第29 屆國(guó)際生物學(xué)奧林匹克競(jìng)賽試題 實(shí)驗(yàn)3 動(dòng)物系統(tǒng)學(xué)、解剖學(xué)和生理學(xué)

張雁云 范六民 周 潔 楊 揚(yáng) 張 立

（1 北京師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院 北京 100875 2 北京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院 北京 100871 3 華中師范大學(xué)第一附屬中學(xué) 湖北武漢 430223 4 清華大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院 北京 100084）

總分：100 分 時(shí)間：90 min

一般信息

●總分：100 分（任務(wù)A：36 分；任務(wù)B：34 分；任務(wù)C：30 分）。

●考試時(shí)間：90 min。

●請(qǐng)將你的學(xué)生代碼寫入標(biāo)題頁的框中。

●使用答題紙回答所有問題。寫在試卷中的答題將不予以評(píng)分。

●為了使用旗幟（在你的桌子上的標(biāo)志），只需將其置于桌子左側(cè)墻上的旗臺(tái)上。

●請(qǐng)確保所有的材料和設(shè)備均可供你使用。如果有任何遺漏，請(qǐng)?jiān)诳荚囬_始后15 min 內(nèi)將黃旗置于旗架上。（15 min 后的任何投訴將不予受理）

●如遇緊急情況，請(qǐng)將你的黃旗置于旗架上。

●實(shí)驗(yàn)過程中，任何材料損失都不會(huì)額外提供。

●建議你開始實(shí)驗(yàn)前，仔細(xì)閱讀整個(gè)實(shí)驗(yàn)流程，便于合理安排時(shí)間。

●在考試結(jié)束時(shí)立即停止答題。將全部試卷與答題紙放入信封中。實(shí)驗(yàn)助理將收取信封。

祝你好運(yùn)。

在下表單元格中寫下相鄰單元格中提示的數(shù)字。

1 7

本實(shí)驗(yàn)包括3 個(gè)部分：

A-螨的系統(tǒng)學(xué)和分類學(xué)（25 min，34 分）

B-水蛭的解剖學(xué)研究（20 min，36 分）

C-運(yùn)動(dòng)過程中的生理變化（45 min，30 分）

材料和設(shè)備

實(shí)驗(yàn)A

●盒子里有4 種螨標(biāo)本，分別置于標(biāo)記為A、B、

C、D 的載玻片上。

●1 臺(tái)顯微鏡。

實(shí)驗(yàn)B

●1 個(gè)口罩。

●1 副手套。

●1 盒面巾紙。

●1 把小剪刀。

●1 把鑷子。

●1 個(gè)塑料盤。

●用濕紙巾包裹的水蛭置于管中。

●1 個(gè)具有LED 燈的放大鏡。

●6 個(gè)彩色大頭針。

●1 盒大頭釘。

●有學(xué)生編號(hào)的泡沫板。

●5 塊棉花。

●NaCl 滴瓶（裝在2 個(gè)容器中）。

實(shí)驗(yàn)C

●編號(hào)為A-B-C-D 的小管各1 支。

●12 支空小管。

●微量移液器和吸頭（0.5～10、10～100、100～1 000 μL）。

●含有NaOH 的Falcone 錐形管。

●小管I（裝有酚酞）。

實(shí)驗(yàn)A

螨的系統(tǒng)學(xué)和分類學(xué)

螨（或蜱螨目）是蛛形綱的一個(gè)類群，包括螨和蜱。在大多數(shù)現(xiàn)代分類中，螨被認(rèn)為是蛛形綱的一個(gè)亞綱。螨由2 個(gè)總目組成：真螨總目（Acariformes 或Actinotrichida），寄螨總目（Parasitiformes 或Anactinotrichida）。螨是蛛形綱動(dòng)物，身體分為2 個(gè)部分：顎口部（包括螯肢和腳須）和軀干部（身體剩余部分）。某些螨類中，氧氣和二氧化碳的內(nèi)部運(yùn)輸和交換通常由分支氣管系統(tǒng)介導(dǎo)，該氣管系統(tǒng)通過氣孔通向體外。蜱螨亞綱不同目動(dòng)物及其他具氣孔動(dòng)物中，氣孔位于不同的體節(jié)（圖1 和圖10）。

圖1 心電圖指南

本實(shí)驗(yàn)由2 個(gè)任務(wù)組成

你有4 種螨的標(biāo)本（玻片A-B-C-D）

任務(wù)A.1 根據(jù)螯肢和須肢的形狀，請(qǐng)?jiān)诖痤}紙的表A.1 中，用“√”標(biāo)出每種螨的生活方式。

土壤中棲息的捕食者：螯肢具窄的螯（圖2）。腳須簡(jiǎn)單，分5 節(jié)，有時(shí)具突起（須肢跗節(jié)上具1根粗壯剛毛，末端有2～3 個(gè)分支）（圖7）。

圖2 開始運(yùn)動(dòng)時(shí)的一部分心電圖

自由生活的捕食者：螯肢彎刀狀（圖4）。腳須脛節(jié)遠(yuǎn)側(cè)有一個(gè)大爪，腳須的跗節(jié)置于脛節(jié)側(cè)（拇指-爪，圖8）。

圖4 運(yùn)動(dòng)第2 min 的一部分心電圖

寄生者：螯肢沒有固定指，前端尖銳（圖5），須肢分5 節(jié)。

圖5 運(yùn)動(dòng)第3 min 的一部分心電圖

食腐性螨：螯肢粗厚（圖3），腳須2 節(jié)。

圖3 運(yùn)動(dòng)第1 min 的一部分心電圖

植物食性螨：螯肢鞭狀（口針）（圖6），腳須4節(jié)。

標(biāo)本編號(hào)

任務(wù)A.2 通過二歧分類檢索表鑒定螨。

使用下面的二岐分類檢索表識(shí)別每種螨所屬的類群。在答題紙中將你的選擇填寫在最適合的方框內(nèi)。圖、表均說明相同的數(shù)據(jù)。

1a 1b 2a 2b 3a 3b 4a 4b 5a 5b 6a 6b 7a 7b 8a 8b 9a 9b 10a 10b在基節(jié)II后有1 ～4對(duì)背外側(cè)或腹外側(cè)氣孔（圖1A、B、C、D）在基節(jié)II后無可見的氣孔在基節(jié)III后有4對(duì)背外側(cè)氣孔（圖1A）在基節(jié)II ～I(xiàn)V側(cè)面區(qū)域或基節(jié)IV后有1對(duì)腹外側(cè)氣孔（圖1B、C、D）氣孔周圍沒有圍氣門片（圖1D）氣孔通常具圍氣門片（圖1B、C）氣孔位于基節(jié)II ～I(xiàn)II之間氣孔位于基節(jié)III ～I(xiàn)V之間氣管系統(tǒng)有1對(duì)氣孔開口于螯基之間，其圍氣門片位于螯基上（圖1E）器官系統(tǒng)無氣孔，螯基之間無圍氣門片（圖1E）基節(jié)III ～I(xiàn)V之間有成對(duì)的螺旋板位于后側(cè)部基節(jié)IV后有成對(duì)的螺旋板位于后側(cè)部顎角（圖7）簡(jiǎn)單顎角具齒（圖7）圍氣門片水平延伸至基節(jié)I前緣圍氣門片短，環(huán)繞在中部或頂部在螯肢基部有1對(duì)氣孔開口，腳須跗節(jié)置于脛節(jié)遠(yuǎn)端1對(duì)氣孔的圍氣門片背面在螯肢基部，腳須具拇指-爪結(jié)構(gòu)（圖8）須肢2節(jié)，附肢跗節(jié)1個(gè)爪須肢5節(jié)，附肢跗節(jié)3個(gè)爪2 5-3 6 4 7 8 9 1寄螨總目真螨總目節(jié)腹螨目-節(jié)腹螨科-真蜱目-巨螨目中氣門目恙螨目疥螨目隱喙蜱科硬蜱科異翅螨科巨螨科厲螨科瓦螨科大赤螨科恙螨科粉螨科Pheroliodidae科0————--

在答題紙的表A.2 中，依次顯示你的檢索步驟。例如，巨螨科的檢索步驟如下：

步驟標(biāo)本巨螨科載玻片“A”載玻片“B”載玻片“C”載玻片“D”1 2 3 5 1a 2b 4 3b 4a 7b 6-

實(shí)驗(yàn)B

水蛭（Hirudo orientalis）的解剖

介紹：波斯水蛭（Hirudo orientalisUtevsky &Trontelj，2005）是一種集群的環(huán)節(jié)動(dòng)物，屬于醫(yī)蛭科。這是里海地區(qū)最早描述的。從波斯傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)中的索羅亞斯德（Zoroastrian）時(shí)代起，它就被用于水蛭療法（Hirudotherapy）。偉大的哲學(xué)家和醫(yī)生Avicenna 用水蛭治療各種疾病。在醫(yī)蛭吸血過程中，會(huì)將其唾液中的活性化合物同時(shí)注入宿主血液，以此輔助治愈。由于近年來廣泛使用水蛭療法，野生醫(yī)蛭種群接近滅絕。德黑蘭大學(xué)生物學(xué)院10 年來一直致力于該物種生命周期研究。首先是為了減少?gòu)淖匀怀靥林胁东@野生水蛭的壓力，其次為水蛭生長(zhǎng)提供清潔的人工池塘。桌上的標(biāo)本是在黑德蘭大學(xué)室內(nèi)養(yǎng)殖的標(biāo)本，用無病原體的馬或駱駝血喂養(yǎng)。

任務(wù)B.1 識(shí)別水蛭的外部結(jié)構(gòu)。

任務(wù)B.2 解剖和識(shí)別水蛭的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

任務(wù)B.1 識(shí)別水蛭的外部結(jié)構(gòu)。

使用手持放大鏡觀察提供的水蛭標(biāo)本中的如下結(jié)構(gòu)：肛門、口吸盤和后吸盤、腎孔、雄性和雌性生殖孔。然后，在答題紙中回答以下問題。

任務(wù)B.1.1

在答題紙中用“√”表示以下每個(gè)陳述是否正確。

Q.1 在提供的標(biāo)本的前背部上可很容易地觀察到環(huán)帶

Q.2 該物種的爬行需要使用3 種類型的肌肉，即縱肌、環(huán)肌和斜肌

任務(wù)B.1.2

根據(jù)下圖，在答題紙的表格中將正確的數(shù)字分別填寫在與其匹配的器官名稱下面。

結(jié)構(gòu)數(shù)字口吸盤 后吸盤 肛門 雄性生殖孔 雌性生殖孔 腎孔

任務(wù)B.2（18 分）

解剖和識(shí)別水蛭的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

戴上手套，用鑷子從提供的管中取出包裹在濕紙巾中、經(jīng)酒精處理的水蛭，然后將其置于培養(yǎng)皿中。為了方便解剖和觀察，在麻醉后，其腸內(nèi)的血液大都通過一個(gè)小的水平切口放出，但腸道里總會(huì)殘留一些血。首先，將水蛭頭部向前（朝向?qū)W生代碼）、背部向上，置于藍(lán)色解剖板（約15 cm×20 cm）上。將普通大頭釘插入泡沫解剖板上水蛭的前、后吸盤固定水蛭。然后，找到肛門，用鑷子提起背側(cè)角質(zhì)層，在距離肛門約2 cm處剪開。將剪刀的尖端插入角質(zhì)層并做1 個(gè)小切口，切口應(yīng)足夠深，以便用剪刀將體壁和背部腸壁一起剪開。向前剪開背部的角質(zhì)層和背側(cè)腸壁，一直剪至口腔吸盤。使用棉花和NaCl 清潔殘留在腸道內(nèi)的血液，然后將垃圾投入桌上的小垃圾桶中。移開體壁，用普通大頭針傾斜插入將其固定。生殖、神經(jīng)、排泄系統(tǒng)位于腸壁下方腹側(cè)，通過肉眼或放大鏡很容易觀察到。

注意：該物種是雌雄同體，在任何特定時(shí)間，每個(gè)個(gè)體均可充當(dāng)潛在的雄性或雌性。

解剖完成后，使用提供的彩色大頭針標(biāo)記以下器官。

器官名稱唾液腺陰道精巢前列腺附睪神經(jīng)節(jié)（生殖器官后2 cm）大頭針顏色粉色黑色黃色綠色白色藍(lán)色

根據(jù)解剖標(biāo)本的內(nèi)部和外部特征，在答題紙中用“√”表示以下每個(gè)陳述是否正確。

Q.1 氣體交換在表皮。

Q.2 每個(gè)個(gè)體可與幾個(gè)潛在的雌性交配。

Q.3 受精在體內(nèi)完成。

Q.4 個(gè)體能自體受精。

Q.5 體腔增大，以支持腸道中的大量血液儲(chǔ)存。

Q.6 腸壁具有側(cè)囊以增加腸表面積。

Q.7 該物種有吻。

Q.8 對(duì)該物種的外部環(huán)和內(nèi)部解剖結(jié)構(gòu)的分析顯示，它有50 個(gè)或更多個(gè)體節(jié)。

標(biāo)記完成后，將你的紅色旗幟置于旗架上，實(shí)驗(yàn)助理將拍攝你的解剖照片。他/她也會(huì)將你的解剖板拿走。在此階段后，脫下手套并投入垃圾桶。

實(shí)驗(yàn)C

運(yùn)動(dòng)的生理變化

這一部分，旨在評(píng)估運(yùn)動(dòng)的生理變化。為此，將開展以下步驟：

在運(yùn)動(dòng)期間測(cè)量心電圖（ECG）中的QT 間期。

通過統(tǒng)計(jì)分析指示ECG 的顯著變化。

測(cè)量運(yùn)動(dòng)后的pH 值。

任務(wù)3.1 測(cè)量QT 間期。

在這部分中，你將測(cè)量以下心電圖中的QT 間期。提供的4 個(gè)心電圖，屬于運(yùn)動(dòng)開始、第1 min、第2 min 和第3 min 的心電圖。根據(jù)提供的指南并使用網(wǎng)格，測(cè)量每個(gè)心電圖的QT 間期。（注意：在心電圖中，最小的方塊相當(dāng)于0.04 s）

任務(wù)3.1 以秒為單位將答案寫入答題紙（四舍五入至小數(shù)點(diǎn)后2 位數(shù)）。（每空0.5 分）

QT間期開始時(shí)第1 min第2 min第3 min

任務(wù)3.2 QT 間期的統(tǒng)計(jì)分析。

在運(yùn)動(dòng)期間測(cè)量了3 個(gè)不同受試者的QT 間期。在3.2.A 中，你將進(jìn)行方差分析（ANOVA）以測(cè)試健康個(gè)體運(yùn)動(dòng)期間QT 期間的顯著變化。在3.2.B 中，在起搏壓力測(cè)試期間對(duì)健康個(gè)體進(jìn)行相同的分析，而不是在運(yùn)動(dòng)期間測(cè)量QT 間期。最后，你將解釋你的結(jié)果并得出結(jié)論。

3.2.A 對(duì)QT 間期數(shù)據(jù)進(jìn)行ANOVA 分析。

3.2.A.1 在下表中，測(cè)量了3 個(gè)不同受試者的QT 間期（以毫秒為單位）。

第1 min第3 min第10 min第20 min平均值受試者1的QT間期360 320 310 298 322受試者2的QT間期340 312 298 280 307.5受試者3的QT間期347 325 307 295 318.5平均值349 319 305 291總平均值（MT）=316

任務(wù)3.2.A.2 使用以下公式計(jì)算“總平方和”（SST或SStotal）。在答題紙的表3.2.A 中填入答案（四舍五入至小數(shù)點(diǎn)后1 位）。

x：每個(gè)時(shí)間點(diǎn)的每個(gè)受試者的個(gè)體值，MT：總平均值。

任務(wù)3.2.A.3 使用以下公式計(jì)算“組間平方和”（SSbetween或SSB）。在答題紙的表3.2.A 中填入答案（四舍五入至小數(shù)點(diǎn)后1 位）。

MG：每組比較的平均值，MT：總平均值，n：每組的觀察數(shù)。

任務(wù)3.2.A.4 根據(jù)下表，在空格中填寫QT間期的AVOVA 分析結(jié)果。在答題紙的表3.2.A 中填入答案（四舍五入至小數(shù)點(diǎn)后1 位數(shù)）。

QT 間期的AVOVA 計(jì)算結(jié)果：

來源組間平方和SSB自由度K-1方差估計(jì)（MS）MSB =F比率MSB MSW組內(nèi)總計(jì)SSW=SST-SSB SST N-K N-1 SSB K - 1 MSW =SSW N - K

K是時(shí)間點(diǎn)的數(shù)量，N是觀察的總數(shù)。

任務(wù)3.2.A.5 使用下表，估算與你獲得的F比率對(duì)應(yīng)的P值的上限閾值。寫在答題紙上。（1分）

F比率0.45 2.92 5.42 7.59 9.60 15.83 P值0.5 0.1 0.025 0.01 0.005 0.001

?P值

3.2.B 在第2 個(gè)實(shí)驗(yàn)中，從在心臟導(dǎo)管插入手術(shù)期間進(jìn)行起搏壓力測(cè)試的3 個(gè)受試者獲得類似的數(shù)據(jù)。在該實(shí)驗(yàn)中，在使用心臟導(dǎo)管的實(shí)驗(yàn)期間心率逐漸升高，而不是在先前的實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行運(yùn)動(dòng)期間觀察到的升高的心率。結(jié)果如下表所示。

第1 min第3 min第10 min第20 min受試者1的QT間期310 310 310 310受試者2的QT間期315 310 305 305受試者3的QT間期310 310 310 305

然后，再次進(jìn)行ANOVA 分析，得到2.2 的F比率。使用下表，估算對(duì)應(yīng)于給定F比率的P值的上限閾值。寫在答題紙上。（1 分）

F比率0.45 2.92 5.42 7.59 9.60 15.83 P值0.5 0.1 0.025 0.01 0.005 0.001 P值

任務(wù)3.2.C.1 考慮到P值在小于0.05 時(shí)具有統(tǒng)計(jì)上的顯著性，運(yùn)動(dòng)和起搏的影響是否不同？（在答題紙中用“√”表示正確答案）（2 分）

?是否

任務(wù)3.2.C.2 根據(jù)你的生理學(xué)知識(shí)和本研究的結(jié)果，指出以下每個(gè)陳述是否正確。（在答題紙中用“√”表示正確答案。）（1 分）

陳述1.在健康受試者的QT 間期中發(fā)生主動(dòng)脈瓣的打開和關(guān)閉2.根據(jù)第1項(xiàng)研究的結(jié)果，心輸出量在運(yùn)動(dòng)的第1 min至第20 min 之間會(huì)減少3.第2項(xiàng)研究的結(jié)果表明，交感神經(jīng)激活可能是QT間期變化背后的主要因素正確 錯(cuò)誤

任務(wù)3.3 運(yùn)動(dòng)后測(cè)量尿液和血漿pH 值。

一組研究人員希望在運(yùn)動(dòng)后30 min 測(cè)量尿液和血漿pH 值，因此，他們?cè)谶\(yùn)動(dòng)后30 min 收集了3只患有心室間隔缺損（VSD）的猴的尿液和血漿樣本。室間隔損失使血液從左心室滲漏到右心室。

他們使用色譜技術(shù)通過分離“原始樣品”的蛋白質(zhì)以消除蛋白質(zhì)對(duì)樣品滴定的影響。

在第2 步中，研究人員希望減少其樣品中其他緩沖液的影響，因此，他們根據(jù)常規(guī)方案將鹽酸溶液（HCl）添加到收集的樣品中。

來自4 個(gè)不同來源的“經(jīng)處理的樣品”在4 個(gè)微管（A～D）中提供。

要找到被收集到的每個(gè)樣品的來源，你必須使用以下方案測(cè)量微管的pH 值（A～D）：

1.首先選擇1 個(gè)樣品（A～D），然后將100 μL樣品加入空的微管中。

2.使用微量移液管，在含有100 μL 樣品的微管中加入10 μL 酚酞指示劑（微管“I”）。（指示劑在酸性溶液中無色，在堿性溶液中呈粉紅色）

3.通過添加100 μL NaOH（0.01 M）溶液，開始對(duì)前2 步準(zhǔn)備的溶液進(jìn)行初步滴定。

4.重復(fù)上一步操作（添加100 μL NaOH），直至指示劑變?yōu)榈凵?，粉紅色不會(huì)通過移液消失。請(qǐng)注意，你無需在答題紙中寫入體積。（在pH值為7 時(shí)，指示劑變?yōu)榈凵@是滴定的終點(diǎn)）

5.現(xiàn)在對(duì)所選樣品進(jìn)行更精確的滴定，丟棄前面滴定溶液的微管（在步驟4 中變成淡粉色的溶液），并根據(jù)步驟1 和步驟2 在另一個(gè)空微管中為所選樣品制備另一管溶液。

6.將NaOH 加入到步驟5 的溶液中，直到剩下100 μL，達(dá)到你在步驟4 中達(dá)到的最終滴定體積。

7.向步驟6 的溶液中加入10 μL NaOH。

8.再次進(jìn)行上一步（添加10 μL NaOH），直至指示劑變?yōu)榈奂t色，此時(shí)達(dá)到滴定終點(diǎn)。記下用于達(dá)到終點(diǎn)的NaOH 總體積。你在此步驟中達(dá)到的NaOH 體積，比步驟4 的估計(jì)體積更準(zhǔn)確。

9.選擇另1 個(gè)樣品（A～D）并對(duì)該樣品進(jìn)行步驟1 至步驟8，以找出達(dá)到滴定終點(diǎn)所需的NaOH體積。

任務(wù)3.3.1 根據(jù)NaOH（0.01 M）溶液的體積，你已達(dá)到了每個(gè)樣品的滴定終點(diǎn)，計(jì)算每個(gè)“處理過的樣品”的pH 值。（四舍五入至小數(shù)點(diǎn)后3 位數(shù)）

樣品添加NaOH的體積（μL）“處理過的樣品”的pH值A(chǔ) B C D

任務(wù)3.3.2 研究人員為了用于減少原始樣品緩沖液的方案提供了一個(gè)公式（如下），根據(jù)“處理過的樣品”的滴定結(jié)果計(jì)算“原始樣品”的pH 值。

V：用于達(dá)到“處理樣品”滴定終點(diǎn)的NaOH 體積（μL）。

α：它是對(duì)應(yīng)于“原始樣品”的緩沖物的指數(shù)，每個(gè)樣品的α 指數(shù)在下表中提供。

樣品α指數(shù)A B C D 6 420 902 1 111 709

考慮所提供的公式、α指數(shù)及達(dá)到滴定終點(diǎn)的NaOH 體積，計(jì)算“原始樣品”的pH 值并將其寫在答題紙中。（四舍五入至小數(shù)點(diǎn)后3 位數(shù)）

樣品“原始樣品”的pH值A(chǔ) B C D

任務(wù)3.3.3 根據(jù)原始樣品計(jì)算的pH 值，確定每個(gè)樣品的來源，并在答題紙的來源下寫下其名稱（A～D）。

來源樣品名稱（A～D）下腔靜脈 肺動(dòng)脈肺靜脈尿

任務(wù)3.4 根據(jù)原始樣品計(jì)算的pH 值及其來源，確定以下每個(gè)陳述是否正確，并在答題紙中對(duì)應(yīng)的空格處用“√”標(biāo)出。

陳述1.右心房的O2分壓（PO2）高于肺靜脈2.肺動(dòng)脈的CO2分壓（PCO2）高于肺靜脈3. 在換氣過度導(dǎo)致的血液中PCO2減少的健康受試者中，腎臟試圖增加下腔靜脈中碳酸氫根離子的量4.在禁食期間導(dǎo)致的血液中乳酸量增加的情況下，腎臟試圖減少尿液中氫離子的量5.在呼吸正常且無過度通氣的受試者中，如果腎單位的氫離子泵受到抑制并且氫離子分泌到管狀液體中的量減少，則肺動(dòng)脈中的碳酸氫根離子的量將少于正常值正確錯(cuò)誤