第27屆國際生物學奧林匹克競賽試題實驗2·動物系統學和解剖

張雁云 范六民 戴俊彪 張 立 陶若婷

（1北京師范大學生命科學學院 北京 1008752北京大學生命科學學院 北京 1008713清華大學生命科學學院 北京 1000844北京十一學校 北京 110000）

總分：100分

時間：90min

本考試包括以下2個實驗部分：

實驗1：蝴蝶分類（65分）

任務1鑒定所有提供的蝴蝶標本

任務2編制特征矩陣

任務3根據所提供的特征矩陣計算距離矩陣

任務4分析所有標本的系統發(fā)生關系

任務5繪制一個系統發(fā)生樹

實驗2：蚯蚓解剖（學名：Amynthas aspergillum）（35分）

任務6識別蚯蚓的外部結構

任務7解剖并識別蚯蚓的內部結構

材料和設備

實驗1：蝴蝶分類

名稱 數量含8個蝴蝶標本的標本盒 鏡 1盒口罩1件鑷子1把放大1把尺子 1把鋼筆 1支計算器 1個計算用草稿紙 1疊手套 2雙紙巾 1盒

實驗2：蚯蚓解剖

名稱 數量酒精預處理過的蚯蚓 1條體視鏡（實體鏡） 剖盤 1臺解1個鑷子 1把解剖針 1支剪刀 1把解剖刀 1把培養(yǎng)皿 1個玻片 1塊吸管 1支裝有普通大頭針的器皿 1個插有5種顏色大頭針的塑料板 1個放大鏡 1把手套 1雙口罩 1個學生代碼卡 1張筆1支紙巾 1盒

實驗1蝴蝶分類（65分）

介紹：越南動、植物資源豐富多樣，有超過1200種蝴蝶。然而由于棲息地的干擾和破壞，一些物種瀕臨滅絕。因此了解蝴蝶有助于保護其多樣性。本實驗的目的是識別越南的一些種蝴蝶種類，并根據這些種類的形態(tài)特征分析它們的系統關系。

任務1識別所有提供的蝴蝶標本

使用以下分類要點識別所有蝴蝶標本（A～H）。參考圖1～圖3識別所需的形態(tài)特征。

圖1 蝴蝶的外部結構

圖2 蝴蝶翅膀分類術語

蝶翅分為多個區(qū)域和中間區(qū)域。每條翅脈都賦予了編號。前翅翅脈編號從1（la，1b）到12；后翅翅脈從1（la，lb）到8進行編號。

圖3

蝴蝶分類索引

1.后翅具長尾突 續(xù)2.后翅無長尾突 續(xù)6.2.翅上具白斑 續(xù)3.翅上無白斑 續(xù)4.3.前翅1a 脈和1b 脈（如圖2）之間的中區(qū)具有白色斑點 Papilio noblei前翅1a 脈和1b 脈（如圖2）之間的中區(qū)無白色斑點 Papilio helenus 4.翅膀背面具淺黃綠色斑帶，從前翅頂角一直延伸到后緣中部 Papilio demolion前翅背面頂翅背面臀角至后緣中部無淺黃綠色斑 續(xù)5.5.后角具有一個紅色斑，但內無黑點 Papilio machaon后翅背面臀角具有一個橙色或淺黃色斑，且其中有黑點 Papilio xuthus 6.白色或黃色翅 續(xù)7.非白色或黃色翅 續(xù)8.7.黃色翅，同時前翅具一橙色寬條帶 Ixias pyrene白色翅，具有一個大紅橙色的斑，占據半個前翅 Hebomoia glaucippe 8.前翅頂角呈圓形或尖角 續(xù)9.前翅頂角內切 續(xù)11.9.后翅具短尾突；后翅背面為棕色，具橙色帶狀紋 Symbrenthia lilaes后翅無短尾突 續(xù)10.10.翅脈呈褐色；后翅背面橙色，無黑點 Danaus genutia翅脈非褐色；后翅背面橙色，有黑點 Danaus chrysippus 11.翅上具眼狀斑 續(xù)12.翅上無眼狀斑 續(xù)13.12.后翅藍色；后翅背面具2個眼狀斑 Junonia orythia后翅非藍色；腹面具深褐色橫帶紋 Junonia iphita 13.黑色翅，具白色的斑帶和斑點 Athyma asura橙色翅，具黑色斑點 Polygonia c-aureum

問題1.1蝴蝶分類。（16分）

在與正確種名（拉丁學名）對應的標本A～H后劃“√”。

標本 A B C D E F G H Papilio demolion Papilio machaon Papilio xuthus Papilio helenus Papilio noblei glaucippe Ixias pyrene Danaus genutia Danaus chrysippus Symbrenthia lilaea Junonia iphita Junonia orythia Athyma asura Polygonia c-aureum

任務2構建特征矩陣

考慮以下的特征：1）后翅具長尾突；2）后翅具短尾突；3）前翅具1a 脈；4）后翅具1a 脈；5）前翅第8翅脈和第9翅脈：重合=1,未重合=0；6）翅脈1a延伸達前翅后緣近基角=1，其他情況=0；7）前翅翅脈la 和1b：交叉匯合=1，其他情況=0；8）翅室：開放=1，閉合=0；9）后翅橙色且具褐色翅脈；10）一個紅橙色斑占據半個前翅；11）褐色翅膀背面具橙色帶狀紋；12）翅膀外緣區(qū)域具一連串白點；13）后翅具白斑；14）后翅背面臀角區(qū)具一橙色或一淺黃色斑，且內有一黑點；15）翅上具眼狀斑；16）前翅頂角：內切=1，圓形或尖角=0。

問題2.1特征矩陣。（25.6分）

構建特征矩陣，用“1”表示存在，用“0”表示不存在。

特征／特征描述 A B C D E F G H a 后翅具長尾突b 后翅具短尾突c 前翅具1a 脈d 后翅具1a 脈e 前翅第8翅脈和1a 到達前翅第9翅脈：重合＝1，未重合＝0f 翅脈后緣近基角=1，其他情況=0g 前翅翅脈1a 和1b：交叉匯合＝1，未交叉匯合＝0h 翅室：開放＝1，閉合＝0i 前翅橙色且具褐色翅脈j 一個紅橙色斑占據半個前翅k 褐色翅膀背面具橙色帶狀紋l 翅膀外緣區(qū)域具一連串白點m 后翅具白斑n 后翅背面內角處具一橙色或一暗黃色斑，且內有一黑點o 翅上具眼狀斑p 前翅頂角：內切＝1，圓形或尖角＝0

任務3根據下面給出的特征矩陣，計算距離矩陣。本實驗的其余部分請使用下表所提供的特征矩陣。該矩陣與前面的任務1和任務2并不相關。

?特征 A B C D E F G H 111000000210000000301000000400100000500010000600100000700001000810100000911000000100000001111001000001200110000

特征 A B C D E F G H 13000111111411000000150000111116000100001700001100180001111119100000002000001111210000110122000000012300010000240100000025000001002600000010

問題3.1計算距離矩陣。（8.4分）

基于上表中提供的特征矩陣數據計算距離矩陣。在距離矩陣中2個標本（specimens）之間的距離是指二者間不同的特征的個數（表中所示：具該特征為“1”；不具該特征為“0”）。將計算結果寫在答題卡上。

標本 A B C D E F G H A 0B 0C 0D 0E 0F 0G 0H 0

利用UPGMA 法重建系統發(fā)生樹。

UPGMA（非加權組平均法）的假設前提是，所提供的那些特征具有穩(wěn)定的進化速率，是構建系統發(fā)生樹最簡單的方法。該方法中，每次聚類過程先將距離最小的2個單元聚在一起，組成較高級的新單元。這里通過分類單元（標本）M、N、O、P 和Q 之間的數值差異，說明這個概念。

分類單元 M N O P Q M 0N 20O 660P 4570Q 78970

聚類過程1： 距離最近2個分類單元M 和N合并為一個高階的分類單元（M，N）。經聚類新形成的分類單元的枝長（相對分化時間）為原來2個分類單元距離的一半。在這個案例中，枝長（相對分化時間）為1。

接下來，通過計算1個分類單元中的所有子單元到其他各個分類單元的子單元的平均距離，生成一個新的距離矩陣。例如： 分類單元（M，N）和分類單元（P）之間的距離為d（N，P）和d（M，P）的平均值，即（4+5）/2，其中d（x，y）表示單元x 和y 之間的距離。結果如下表：

分類單元 （M，N）（M，N） 0.0O O 60.0P 4.570.0Q Q 7.5970.0P

聚類過程2：現在最近距離的分類單元是MN和P，它們可組成一個高階分類單元［（M，N），P］，經聚類新形成的分類單元的枝長（相對分化時間）為2.25。接著，通過前述算出的距離構成一個新的距離矩陣。例如：分類單元［（M，N），P］和（O）之間的距離為d（M，O），d（N，O），d（P，O）之間的平均距離，即（6+6+7）/3=6.33。結果表示為下表：

分類單元 ［（M，N），P］［（M，N），P］ 0.0O O 6.330.0Q Q 7.3390.0

分類聚類過程3：現在具有最近距離的分類單元是MNP 和O，它們被聚為成一個更高級別的分類單元｛［（M，N），P］O｝，經聚類新形成的分類單元的枝長（相對分化時間）為3.17。這樣，可依據計算所有的距離生成一個新的矩陣，結果如下表：

分類單元 ｛［（M，N），P］O｝｛［（M，N），P］O｝ 0.0Q Q 7.750.0

聚類過程4：在最后的單元中，剩下的2個分類單元組合成新的單元｛［（M，N），P）O］，Q｝，經聚類新形成的分類單元的枝長（相對分化時間）為3.88。

任務4分析所有標本的系統發(fā)生關系

利用UPGMA 重復聚類法，利用任務3中完成的距離矩陣，分析表1中所示的所有標本（A～H）的親緣關系。在聚類過程中請使用標本的代碼A～H。請將數值結果寫在答題卡上（10.75分）。

問題4.1UPGMA 聚類過程1。（3分）

問題4.2UPGMA 聚類過程2。（2.5分）

問題4.3UPGMA 聚類過程3。（2分）

問題4.4UPGMA 聚類過程4。（1.5分）

問題4.5UPGMA 聚類過程5。（1分）

問題4.6UPGMA 聚類過程6。（0.5分）

問題4.7UPGMA 聚類過程7。（0.25分）

任務5繪制系統發(fā)生樹（樹狀圖）

問題5.1系統發(fā)生樹。（4.25分）

根據UPGMA 聚類結果繪制系統發(fā)生樹（樹狀圖）。顯示出各分支的相對枝長，并在枝上標出相對分化時間的數字。將系統發(fā)生樹繪于答題卡上。

實驗2蚯蚓解剖（35分）

介紹：參狀遠環(huán)蚓（Amynthas aspergillum）屬于環(huán)節(jié)動物門巨蚓科（Megascolecidae），是越南常見的物種。它含有豐富的蛋白質，可作為魚、家禽和家畜的食物。該物種作為實驗性飼養(yǎng)并用于改善越南一些地區(qū)的土壤質量。你將對該蚯蚓進行解剖，并觀察識別其外部形態(tài)和內部結構。

任務6參狀遠環(huán)蚓Amynthas aspergillum外部結構識別。用放大鏡或體視鏡觀察蚯蚓的背孔、受精囊孔（也稱納精囊孔）、環(huán)帶和剛毛。然后回答以下3個問題，將答案寫在答題卡上。

問題6.1（3分）

在正確的陳述后面劃 “√”。環(huán)帶的位置由（體節(jié)數從口前緣膜口之后的位置開始計數）：

13至14體節(jié)14至16體節(jié)12至15體節(jié)14至17體節(jié)?

問題6.2（3分）

在正確選項后劃“√”。每個體節(jié)中剛毛的分布情況是：

每個體節(jié)有4個剛毛分布點，每個點有2根剛毛每個體節(jié)有4個剛毛分布點，每個個剛毛分布點，每個點有3根剛毛每個體節(jié)有4點有4根剛毛每個體節(jié)有一圈均勻分布的剛毛

問題6.3（3分）

在正確的選項后劃“√”。環(huán)帶后每個體節(jié)的背孔數目是：

1234

任務7解剖和鑒定蚯蚓的內部結構

1）將蚯蚓放在解剖盤中，背側朝上（圖4A）。2）定位環(huán)帶，然后將剪刀尖端從環(huán)帶后部3cm 處插入（圖4B）。

圖4

3）仔細向兩端切開體壁直至頭部和肛門，盡量保持剪刀尖朝上，只切開體壁。4）將蚯蚓的體壁展開，用解剖刀劃開隔膜（避免損傷內部器官）。5）用大頭針將體壁釘在解剖盤中，大頭針角度朝外以免影響你的觀察。6）在解剖盤中加入水，盤中的水沒過蚯蚓身體。

問題7.1（3分）

該蚯蚓有多少對受精囊（也稱納精囊），請將正確的答案寫在答題卡上。

問題7.2（6分）

觀察體壁的內側，并確定下面的體節(jié)之間有／無隔膜。標明隔膜是否存在，以“√”表示正確答案。

體節(jié)之間的隔膜 有 無7／88／99／1010／11

問題7.3（10分）

?大頭針顏色 器官藍色 胃白色 盲腸紅儲精囊黃色 前列腺紫色 神經節(jié)鏈

1）將指定顏色的大頭針插在相應的器官上。2）請將你的學生代碼寫在“學生代碼表”種，并放在解剖盤旁邊。3）舉綠色卡片通知監(jiān)考教師，拍照并將確認后的結果填入解剖結果確認表。

問題7.4（4分）

1）用解剖刀在30～40體節(jié)，切0.5～1mm 的消化道橫切，將切下的材料至于盛有水的培養(yǎng)皿中，然后將其在水中輕輕移動，除去殘留所有食物。將其放在載玻片上，加一滴水，在體視鏡下觀察。2）舉起綠色卡片通知監(jiān)考教師拍照并將確認后的結果填入解剖結果確認表中。

問題7.5（3分）

以下哪項最能說明在腸橫切觀察到的腸的盲道7。1）腸盲道＞腸半徑（圖5A）（__）。2）腸盲道具分支（圖5B）（__）。3）腸盲道＜腸半徑的1/2（圖5C）（__）。4）腸無盲道（圖5D）（__）。

圖5

依據對橫切面結構觀察，在正確的答案劃“√”。

（待續(xù)）