴加幾滴漂白溶液以完全覆蓋切片，靜置2 min。 用濾紙去除多余的漂白溶液。

·加幾滴HC1 溶液滴完全覆蓋切片， 靜置30s。 然后，用濾紙除去過量的HC1 溶液。

·滴加水以洗滌切片。之后，使用濾紙去除多余的水。

·加幾滴胭脂紅溶液染色切片3 min。用濾紙除去胭脂紅溶液。

·添加幾滴甲基綠溶液，完全覆蓋切片、染色30 s。 之后，用濾紙去除多余的甲基綠溶液。

·滴加幾滴水，蓋上蓋玻片，用濾紙除去多余的水，然后在顯微鏡下觀察。

在答題卡上，回答下列問題：

問題2.1（8.0 分）

下列組織存在于所有植物樣品中嗎？ 在下表中，用“√”標(biāo)記樣本中觀察存在的組織，“×”標(biāo)記樣本中不存在的組織。

組織 SC SD SE SF軟木不同的皮質(zhì)和髓內(nèi)皮層維管形成層維管束被厚壁組織鞘包圍

問題2.2（6.4 分）

用植物切片觀察4 種莖的解剖特征， 陳述它們是否存在（0：不存在，1：存在）。 在答題卡的數(shù)據(jù)矩陣上寫下每個特征的狀態(tài)數(shù)字（0 或1）。 外群SH 的數(shù)據(jù)已經(jīng)給出。

基于上面數(shù)據(jù)矩陣， 下圖已經(jīng)用簡約法構(gòu)建出4 種實驗植物物種和1 種給定物種(SH)的系統(tǒng)進(jìn)化樹。假設(shè)原始性狀狀態(tài)（狀態(tài)0）與類群SH 的狀態(tài)相同。

5 個物種的系統(tǒng)進(jìn)化樹（類群：T）

特征或性狀 SC SD SE SF SH C1.維管組織 0 C2.由外韌維管束組成的維管系統(tǒng) 0 C3.散落于薄壁組織中的外韌維管束 0 C4.中柱具有髓或維管束被薄壁組織分開 0

問題2.3（8.0 分）

用問題2.2 中的結(jié)果， 判定對應(yīng)于系統(tǒng)進(jìn)化樹中的特征（a～d）的莖特征（C1～C4），并確定每個實驗植物物種（SC～SF）其對應(yīng)于系統(tǒng)進(jìn)化樹中類群（T1～T4）的位置。

·寫下對應(yīng)于系統(tǒng)進(jìn)化樹中特征（a～d）的莖特征（C1～C4）：

在系統(tǒng)進(jìn)化樹中的特征（a～b） 莖的解剖特征（C1～C4）a b c d

問題2.4（6.0 分）

寫下對應(yīng)于它的系統(tǒng)進(jìn)化樹中的分類單元（T1～T4）的植物物種（SC～SF）的名稱：

系統(tǒng)發(fā)育樹中的分類單位 植物種類（SC～SF）T1 T2 T3 T4

問題2.5（1.0 分，每題0.25）

參考下邊維管束圖，將后生木質(zhì)部（1）、韌皮部（2）、原生木質(zhì)部（3）和厚壁組織（4）標(biāo)記在圖中空白處。

問題2.6（1.6 分）

在答題卡上指出下列每個敘述正確與否，以√標(biāo)記。

A．植物SC 的莖不能像植物SD 和SE 有效地運(yùn)輸水

B．植物SD 中的石細(xì)胞使莖堅硬

C．植物SE 莖直徑在植物發(fā)育過程中不會持續(xù)增加，因為厚壁組織限制維管束的發(fā)育

D．表皮之下的厚壁組織環(huán)加強(qiáng)植物SF 的莖

實驗3 植物物種的鑒定，數(shù)據(jù)矩陣制作（30 分）

介紹：

花的結(jié)構(gòu)極其多樣,它們對植物物種鑒定有用。

在該任務(wù)中， 將鑒定5 個給定的花樣品的形態(tài)解剖性狀（樣品PG 到PK），并在答題卡上回答問題。根據(jù)給定的二分檢索表，用觀察到的形態(tài)解剖學(xué)特征給樣品PG-PK 命名。給給定的樣品制作數(shù)據(jù)矩陣。

為了幫助理解下圖所使用的術(shù)語：

實驗步驟：

3.1 花的對稱性

·用鑷子從falcon 管夾取樣品放到載玻片上。 蓋上管蓋，以避免乙醇揮發(fā)。 用濾紙除去載玻片上過量的乙醇。

·小心處理花標(biāo)本， 因為你需要用提供的植物材料做該部分所有觀察。

問題3.1（2.5 分）

區(qū)分每個樣本的花的對稱性， 并用√填寫表格，表明花是輻射或兩側(cè)對稱。

花對稱性 樣本PG 樣本PH 樣本PI 樣本PJ 樣本PK輻射對稱兩側(cè)對稱

3.2 花部數(shù)目和特征

·用尖端針，披針形針頭，刀片和放大鏡依次分析所有樣本的花萼、花冠、雄蕊、雌蕊。

·仔細(xì)觀察所有的樣品， 完成問題3.2 及問題3.3。

問題3.2（4.5 分）

確定每個樣本花萼或萼裂片、花冠裂片、雄蕊的數(shù)量，填入下表中。

結(jié)構(gòu)單位數(shù) 樣本PG 樣本PH 樣本PI 樣本PJ 樣本PK萼片數(shù)或萼裂片數(shù)花冠裂片數(shù)雄蕊數(shù)

問題3.3（9.0 分，每空0.3 分）

確定每個樣本花萼、花冠、花絲、雌蕊等的特征，并在下表中填寫“√”或“×”表明具有或不具有該特征。

特征 樣本PG 樣本PH 樣本PI 樣本PJ 樣本PK花萼背面有毛花冠背面有毛花絲等長花絲無柄子房上位合心皮雌蕊

·將雌蕊放在胡蘿卜片上， 用刀片分別橫切一朵花的子房，使切片盡可能?。豢v切同一樣本另一朵花的子房。 制各樣本PG、PI、PJ（樣本PH、PK已經(jīng)給出）。 切片置于玻片上， 在切片上滴一滴水，蓋上蓋玻片，在顯微鏡下觀察切片。

問題3.4（3.0 分）

確定每個樣品中的子房室和每室胚珠的數(shù)量，并把這些數(shù)目寫在下表中。

結(jié)構(gòu)單位數(shù) 樣本PG 樣本PH 樣本PI 樣本PJ 樣本PK子房室數(shù)目 4 4每室胚珠數(shù) 1 1

3.3 鑒定植物物種

二分檢索表檢索物種：本檢索表根據(jù)物種是否有某種特征制作出來。 仔細(xì)閱讀檢索表，如果該物種不具備A 行中的特征，則看同一數(shù)字下的B 行。

1花絲等長或無柄 到2花絲不等長 到6 2子房超過2 個室 物種ta子房2 個室 到3 3子房每室1 胚珠 到4子房每室多于1 胚珠 到5 4花冠背面有毛 物種tb花冠背面無毛 物種tc 5 花冠背面有毛，雌蕊心皮合生 物種td花冠背面無毛，雌蕊心皮離生 物種te 6花冠4～5 裂片 到7花冠多于5 個裂片 物種tm 7每子房室只有1 胚珠 到8每子房室胚珠數(shù)多于1 到9 8花萼背面無毛 物種tf花萼背面有毛 物種tg 9 花冠背面有毛，下位子房 物種th花冠背面無毛，子房上位 物種tk

問題3.5（6.0 分）

使用二分檢索表，鑒定樣品PG-PK 的物種名稱， 在下表中選擇填寫物種名稱（ta、tb、tc、td、te、tf、tg、th、tk、tm）。

樣本PG 樣本PH 樣本PI 樣本PJ 樣本PK物種名稱

3.4 制作數(shù)據(jù)矩陣

問題3.6（5.0 分）

在下邊數(shù)據(jù)表格中填寫每個特征（性狀）正確的狀態(tài)。

特征狀態(tài) 樣本PG 樣本PH 樣本PI 樣本PJ 樣本PK花輻射對稱（0）和花兩側(cè)對稱（1）花萼遠(yuǎn)背面無毛（0）和有毛（1）花冠遠(yuǎn)背面無毛（0）和有毛（1）雄蕊數(shù)量大于等于5（0）或者小于5（1）花絲等長（0）或者不等長（1）花絲有柄（0）或者無柄（1）上位子房（0）或者下位子房（1）雌蕊心皮離生（0）或者雌蕊心皮合生（1）子房室數(shù)量大于等于3（0）或小于3（1）每室胚珠數(shù)大于1（0）或者等于1（1）

（待續(xù)）