第28屆國(guó)際生物學(xué)奧林匹克競(jìng)賽試題 實(shí)驗(yàn)1·植物學(xué)

范六民 佟向軍 王戎疆 張雁云 杜 軍

（1 北京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院 北京 100871 2 北京師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院 北京 100875 3 中國(guó)人民大學(xué)附屬中學(xué) 北京 100080）

總分：54 分 時(shí)間：120 min

該考題包含4 個(gè)問題，可按任意順序完成任務(wù)，但注意任務(wù)6a 包含1 h 孵育的步驟。

問題1：植物分類

任務(wù)1 鑒定植物物種和組織的倍性（4 分）

任務(wù)2 鑒定花的種類，解剖花以鑒定心皮的結(jié)構(gòu)（7.5 分）

任務(wù)3 制備莖干切片，鑒定微管結(jié)構(gòu)和莖干組織（9 分）

任務(wù)4 確定用于任務(wù)1～3 中的物種的系統(tǒng)進(jìn)化樹（3 分）

問題2：花的形態(tài)

任務(wù)5 解剖花，確定花部的身份和花的組織（10 分）

問題3：種子和胚的發(fā)育

任務(wù)6 解剖果莢，確定種子發(fā)育時(shí)期，比較2種植物的種子發(fā)育（10 分）（注意：這里有1 h 孵育的步驟）

問題4：根的形態(tài)

任務(wù)7 觀察和確定幼苗根毛和根發(fā)育的類型（8 分）

任務(wù)8 確定根發(fā)育基因的遺傳方式（2.5 分）

重要信息：

·請(qǐng)記住在給定的框中寫下你的姓名、學(xué)生代碼和國(guó)家；

·請(qǐng)?jiān)诖痤}紙上寫下答案，只有在答題紙上寫出答案才能得分；

·確定已收到列出的所有材料和設(shè)備；如果缺少任何材料和設(shè)備，請(qǐng)立即舉起小旗；

·實(shí)驗(yàn)過程中，請(qǐng)確保正確處理和操作設(shè)備和樣品；不會(huì)補(bǔ)充提供任何溢出的溶液、樣品或損壞的設(shè)備；

·在考試結(jié)束哨聲響起時(shí)，請(qǐng)放下筆停止作答；

·將試卷裝入提供的信封中；

·不得將紙張、材料或設(shè)備從實(shí)驗(yàn)室?guī)С觥?/p>

材料和設(shè)備

所有問題必要器材：體視（解剖）鏡、復(fù)式顯微鏡、手鏡（放大鏡）、直解剖針、彎尖頭鑷子、尖頭鑷子、小剪刀、廢液燒杯、永久記號(hào)筆、卷紙、無粉一次性丁腈手套、實(shí)驗(yàn)服、護(hù)目鏡、2 頁空白草稿紙、示意監(jiān)考人員用的小旗、本文的英文翻譯可應(yīng)要求提供。

問題1：植物分類

植物材料：7 個(gè)植物樣品標(biāo)記為A、B、C、D、E、I 和J；5 朵花標(biāo)記為E、F、G、H 和I（用于任務(wù)2 和3 中的E 和I 是來自相同物種的樣品）；3 個(gè)顯微鏡裝片標(biāo)記為K、L 和M。

溶液和試劑：10 mL 溶液A（苯甲胺藍(lán)染液）、10 mL 溶液B（蒸餾水）。

技術(shù)材料：塑料膠頭移液器、安全刀片、12 張載玻片和12 張蓋玻片（所有任務(wù)）、盛放用過的玻璃片和刀片的利器盒、2 個(gè)小培養(yǎng)皿和計(jì)時(shí)器。

問題2：花的形態(tài)

植物材料：3 個(gè)管子標(biāo)記為O、P 和Q，分別裝有取自3 個(gè)不同擬南芥遺傳株系的帶花花序（開花的莖）頂端。

問題3：種子和胚胎發(fā)育

植物材料：2 支管子標(biāo)記為R 和S，裝有取自正在結(jié)種子的2 種不同的擬南芥遺傳品系的花序（開花的莖）。

溶液：1.5 mL 溶液C（霍氏溶液，注意這是一種刺激性的化學(xué)溶液）。

技術(shù)材料：電工膠帶（黃色）、用于解剖的注射器針頭、安全刀片、12 張載玻片和12 張蓋玻片（所有任務(wù)）、盛放用過的玻璃片和刀片的利器盒、雙面膠帶（白色）、計(jì)時(shí)器、15 cm 長(zhǎng)的尺子。

問題4：根的形態(tài)

植物材料：5 個(gè)瓊脂平板的幼苗：5 種不同的擬南芥遺傳品系標(biāo)記為T、U、V、W 和X。

技術(shù)材料：12 張載玻片和12 張蓋玻片（所有任務(wù)）。

問題1：植物分類（23.5 分）

介紹：隨著植物的進(jìn)化，它們獲得了與功能相關(guān)的形態(tài)特征?？赏ㄟ^物種的特征對(duì)其進(jìn)行鑒別。

任務(wù)1：物種倍性鑒定

你將獲得標(biāo)記為A、B、C 和D 的4 個(gè)植物樣品。用解剖鏡仔細(xì)解剖觀察。根據(jù)觀察結(jié)果，選出下面對(duì)于每個(gè)樣品的一個(gè)選項(xiàng)，完成“樣品”表，每個(gè)代碼可在表中多次使用。

物種標(biāo)本特征

物種類型 物種代碼被子植物 1苔蘚 2松柏類 3蕨類 4

倍性水平 倍性代碼單倍體：如果樣品中的組織或細(xì)胞僅來自一種類型的配子體的全部或部分 n二倍體：如果樣品中的組織或細(xì)胞僅來自一個(gè)孢子體世代的全部或部分 2n來自全部或部分2 個(gè)孢子體世代的組織或細(xì)胞 2n+2n來自全部或部分一個(gè)孢子體世代和2 種類型的配子體的組織或細(xì)胞 2n+n+n樣本中的組織或細(xì)胞來自一個(gè)孢子體世代全部或部分和一種類型的配子體 2n+n

標(biāo)本表（4 分）

樣品 物種代碼 倍性代碼A B C D

任務(wù)2：花的結(jié)構(gòu)

你將獲得標(biāo)記為E、F、G、H 和I 的5 個(gè)開花樣品。通過解剖和解剖顯微鏡（最大放大倍數(shù)為20 倍）仔細(xì)觀察。根據(jù)觀察，每個(gè)樣品的每列中使用一個(gè)選項(xiàng)，完成下面的花樣品表，每個(gè)代碼可在表中多次使用。

花標(biāo)本特征

科代碼菊科 1十字花科 2唇形科 3豆科 4柳葉菜科 5木蘭科 6科

?

?

花標(biāo)本表（7.5 分）

樣品 科代碼 雌蕊位置代碼 心皮結(jié)構(gòu)代碼?E F G H I

任務(wù)3：

介紹：高等植物莖由植物維管組織組成，后者由木質(zhì)部導(dǎo)管、篩管分子和伴侶細(xì)胞、以及厚壁組織纖維構(gòu)成。可通過其結(jié)構(gòu)來鑒定木質(zhì)部導(dǎo)管、韌皮部細(xì)胞和厚壁組織纖維。

特征 木質(zhì)部導(dǎo)管 韌皮部 厚壁組織纖維功能 水和礦物離子運(yùn)輸，結(jié)構(gòu)支持 溶解的碳水化合物運(yùn)輸 結(jié)構(gòu)支持結(jié)構(gòu) 由許多連接的細(xì)胞組成的空管由許多連接的細(xì)胞組成的空管獨(dú)立的細(xì)胞連接在一起以形成纖維死／活 死細(xì)胞 保持生活的篩管分子與伴胞連接 死細(xì)胞細(xì)胞壁 加厚的并具有木質(zhì)素沒有特殊的修飾（篩管分子和伴胞之間的胞間連絲、細(xì)胞末端的篩板）加厚，含木質(zhì)細(xì)胞內(nèi)容物完全中空——細(xì)胞的一些穿孔或切開的端板殘留有薄層細(xì)胞質(zhì)環(huán)繞邊緣的空的中心。在每個(gè)細(xì)胞末端的篩板空的死細(xì)胞

在以下毛茛（A）和芹菜（B）的橫截面圖片中，可看到這些細(xì)胞的樣品和維管組織的組織方式。

扎實(shí)推進(jìn)高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)探究性教學(xué)，需要教師轉(zhuǎn)變思維觀念，理解教學(xué)本質(zhì)，為學(xué)生創(chuàng)造利于“學(xué)”的環(huán)境.實(shí)驗(yàn)探究體現(xiàn)了實(shí)事求是、科學(xué)求真的精神，也促進(jìn)了學(xué)習(xí)方式的多樣化.筆者將以創(chuàng)設(shè)問題的方式作為實(shí)驗(yàn)探究的開端，引導(dǎo)學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)親身求證書本結(jié)論，以加強(qiáng)學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握能力.

取決于細(xì)胞的空間位置，莖的維管組織以幾種方式組織成連續(xù)的鏈：

·在雙韌維管束組織中，韌皮部位于內(nèi)、外兩側(cè)，木質(zhì)部位于韌皮部極之間；

·在外韌維管束組織中，韌皮部位于外側(cè)，木質(zhì)部位于內(nèi)側(cè)；

·在同心周木維管束組織中，木質(zhì)部包裹韌皮部；

·在同心周韌維管束組織中，韌皮部圍繞木質(zhì)部；

·在單子葉植物中，散生維管束，分散地分布在莖上，盡管更多地朝向周邊；

·在雙子葉植物中，有一個(gè)圈的維管束，分布于莖中形成圓柱體；

·在木本物種中，發(fā)生莖的增厚，外觀上為每年年輪形成。

你還獲得標(biāo)記為K、L 和M 的3 個(gè)預(yù)先制備的染色橫斷片；標(biāo)記為E、I 和J 的3 個(gè)植物樣品（來自相同物種的標(biāo)本E 和I 用于任務(wù)2 和3）；制備和染色這些植物的莖的橫切片。

1）用非優(yōu)勢(shì)手的拇指和中指之間握住植物的莖，保持垂直。

2）用優(yōu)勢(shì)手握刀片，盡可能薄地開始切莖的橫切片。

3）在一個(gè)培養(yǎng)皿中，加入幾滴溶液A（藍(lán)色染液）。

4）將橫切片放入染液中染色3～5 min；染色時(shí)間取決于切片的厚度。

5）在第2 個(gè)培養(yǎng)皿中，加入溶液B（蒸餾水）。一旦染色完成，將切片轉(zhuǎn)移到溶液B 中。旋轉(zhuǎn)并除去溶液B。重復(fù)直至洗掉多余的染液。

6）將橫切片小心地轉(zhuǎn)移到顯微鏡載玻片上，置于水中，加蓋玻片并用相應(yīng)的字母（E、I 和J）標(biāo)記裝片。

使用解剖鏡和復(fù)式顯微鏡，在低等和中等放大倍數(shù)下，檢查預(yù)先制備的橫切片（K、L 和M）和你制備的裝片上的橫切片。根據(jù)觀察，選擇最適合樣品特征的一個(gè)代碼，完成下表。每個(gè)代碼可在表中多次使用。

切片標(biāo)本特征

?

?

?

切片表（9 分）

樣品 維管束類型代碼 維管束組織代碼 莖剛性貢獻(xiàn)代碼E I J K L M

任務(wù)4：分類

請(qǐng)用每個(gè)樣品A～E 和I～L 在方框中最有可能的位置標(biāo)注系統(tǒng)樹。每個(gè)方框可包括1 個(gè)、多個(gè)或沒有樣品。此外，用存在的3 個(gè)進(jìn)化事件標(biāo)注進(jìn)化樹（每個(gè)方框可能包括1 個(gè)、多個(gè)或沒有事件）。

Ⅰ.第1 朵花的發(fā)育

Ⅱ.第1 個(gè)維管系統(tǒng)的發(fā)育

Ⅲ.第1 批種子的發(fā)育

分類樹（3 分）

問題2：花的形態(tài)（10 分）

介紹：野生型真雙子葉植物花由按以下順序（從外到內(nèi)）的4 輪花器官組成：萼片、花瓣、雄蕊和心皮。下圖顯示了縱切面（A）和橫切面（B）中擬南芥的野生型花器官結(jié)構(gòu)，每一輪的花器官身份識(shí)別由3 類“同源異型”基因A、B、C活動(dòng)的作用或相互作用決定，如圖所示。

·基因A的表達(dá)決定萼片；

·基因A和B一起表達(dá)決定花瓣；

·基因B和C一起表達(dá)決定雄蕊；

·基因C的表達(dá)決定心皮；

·基因A和C相互抑制彼此的表達(dá)，因此是互相排斥的。

任務(wù)5a：

給你提供了來自擬南芥野生型或缺失突變體的3 種樣品（標(biāo)記為O、P 和Q）的頂端開有花的花序（開花的莖）。解剖花，并用一系列放大倍數(shù)觀察花器官結(jié)構(gòu)。請(qǐng)使用下面的描述對(duì)應(yīng)的代碼填寫下表。為最能描述表現(xiàn)型的每個(gè)樣品特征選擇一個(gè)代碼；可多次使用每個(gè)代碼。

器官特征識(shí)別代碼

?存在的器官 器官代碼花瓣、萼片、雄蕊和心皮 1只有萼片 2只有雄蕊和心皮 3只有萼片和雄蕊 4只有萼片和花瓣 5只有萼片和心皮 6

?基因活動(dòng)的種類 基因代碼A、B、C 7 A、B 8 A、C 9 B、C 10 A 11 B 12 C 13

基因型 基因型代碼野生型 14突變體 15

花器官特征識(shí)別表（9 分）

樣品 器官特征識(shí)別代碼 同源異型基因活動(dòng)代碼 基因型代碼O P Q

任務(wù)5b：

為每個(gè)答案選擇一個(gè)適當(dāng)?shù)拇a，完成下表。每個(gè)代碼可在表中多次使用。

表型代碼

表型 表型代碼所有4 輪中的葉 1所有4 輪中的萼片 2所有4 輪中的花瓣 3所有4 輪中的心皮 4所有4 輪中的雄蕊 5

（1 分）

表型代碼純合的缺失BC 的么？純合的缺失ABC 的么？

問題3：種子和胚的發(fā)育（10 分）

介紹：在野生型植物中，經(jīng)雙受精后，擬南芥心皮中的每個(gè)胚珠發(fā)育成一個(gè)種子。隨著多個(gè)種子的發(fā)育，心皮結(jié)構(gòu)擴(kuò)大，被稱為一個(gè)長(zhǎng)角果（果莢）。擬南芥植物具有無限花序，因此在單一植物上，在一系列發(fā)育階段有許多花和長(zhǎng)角果（圖A）。在每個(gè)發(fā)育著的種子中，胚逐漸生長(zhǎng)和發(fā)育，并且已經(jīng)根據(jù)形態(tài)命名了多個(gè)階段（圖B）。

任務(wù)6a：

有2 個(gè)含有正發(fā)育成長(zhǎng)角果的擬南芥花序的管，分別來自品系R 和S。解剖植物R 和植物S各2 個(gè)1.3～1.7 cm 長(zhǎng)的長(zhǎng)角果；長(zhǎng)角果通過附著到植物莖上，只測(cè)量長(zhǎng)角果的長(zhǎng)度。請(qǐng)必須解剖1.3～1.7 cm 長(zhǎng)的長(zhǎng)角果，因?yàn)樵诖穗A段的胚胎發(fā)育將使你能觀察到植物R 和S 之間的明顯差異。

長(zhǎng)角果解剖流程：

1）制作2 個(gè)載玻片小室，將在步驟4 中用到。首先切割一塊約4 cm 的黃色電工膠帶，并將其粘貼到顯微鏡載玻片上。用剃須刀片切割膠帶并移除2 個(gè)小方塊，請(qǐng)確保切割邊緣平坦。

2）將一條5 cm 長(zhǎng)的雙面膠帶粘在第2 個(gè)顯微鏡載玻片上。將長(zhǎng)角果固定在膠帶上，以使每個(gè)長(zhǎng)角果都平整。在解剖顯微鏡（體視鏡）下觀察載玻片，使用注射器針頭去除角果組織頂層，而不損傷其中的種子。推薦在角果的兩側(cè)中央脈取下針移除該組織，下圖展示安裝了的長(zhǎng)角果的橫截面及注射器針頭解剖的位置。

3）在解剖顯微鏡下觀察載玻片，記錄種子的數(shù)量和敗育種子的數(shù)量（如果有）。

4）戴上手套，用移液器在每個(gè)載玻片小室滴一滴溶液C（霍氏溶液）。注意溶液C 具有刺激性，不要滴在皮膚上。使用注射器針頭或解剖針，將所有種子從每個(gè)長(zhǎng)角果轉(zhuǎn)移至制備的載玻片小室中的溶液C 中；可在解剖顯微鏡下進(jìn)行。將植物R種子轉(zhuǎn)移至一個(gè)載玻片小室中，將植物S 的種子轉(zhuǎn)移至另一個(gè)載玻片小室中。

5）在種子上蓋上蓋玻片。將載玻片在室溫放置1 h，以使組織清晰（此反應(yīng)使組織更透明，以便可透過種皮觀察發(fā)育中的胚）。

6）在顯微鏡高倍鏡下觀察樣品（例如你可在透明的種子中看到心形胚）。

使用2 個(gè)解剖的長(zhǎng)角果的平均數(shù)，記錄下表中每個(gè)植物品系中每個(gè)長(zhǎng)角果中發(fā)育著的種子的數(shù)量。然后檢查長(zhǎng)角果中種子的胚的發(fā)育階段。記錄每個(gè)發(fā)育階段種子的百分比（%）。

長(zhǎng)角果形態(tài)（4 分）

植物 種子平均數(shù)球形胚階段（%）心形胚階段（%）魚雷型階段（%） 成熟階段（%）R S

任務(wù)6b：

2 個(gè)品系中，有一個(gè)品系的種子發(fā)育異常（非野生型）。界定此異常并計(jì)算頻率。根據(jù)觀察到的異常胚的數(shù)量和發(fā)育階段，產(chǎn)生異常胚最有可能的解釋是什么？

完成下表，為每個(gè)問題選擇一個(gè)代碼。

?種子缺陷 缺陷代碼胚模式形成異常 1無胚種子 2多胚種子 3大胚種子 4

種子胚異常大概比例 異常頻率代碼0%～33% 5 34%～66% 6 67%～100% 7

種子胚異常的原因 原因代碼雙受精 8非胚細(xì)胞發(fā)育 9自發(fā)的 10

（6 分）

?哪個(gè)植物品系有異常發(fā)育？（填R 或S） 異常代碼 頻率代碼 原因代碼答案

問題4：根的形態(tài)（10.5 分）

介紹：植物根是由一個(gè)主根和若干分支或側(cè)根組成。根毛是根表皮細(xì)胞的伸長(zhǎng)部分，在主根和側(cè)根上都有。根毛具有多種功能，包括增大吸收營(yíng)養(yǎng)和吸水表面積，以及感受外部環(huán)境的重力。

根的形態(tài)學(xué)

已提供5 個(gè)具有5 種不同擬南芥遺傳品系的瓊脂平板。品系T 是野生型；品系U、V、W 和X 的根或根毛的發(fā)育／形態(tài)異常。

1）從平板T 上的植物中取出一顆幼苗并在解剖顯微鏡（體視鏡）下進(jìn)行仔細(xì)研究，熟悉野生型根和根毛形態(tài)。

2）取根部的一部分放置在顯微鏡載玻片上的水中，加上蓋玻片，在復(fù)式顯微鏡下觀察根毛的密度和長(zhǎng)度。

任務(wù)7a：

按照同樣的流程分析品系U、V、W 和X。完成表格，使用描述所觀察到的表型最適合的一個(gè)代碼。每個(gè)表型代碼可使用多次（6 分）

根表型代碼

?根表型 代碼短根毛 1沒有根毛 2較長(zhǎng)根毛 3較少根毛 4較多根毛 5較短側(cè)根 6較長(zhǎng)側(cè)根 7沒有側(cè)根 8

樣品 根發(fā)育表型代碼U V W X?

任務(wù)7b：

觀察野生型幼苗(T)的根毛區(qū)。選擇一個(gè)最能描述作為根毛表皮細(xì)胞模式的陳述。在下表中用×標(biāo)記此陳述（編者按：原題為正確描述打“×”）（2 分）

根毛形成模式 正確描述打×根毛表皮細(xì)胞形成環(huán)狀根毛表皮細(xì)胞由隨機(jī)的細(xì)胞形成根毛表皮細(xì)胞成縱列根毛在表皮上形成棋盤圖案

解釋結(jié)果：

植物每個(gè)基因有2 個(gè)拷貝（每個(gè)染色體上有一個(gè)）。所提供的野生型和突變體植物的2 條染色體上每個(gè)基因都是相同的拷貝（純合）。如果一個(gè)植物含有2 個(gè)不同的拷貝的基因（等位基因），則是雜合的。

根毛從表面（表皮）細(xì)胞發(fā)育，但不是所有表皮細(xì)胞都發(fā)育出根毛。一個(gè)基因（WEREWOLF）能使根毛發(fā)育，而其他基因決定了根毛的長(zhǎng)短。

任務(wù)8a：

如果植物的WEREWOLF基因敲除突變（記為werewolf）是純合的，并且通常能引起超長(zhǎng)根毛的另一種敲除突變也是純合的，則期望在該植物上看到什么類型的根毛？在表中用×標(biāo)記唯一正確的答案（0.5 分）

?根毛表型 正確描述打×正常長(zhǎng)度根毛沒有根毛超長(zhǎng)根毛長(zhǎng)根毛

任務(wù)8b：

將WEREWOLF基因野生型（BB）植株和werewolf隱性純合（bb）植株雜交，完成棋盤法預(yù)期表型的旁氏表（0.5 分）

空白 野生型 等位基因1 等位基因2隱性純合子 空白等位基因1等位基因2

有另外2 株植物雜交后代表型如下表。

?表型 子代數(shù)正常根 24無根毛 8

填寫下表（1.5 分）

2個(gè)雜交親本的表型是什么？（用B 或b 表示） _______×_______多少子代個(gè)體基因型是Bb？多少子代個(gè)體基因型是BB？?