第27届国际生物学奥林匹克竞赛试题实验2·动物系统学和解剖
2019-10-31张雁云范六民戴俊彪陶若婷
张雁云 范六民 戴俊彪 张 立 陶若婷
（1北京师范大学生命科学学院 北京 1008752北京大学生命科学学院 北京 1008713清华大学生命科学学院 北京 1000844北京十一学校 北京 110000）
总分：100分
时间：90min
本考试包括以下2个实验部分：
实验1：蝴蝶分类（65分）
任务1鉴定所有提供的蝴蝶标本
任务2编制特征矩阵
任务3根据所提供的特征矩阵计算距离矩阵
任务4分析所有标本的系统发生关系
任务5绘制一个系统发生树
实验2：蚯蚓解剖（学名：Amynthas aspergillum）（35分）
任务6识别蚯蚓的外部结构
任务7解剖并识别蚯蚓的内部结构
材料和设备
实验1：蝴蝶分类
名称 数量含8个蝴蝶标本的标本盒 镜 1盒口罩1件镊子1把放大1把尺子 1把钢笔 1支计算器 1个计算用草稿纸 1叠手套 2双纸巾 1盒
实验2：蚯蚓解剖
名称 数量酒精预处理过的蚯蚓 1条体视镜（实体镜） 剖盘 1台解1个镊子 1把解剖针 1支剪刀 1把解剖刀 1把培养皿 1个玻片 1块吸管 1支装有普通大头针的器皿 1个插有5种颜色大头针的塑料板 1个放大镜 1把手套 1双口罩 1个学生代码卡 1张笔1支纸巾 1盒
实验1蝴蝶分类（65分）
介绍：越南动、植物资源丰富多样，有超过1200种蝴蝶。然而由于栖息地的干扰和破坏，一些物种濒临灭绝。因此了解蝴蝶有助于保护其多样性。本实验的目的是识别越南的一些种蝴蝶种类，并根据这些种类的形态特征分析它们的系统关系。
任务1识别所有提供的蝴蝶标本
使用以下分类要点识别所有蝴蝶标本（A～H）。参考图1～图3识别所需的形态特征。
图1 蝴蝶的外部结构
图2 蝴蝶翅膀分类术语
蝶翅分为多个区域和中间区域。每条翅脉都赋予了编号。前翅翅脉编号从1（la，1b）到12；后翅翅脉从1（la，lb）到8进行编号。
图3
蝴蝶分类索引
1.后翅具长尾突 续2.后翅无长尾突 续6.2.翅上具白斑 续3.翅上无白斑 续4.3.前翅1a 脉和1b 脉（如图2）之间的中区具有白色斑点 Papilio noblei前翅1a 脉和1b 脉（如图2）之间的中区无白色斑点 Papilio helenus 4.翅膀背面具浅黄绿色斑带，从前翅顶角一直延伸到后缘中部 Papilio demolion前翅背面顶翅背面臀角至后缘中部无浅黄绿色斑 续5.5.后角具有一个红色斑，但内无黑点 Papilio machaon后翅背面臀角具有一个橙色或浅黄色斑，且其中有黑点 Papilio xuthus 6.白色或黄色翅 续7.非白色或黄色翅 续8.7.黄色翅，同时前翅具一橙色宽条带 Ixias pyrene白色翅，具有一个大红橙色的斑，占据半个前翅 Hebomoia glaucippe 8.前翅顶角呈圆形或尖角 续9.前翅顶角内切 续11.9.后翅具短尾突；后翅背面为棕色，具橙色带状纹 Symbrenthia lilaes后翅无短尾突 续10.10.翅脉呈褐色；后翅背面橙色，无黑点 Danaus genutia翅脉非褐色；后翅背面橙色，有黑点 Danaus chrysippus 11.翅上具眼状斑 续12.翅上无眼状斑 续13.12.后翅蓝色；后翅背面具2个眼状斑 Junonia orythia后翅非蓝色；腹面具深褐色横带纹 Junonia iphita 13.黑色翅，具白色的斑带和斑点 Athyma asura橙色翅，具黑色斑点 Polygonia c-aureum
问题1.1蝴蝶分类。（16分）
在与正确种名（拉丁学名）对应的标本A～H后划“√”。
标本 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
任务2构建特征矩阵
考虑以下的特征：1）后翅具长尾突；2）后翅具短尾突；3）前翅具1a 脉；4）后翅具1a 脉；5）前翅第8翅脉和第9翅脉：重合=1,未重合=0；6）翅脉1a延伸达前翅后缘近基角=1，其他情况=0；7）前翅翅脉la 和1b：交叉汇合=1，其他情况=0；8）翅室：开放=1，闭合=0；9）后翅橙色且具褐色翅脉；10）一个红橙色斑占据半个前翅；11）褐色翅膀背面具橙色带状纹；12）翅膀外缘区域具一连串白点；13）后翅具白斑；14）后翅背面臀角区具一橙色或一浅黄色斑，且内有一黑点；15）翅上具眼状斑；16）前翅顶角：内切=1，圆形或尖角=0。
问题2.1特征矩阵。（25.6分）
构建特征矩阵，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 后翅具长尾突b 后翅具短尾突c 前翅具1a 脉d 后翅具1a 脉e 前翅第8翅脉和1a 到达前翅第9翅脉：重合＝1，未重合＝0f 翅脉后缘近基角=1，其他情况=0g 前翅翅脉1a 和1b：交叉汇合＝1，未交叉汇合＝0h 翅室：开放＝1，闭合＝0i 前翅橙色且具褐色翅脉j 一个红橙色斑占据半个前翅k 褐色翅膀背面具橙色带状纹l 翅膀外缘区域具一连串白点m 后翅具白斑n 后翅背面内角处具一橙色或一暗黄色斑，且内有一黑点o 翅上具眼状斑p 前翅顶角：内切＝1，圆形或尖角＝0
任务3根据下面给出的特征矩阵，计算距离矩阵。本实验的其余部分请使用下表所提供的特征矩阵。该矩阵与前面的任务1和任务2并不相关。
?特征 A B C D E F G H 111000000210000000301000000400100000500010000600100000700001000810100000911000000100000001111001000001200110000
特征 A B C D E F G H 13000111111411000000150000111116000100001700001100180001111119100000002000001111210000110122000000012300010000240100000025000001002600000010
问题3.1计算距离矩阵。（8.4分）
基于上表中提供的特征矩阵数据计算距离矩阵。在距离矩阵中2个标本（specimens）之间的距离是指二者间不同的特征的个数（表中所示：具该特征为“1”；不具该特征为“0”）。将计算结果写在答题卡上。
标本 A B C D E F G H A 0B 0C 0D 0E 0F 0G 0H 0
利用UPGMA 法重建系统发生树。
UPGMA（非加权组平均法）的假设前提是，所提供的那些特征具有稳定的进化速率，是构建系统发生树最简单的方法。该方法中，每次聚类过程先将距离最小的2个单元聚在一起，组成较高级的新单元。这里通过分类单元（标本）M、N、O、P 和Q 之间的数值差异，说明这个概念。
分类单元 M N O P Q M 0N 20O 660P 4570Q 78970
聚类过程1： 距离最近2个分类单元M 和N合并为一个高阶的分类单元（M，N）。经聚类新形成的分类单元的枝长（相对分化时间）为原来2个分类单元距离的一半。在这个案例中，枝长（相对分化时间）为1。
接下来，通过计算1个分类单元中的所有子单元到其他各个分类单元的子单元的平均距离，生成一个新的距离矩阵。例如： 分类单元（M，N）和分类单元（P）之间的距离为d（N，P）和d（M，P）的平均值，即（4+5）/2，其中d（x，y）表示单元x 和y 之间的距离。结果如下表：
分类单元 （M，N）（M，N） 0.0O O 60.0P 4.570.0Q Q 7.5970.0P
聚类过程2：现在最近距离的分类单元是MN和P，它们可组成一个高阶分类单元［（M，N），P］，经聚类新形成的分类单元的枝长（相对分化时间）为2.25。接着，通过前述算出的距离构成一个新的距离矩阵。例如：分类单元［（M，N），P］和（O）之间的距离为d（M，O），d（N，O），d（P，O）之间的平均距离，即（6+6+7）/3=6.33。结果表示为下表：
分类单元 ［（M，N），P］［（M，N），P］ 0.0O O 6.330.0Q Q 7.3390.0
分类聚类过程3：现在具有最近距离的分类单元是MNP 和O，它们被聚为成一个更高级别的分类单元｛［（M，N），P］O｝，经聚类新形成的分类单元的枝长（相对分化时间）为3.17。这样，可依据计算所有的距离生成一个新的矩阵，结果如下表：
分类单元 ｛［（M，N），P］O｝｛［（M，N），P］O｝ 0.0Q Q 7.750.0
聚类过程4：在最后的单元中，剩下的2个分类单元组合成新的单元｛［（M，N），P）O］，Q｝，经聚类新形成的分类单元的枝长（相对分化时间）为3.88。
任务4分析所有标本的系统发生关系
利用UPGMA 重复聚类法，利用任务3中完成的距离矩阵，分析表1中所示的所有标本（A～H）的亲缘关系。在聚类过程中请使用标本的代码A～H。请将数值结果写在答题卡上（10.75分）。
问题4.1UPGMA 聚类过程1。（3分）
问题4.2UPGMA 聚类过程2。（2.5分）
问题4.3UPGMA 聚类过程3。（2分）
问题4.4UPGMA 聚类过程4。（1.5分）
问题4.5UPGMA 聚类过程5。（1分）
问题4.6UPGMA 聚类过程6。（0.5分）
问题4.7UPGMA 聚类过程7。（0.25分）
任务5绘制系统发生树（树状图）
问题5.1系统发生树。（4.25分）
根据UPGMA 聚类结果绘制系统发生树（树状图）。显示出各分支的相对枝长，并在枝上标出相对分化时间的数字。将系统发生树绘于答题卡上。
实验2蚯蚓解剖（35分）
介绍：参状远环蚓（Amynthas aspergillum）属于环节动物门巨蚓科（Megascolecidae），是越南常见的物种。它含有丰富的蛋白质，可作为鱼、家禽和家畜的食物。该物种作为实验性饲养并用于改善越南一些地区的土壤质量。你将对该蚯蚓进行解剖，并观察识别其外部形态和内部结构。
任务6参状远环蚓Amynthas aspergillum外部结构识别。用放大镜或体视镜观察蚯蚓的背孔、受精囊孔（也称纳精囊孔）、环带和刚毛。然后回答以下3个问题，将答案写在答题卡上。
问题6.1（3分）
在正确的陈述后面划 “√”。环带的位置由（体节数从口前缘膜口之后的位置开始计数）：
13至14体节14至16体节12至15体节14至17体节?
问题6.2（3分）
在正确选项后划“√”。每个体节中刚毛的分布情况是：
每个体节有4个刚毛分布点，每个点有2根刚毛每个体节有4个刚毛分布点，每个个刚毛分布点，每个点有3根刚毛每个体节有4点有4根刚毛每个体节有一圈均匀分布的刚毛
问题6.3（3分）
在正确的选项后划“√”。环带后每个体节的背孔数目是：
1234
任务7解剖和鉴定蚯蚓的内部结构
1）将蚯蚓放在解剖盘中，背侧朝上（图4A）。2）定位环带，然后将剪刀尖端从环带后部3cm 处插入（图4B）。
图4
3）仔细向两端切开体壁直至头部和肛门，尽量保持剪刀尖朝上，只切开体壁。4）将蚯蚓的体壁展开，用解剖刀划开隔膜（避免损伤内部器官）。5）用大头针将体壁钉在解剖盘中，大头针角度朝外以免影响你的观察。6）在解剖盘中加入水，盘中的水没过蚯蚓身体。
问题7.1（3分）
该蚯蚓有多少对受精囊（也称纳精囊），请将正确的答案写在答题卡上。
问题7.2（6分）
观察体壁的内侧，并确定下面的体节之间有／无隔膜。标明隔膜是否存在，以“√”表示正确答案。
体节之间的隔膜 有 无7／88／99／1010／11
问题7.3（10分）
?大头针颜色 器官蓝色 胃白色 盲肠红储精囊黄色 前列腺紫色 神经节链
1）将指定颜色的大头针插在相应的器官上。2）请将你的学生代码写在“学生代码表”种，并放在解剖盘旁边。3）举绿色卡片通知监考教师，拍照并将确认后的结果填入解剖结果确认表。
问题7.4（4分）
1）用解剖刀在30～40体节，切0.5～1mm 的消化道横切，将切下的材料至于盛有水的培养皿中，然后将其在水中轻轻移动，除去残留所有食物。将其放在载玻片上，加一滴水，在体视镜下观察。2）举起绿色卡片通知监考教师拍照并将确认后的结果填入解剖结果确认表中。
问题7.5（3分）
以下哪项最能说明在肠横切观察到的肠的盲道7。1）肠盲道＞肠半径（图5A）（__）。2）肠盲道具分支（图5B）（__）。3）肠盲道＜肠半径的1/2（图5C）（__）。4）肠无盲道（图5D）（__）。
图5
依据对横切面结构观察，在正确的答案划“√”。
（待续）
