第27 届国际生物学奥林匹克竞赛试题实验1·植物解剖和生理

陶若婷 张雁云 范六民 戴俊彪 张 立

（1 北京十一学校 北京 110000 2 北京师范大学生命科学学院 北京 100875 3 北京大学生命科学学院 北京 100871 4 清华大学生命科学学院 北京 100084）

总分：91 分

时间：90 min

该考题包含3 个实验：

实验1 叶的色素测定（30 分）

任务1 用分光光度计定量测定色素

任务2 用薄层层析定性测定色素

实验2 植物解剖（31 分）

任务3 观察4 个样本的解剖特征

任务4 制作数据矩阵， 并在给定的进化树中识别每个样本的位置

任务5 画出维管束的详细结构

实验3 植物物种鉴定，制作数据矩阵（30 分）

任务6 鉴定5 种花样本的形态学和解剖特征

任务7 用提供的二叉式检索表检索样品PGPK

任务8 制作数据矩阵

用于3 个实验的设备和材料

实验1：叶的色素测定

名称 数量大豆叶样品（样品A 和B） 2支小离心管正对照 1支小离心管标有学生编码的薄层层析板 1块比色皿 2个95%酒精 40 mL 于falcon 管中清洗移液器的酒精 20 mL 于falcon 管中层析溶液（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件滤纸 2张镊子 1件1 mL 玻璃吸管 2个5 mL 玻璃吸管 1个吸耳球 1个

名称 数量1.5 mL 小离心管 2个小离心管架 1个1.5 mL 的Falcon 管 4个比色皿架 1个毛细管 2个计算器 1件用于计算的草稿纸 1件手套 3副卫生纸 5张铅笔和铅笔刀 各1 件直尺 1把记号笔 1支口罩 1件塑料护目镜 1件垃圾筒 1个

实验2：植物解剖

4 个不同植物物种的茎，标记为SC、SD、SE 和SF。名称 数量每个物种包括2 个样品 8件显微镜 1件尖针 1件载玻片 10 件盖玻片 10 件滤纸 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%胭脂红溶液 20 mL 1 瓶1.5%的甲基绿溶液 20 mL 1 瓶蒸馏水 20 mL 1 瓶计时器 1件记号笔 1件胡萝卜片（作为切板） 1件

实验3：鉴别植物物种，制作数据矩阵

名称 数量70%的乙醇浸泡的5 个花标本，标记为样品PG、PH、PI、PJ、PK。每个标本2 朵花 5管显微镜 1件胡萝卜片（作为切板） 1件放大镜 1件尖针 1件披形针 1件载玻片 5件盖玻片 5件镊子 1 件刀片 2件滤纸 5件口罩 1件记号笔 1件蒸馏水 1瓶

实验1 叶的色素测定（30 分）

介绍： 对不同光照强度的适应涉及许多生理特性的变化。 直接暴露在阳光下的叶（向光叶）的叶， 其结构和色素组成与生长在遮阴条件下的叶（遮荫叶）下生长的叶子有差异。 叶这种适应可以通过叶色素的定性和定量鉴定予以鉴别。

薄层色谱（TLC）是用于分离和分析混合物中不同色素的技术。 叶色素包括叶绿素a，叶绿素b，类胡萝卜素和叶黄素（紫黄质，新黄质）（见下面的公式）可以在TLC 板上显示出来。 为测定每种色素的量，用分光光度法在不同波长下定量叶提取物。

实验步骤：

·在一个单独的研钵中，用2 mL 95%的乙醇将每个叶样品研磨成细混合物。 将另外5 mL 95%的乙醇加入混合物中， 并继续研磨成均匀的混合物。转移混合物到漏斗上的独立的滤纸上。将提取物收集到标记好的15 mL Falcon 管， 至最多5 mL，作为提取物A 和提取物B。

·每个提取物取0.5 mL 转移到新标记的15 mL Falcon 管。

·用95%的乙醇稀释各提取物至5 mL，并轻轻混匀。

·将稀释的提取物A 和B 分别转移到标记的比色皿A 和B。在649 和664 nm 下测量比色皿A 和B 吸光值（当你的比色皿准备好时，举起绿卡。监考人员将测量你的样品并将吸光值给你。在等待测量时，你应该继续下一步实验）。

·用直尺和铅笔， 在薄层层析板底部边缘向上1.5 cm 处轻轻画出起始线。 然后在距起始线向上4.5 cm 处标记出停止线。 在层析板中间轻轻画一条垂直线，将板分成左、右2 个部分，并在中间沿起始线轻轻画出1 cm 宽的直线作为点样线。

·转移约0.5 mL 提取物A（不稀释）到1.5 mL离心管中。 使用玻璃毛细管从离心管吸取提取物A，轻轻地加载到沿左侧层析板起始线1 cm 宽的短线上。 每次让溶剂略微变干后多次加载色素提取物至10 次。 右侧层析板以同样操作加载阳性对照。

·在室温下干燥层析板约1 min。将层析板置于装有溶剂的TLC 瓶中，并盖好盖子（注意层析板上的色素面不得与层析溶剂接触）。当洗脱液到达停止线时，立即将层析板从TLC 瓶中取出。 （举起绿卡，监考人员将给你的薄层层析结果照相，并打分）。 你的薄层板照片共计6 分。

在答题卡上回答以下问题：

问题1.1（10 分）

将吸光值记录到下表中。 根据下式（Lichtenthaler，1987）计算叶绿素a（Chl a）、叶绿素b（Chl b）和总叶绿素的浓度（Total Chl）。 计算提取物A、提取物B 中叶绿素a 与叶绿素b 的的比值（精确到小数点后2 位）。

叶绿素a（mg／L）＝-5.19×（A649）+13.36×（A664）

叶绿素b（mg／L）＝27.43×（A649）-8.12×（A664）

总叶绿素（mg／L）＝22.24×（A649）+5.24×（A664）

提取物A649 A664 叶绿素a 叶绿素b 总叶绿素 叶绿素a／叶绿素b 的比值A B

问题1.2（2 分）

在答题卡上，用√指明下面的语句正确与否。

A.用于提取A 的叶子通常比提取B 的叶子厚

B.用于提取A 的叶对光抑制更敏感

C.提取物A 是从阴生叶中提取的

D.提取物A 的叶子比B 的叶子有更低的光补偿点

问题1.3（6 分）

将图贴于答题卡上。

问题1.4（10 分）

根据下列公式计算出的Rf 值，确定各色素的名称。 从起始线到色素条带的水平和垂直中心的距离测量色素迁移距离。 通过从起始线到溶剂前沿之间的距离，测量溶剂迁移距离。

*无条带＝不得分

色素条带（从停止线到起始线根据TLC 条带）5个主要色素的Rf 值（精确到小数点后2 位）色素名称1 2 3 4 5

问题1.5（2 分）

在答题卡上指出下列每个叙述正确与否，以√标记。

A.由于分子量不同，叶绿素a 和叶绿素b 显示不同的Rf 值

B.叶绿素和β-胡萝卜素的Rf 值不同是因为极性不同

C.色素迁移速度主要取决于色素与薄层层析板上固定相的相互作用

D.在薄层层析实验中，正己烷和丙酮一起用作层析溶剂， 这2 种溶剂用于提高不同色素的溶解度

实验2 植物解剖（31 分）

陆生植物在近500 万年前从藻类进化而来。在陆地植物从藻类亲戚分化出来时， 许多便于其在干燥的陆地上生存和繁殖的新特征应运而生。陆生植物中， 茎是支持叶和生殖器官的最重要的器官之一，它通过机械加强和运输水分、矿物和有机物而实现其功能。这些功能是通过维管系统（包括存在于某些植物中的木质部和韧皮部的） 而实现。 植物茎切面的内部结构（解剖）可通过显微镜观察到。

在本任务中，你将进行4 种植物的茎的切片，并观察其解剖特征。根据维管系统的特征，构建一个代表维管系统演化趋势和给定植物物种间关系的系统进化树。

实验步骤：

·用刀片对标本进行徒手切片。 制备尽可能薄的横切片。

·将部分切片放置到载玻片上。 滴加几滴漂白溶液以完全覆盖切片，静置2 min。 用滤纸去除多余的漂白溶液。

·加几滴HC1 溶液滴完全覆盖切片， 静置30s。 然后，用滤纸除去过量的HC1 溶液。

·滴加水以洗涤切片。之后，使用滤纸去除多余的水。

·加几滴胭脂红溶液染色切片3 min。用滤纸除去胭脂红溶液。

·添加几滴甲基绿溶液，完全覆盖切片、染色30 s。 之后，用滤纸去除多余的甲基绿溶液。

·滴加几滴水，盖上盖玻片，用滤纸除去多余的水，然后在显微镜下观察。

在答题卡上，回答下列问题：

问题2.1（8.0 分）

下列组织存在于所有植物样品中吗？ 在下表中，用“√”标记样本中观察存在的组织，“×”标记样本中不存在的组织。

组织 SC SD SE SF软木不同的皮质和髓内皮层维管形成层维管束被厚壁组织鞘包围

问题2.2（6.4 分）

用植物切片观察4 种茎的解剖特征， 陈述它们是否存在（0：不存在，1：存在）。 在答题卡的数据矩阵上写下每个特征的状态数字（0 或1）。 外群SH 的数据已经给出。

基于上面数据矩阵， 下图已经用简约法构建出4 种实验植物物种和1 种给定物种(SH)的系统进化树。假设原始性状状态（状态0）与类群SH 的状态相同。

5 个物种的系统进化树（类群：T）

特征或性状 SC SD SE SF SH C1.维管组织 0 C2.由外韧维管束组成的维管系统 0 C3.散落于薄壁组织中的外韧维管束 0 C4.中柱具有髓或维管束被薄壁组织分开 0

问题2.3（8.0 分）

用问题2.2 中的结果， 判定对应于系统进化树中的特征（a～d）的茎特征（C1～C4），并确定每个实验植物物种（SC～SF）其对应于系统进化树中类群（T1～T4）的位置。

·写下对应于系统进化树中特征（a～d）的茎特征（C1～C4）：

在系统进化树中的特征（a～b） 茎的解剖特征（C1～C4）a b c d

问题2.4（6.0 分）

写下对应于它的系统进化树中的分类单元（T1～T4）的植物物种（SC～SF）的名称：

系统发育树中的分类单位 植物种类（SC～SF）T1 T2 T3 T4

问题2.5（1.0 分，每题0.25）

参考下边维管束图，将后生木质部（1）、韧皮部（2）、原生木质部（3）和厚壁组织（4）标记在图中空白处。

问题2.6（1.6 分）

在答题卡上指出下列每个叙述正确与否，以√标记。

A．植物SC 的茎不能像植物SD 和SE 有效地运输水

B．植物SD 中的石细胞使茎坚硬

C．植物SE 茎直径在植物发育过程中不会持续增加，因为厚壁组织限制维管束的发育

D．表皮之下的厚壁组织环加强植物SF 的茎

实验3 植物物种的鉴定，数据矩阵制作（30 分）

介绍：

花的结构极其多样,它们对植物物种鉴定有用。

在该任务中， 将鉴定5 个给定的花样品的形态解剖性状（样品PG 到PK），并在答题卡上回答问题。根据给定的二分检索表，用观察到的形态解剖学特征给样品PG-PK 命名。给给定的样品制作数据矩阵。

为了帮助理解下图所使用的术语：

实验步骤：

3.1 花的对称性

·用镊子从falcon 管夹取样品放到载玻片上。 盖上管盖，以避免乙醇挥发。 用滤纸除去载玻片上过量的乙醇。

·小心处理花标本， 因为你需要用提供的植物材料做该部分所有观察。

问题3.1（2.5 分）

区分每个样本的花的对称性， 并用√填写表格，表明花是辐射或两侧对称。

花对称性 样本PG 样本PH 样本PI 样本PJ 样本PK辐射对称两侧对称

3.2 花部数目和特征

·用尖端针，披针形针头，刀片和放大镜依次分析所有样本的花萼、花冠、雄蕊、雌蕊。

·仔细观察所有的样品， 完成问题3.2 及问题3.3。

问题3.2（4.5 分）

确定每个样本花萼或萼裂片、花冠裂片、雄蕊的数量，填入下表中。

结构单位数 样本PG 样本PH 样本PI 样本PJ 样本PK萼片数或萼裂片数花冠裂片数雄蕊数

问题3.3（9.0 分，每空0.3 分）

确定每个样本花萼、花冠、花丝、雌蕊等的特征，并在下表中填写“√”或“×”表明具有或不具有该特征。

特征 样本PG 样本PH 样本PI 样本PJ 样本PK花萼背面有毛花冠背面有毛花丝等长花丝无柄子房上位合心皮雌蕊

·将雌蕊放在胡萝卜片上， 用刀片分别横切一朵花的子房，使切片尽可能薄；纵切同一样本另一朵花的子房。 制各样本PG、PI、PJ（样本PH、PK已经给出）。 切片置于玻片上， 在切片上滴一滴水，盖上盖玻片，在显微镜下观察切片。

问题3.4（3.0 分）

确定每个样品中的子房室和每室胚珠的数量，并把这些数目写在下表中。

结构单位数 样本PG 样本PH 样本PI 样本PJ 样本PK子房室数目 4 4每室胚珠数 1 1

3.3 鉴定植物物种

二分检索表检索物种：本检索表根据物种是否有某种特征制作出来。 仔细阅读检索表，如果该物种不具备A 行中的特征，则看同一数字下的B 行。

1花丝等长或无柄 到2花丝不等长 到6 2子房超过2 个室 物种ta子房2 个室 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 物种tb花冠背面无毛 物种tc 5 花冠背面有毛，雌蕊心皮合生 物种td花冠背面无毛，雌蕊心皮离生 物种te 6花冠4～5 裂片 到7花冠多于5 个裂片 物种tm 7每子房室只有1 胚珠 到8每子房室胚珠数多于1 到9 8花萼背面无毛 物种tf花萼背面有毛 物种tg 9 花冠背面有毛，下位子房 物种th花冠背面无毛，子房上位 物种tk

问题3.5（6.0 分）

使用二分检索表，鉴定样品PG-PK 的物种名称， 在下表中选择填写物种名称（ta、tb、tc、td、te、tf、tg、th、tk、tm）。

样本PG 样本PH 样本PI 样本PJ 样本PK物种名称

3.4 制作数据矩阵

问题3.6（5.0 分）

在下边数据表格中填写每个特征（性状）正确的状态。

特征状态 样本PG 样本PH 样本PI 样本PJ 样本PK花辐射对称（0）和花两侧对称（1）花萼远背面无毛（0）和有毛（1）花冠远背面无毛（0）和有毛（1）雄蕊数量大于等于5（0）或者小于5（1）花丝等长（0）或者不等长（1）花丝有柄（0）或者无柄（1）上位子房（0）或者下位子房（1）雌蕊心皮离生（0）或者雌蕊心皮合生（1）子房室数量大于等于3（0）或小于3（1）每室胚珠数大于1（0）或者等于1（1）

（待续）