第29 届国际生物学奥林匹克竞赛试题 实验3 动物系统学、解剖学和生理学

张雁云 范六民 周 洁 杨 扬 张 立

（1 北京师范大学生命科学学院 北京 100875 2 北京大学生命科学学院 北京 100871 3 华中师范大学第一附属中学 湖北武汉 430223 4 清华大学生命科学学院 北京 100084）

总分：100 分 时间：90 min

一般信息

●总分：100 分（任务A：36 分；任务B：34 分；任务C：30 分）。

●考试时间：90 min。

●请将你的学生代码写入标题页的框中。

●使用答题纸回答所有问题。写在试卷中的答题将不予以评分。

●为了使用旗帜（在你的桌子上的标志），只需将其置于桌子左侧墙上的旗台上。

●请确保所有的材料和设备均可供你使用。如果有任何遗漏，请在考试开始后15 min 内将黄旗置于旗架上。（15 min 后的任何投诉将不予受理）

●如遇紧急情况，请将你的黄旗置于旗架上。

●实验过程中，任何材料损失都不会额外提供。

●建议你开始实验前，仔细阅读整个实验流程，便于合理安排时间。

●在考试结束时立即停止答题。将全部试卷与答题纸放入信封中。实验助理将收取信封。

祝你好运。

在下表单元格中写下相邻单元格中提示的数字。

1 7

本实验包括3 个部分：

A-螨的系统学和分类学（25 min，34 分）

B-水蛭的解剖学研究（20 min，36 分）

C-运动过程中的生理变化（45 min，30 分）

材料和设备

实验A

●盒子里有4 种螨标本，分别置于标记为A、B、

C、D 的载玻片上。

●1 台显微镜。

实验B

●1 个口罩。

●1 副手套。

●1 盒面巾纸。

●1 把小剪刀。

●1 把镊子。

●1 个塑料盘。

●用湿纸巾包裹的水蛭置于管中。

●1 个具有LED 灯的放大镜。

●6 个彩色大头针。

●1 盒大头钉。

●有学生编号的泡沫板。

●5 块棉花。

●NaCl 滴瓶（装在2 个容器中）。

实验C

●编号为A-B-C-D 的小管各1 支。

●12 支空小管。

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

●含有NaOH 的Falcone 锥形管。

●小管I（装有酚酞）。

实验A

螨的系统学和分类学

螨（或蜱螨目）是蛛形纲的一个类群，包括螨和蜱。在大多数现代分类中，螨被认为是蛛形纲的一个亚纲。螨由2 个总目组成：真螨总目（Acariformes 或Actinotrichida），寄螨总目（Parasitiformes 或Anactinotrichida）。螨是蛛形纲动物，身体分为2 个部分：颚口部（包括螯肢和脚须）和躯干部（身体剩余部分）。某些螨类中，氧气和二氧化碳的内部运输和交换通常由分支气管系统介导，该气管系统通过气孔通向体外。蜱螨亚纲不同目动物及其他具气孔动物中，气孔位于不同的体节（图1 和图10）。

图1 心电图指南

本实验由2 个任务组成

你有4 种螨的标本（玻片A-B-C-D）

任务A.1 根据螯肢和须肢的形状，请在答题纸的表A.1 中，用“√”标出每种螨的生活方式。

土壤中栖息的捕食者：螯肢具窄的螯（图2）。脚须简单，分5 节，有时具突起（须肢跗节上具1根粗壮刚毛，末端有2～3 个分支）（图7）。

图2 开始运动时的一部分心电图

自由生活的捕食者：螯肢弯刀状（图4）。脚须胫节远侧有一个大爪，脚须的跗节置于胫节侧（拇指-爪，图8）。

图4 运动第2 min 的一部分心电图

寄生者：螯肢没有固定指，前端尖锐（图5），须肢分5 节。

图5 运动第3 min 的一部分心电图

食腐性螨：螯肢粗厚（图3），脚须2 节。

图3 运动第1 min 的一部分心电图

植物食性螨：螯肢鞭状（口针）（图6），脚须4节。

标本编号

任务A.2 通过二歧分类检索表鉴定螨。

使用下面的二岐分类检索表识别每种螨所属的类群。在答题纸中将你的选择填写在最适合的方框内。图、表均说明相同的数据。

1a 1b 2a 2b 3a 3b 4a 4b 5a 5b 6a 6b 7a 7b 8a 8b 9a 9b 10a 10b在基节II后有1 ～4对背外侧或腹外侧气孔（图1A、B、C、D）在基节II后无可见的气孔在基节III后有4对背外侧气孔（图1A）在基节II ～IV侧面区域或基节IV后有1对腹外侧气孔（图1B、C、D）气孔周围没有围气门片（图1D）气孔通常具围气门片（图1B、C）气孔位于基节II ～III之间气孔位于基节III ～IV之间气管系统有1对气孔开口于螯基之间，其围气门片位于螯基上（图1E）器官系统无气孔，螯基之间无围气门片（图1E）基节III ～IV之间有成对的螺旋板位于后侧部基节IV后有成对的螺旋板位于后侧部颚角（图7）简单颚角具齿（图7）围气门片水平延伸至基节I前缘围气门片短，环绕在中部或顶部在螯肢基部有1对气孔开口，脚须跗节置于胫节远端1对气孔的围气门片背面在螯肢基部，脚须具拇指-爪结构（图8）须肢2节，附肢跗节1个爪须肢5节，附肢跗节3个爪2 5-3 6 4 7 8 9 1寄螨总目真螨总目节腹螨目-节腹螨科-真蜱目-巨螨目中气门目恙螨目疥螨目隐喙蜱科硬蜱科异翅螨科巨螨科厉螨科瓦螨科大赤螨科恙螨科粉螨科Pheroliodidae科0————--

在答题纸的表A.2 中，依次显示你的检索步骤。例如，巨螨科的检索步骤如下：

步骤标本巨螨科载玻片“A”载玻片“B”载玻片“C”载玻片“D”1 2 3 5 1a 2b 4 3b 4a 7b 6-

实验B

水蛭（Hirudo orientalis）的解剖

介绍：波斯水蛭（Hirudo orientalisUtevsky &Trontelj，2005）是一种集群的环节动物，属于医蛭科。这是里海地区最早描述的。从波斯传统医学中的索罗亚斯德（Zoroastrian）时代起，它就被用于水蛭疗法（Hirudotherapy）。伟大的哲学家和医生Avicenna 用水蛭治疗各种疾病。在医蛭吸血过程中，会将其唾液中的活性化合物同时注入宿主血液，以此辅助治愈。由于近年来广泛使用水蛭疗法，野生医蛭种群接近灭绝。德黑兰大学生物学院10 年来一直致力于该物种生命周期研究。首先是为了减少从自然池塘中捕获野生水蛭的压力，其次为水蛭生长提供清洁的人工池塘。桌上的标本是在黑德兰大学室内养殖的标本，用无病原体的马或骆驼血喂养。

任务B.1 识别水蛭的外部结构。

任务B.2 解剖和识别水蛭的内部结构。

任务B.1 识别水蛭的外部结构。

使用手持放大镜观察提供的水蛭标本中的如下结构：肛门、口吸盘和后吸盘、肾孔、雄性和雌性生殖孔。然后，在答题纸中回答以下问题。

任务B.1.1

在答题纸中用“√”表示以下每个陈述是否正确。

Q.1 在提供的标本的前背部上可很容易地观察到环带

Q.2 该物种的爬行需要使用3 种类型的肌肉，即纵肌、环肌和斜肌

任务B.1.2

根据下图，在答题纸的表格中将正确的数字分别填写在与其匹配的器官名称下面。

结构数字口吸盘 后吸盘 肛门 雄性生殖孔 雌性生殖孔 肾孔

任务B.2（18 分）

解剖和识别水蛭的内部结构。

戴上手套，用镊子从提供的管中取出包裹在湿纸巾中、经酒精处理的水蛭，然后将其置于培养皿中。为了方便解剖和观察，在麻醉后，其肠内的血液大都通过一个小的水平切口放出，但肠道里总会残留一些血。首先，将水蛭头部向前（朝向学生代码）、背部向上，置于蓝色解剖板（约15 cm×20 cm）上。将普通大头钉插入泡沫解剖板上水蛭的前、后吸盘固定水蛭。然后，找到肛门，用镊子提起背侧角质层，在距离肛门约2 cm处剪开。将剪刀的尖端插入角质层并做1 个小切口，切口应足够深，以便用剪刀将体壁和背部肠壁一起剪开。向前剪开背部的角质层和背侧肠壁，一直剪至口腔吸盘。使用棉花和NaCl 清洁残留在肠道内的血液，然后将垃圾投入桌上的小垃圾桶中。移开体壁，用普通大头针倾斜插入将其固定。生殖、神经、排泄系统位于肠壁下方腹侧，通过肉眼或放大镜很容易观察到。

注意：该物种是雌雄同体，在任何特定时间，每个个体均可充当潜在的雄性或雌性。

解剖完成后，使用提供的彩色大头针标记以下器官。

器官名称唾液腺阴道精巢前列腺附睾神经节（生殖器官后2 cm）大头针颜色粉色黑色黄色绿色白色蓝色

根据解剖标本的内部和外部特征，在答题纸中用“√”表示以下每个陈述是否正确。

Q.1 气体交换在表皮。

Q.2 每个个体可与几个潜在的雌性交配。

Q.3 受精在体内完成。

Q.4 个体能自体受精。

Q.5 体腔增大，以支持肠道中的大量血液储存。

Q.6 肠壁具有侧囊以增加肠表面积。

Q.7 该物种有吻。

Q.8 对该物种的外部环和内部解剖结构的分析显示，它有50 个或更多个体节。

标记完成后，将你的红色旗帜置于旗架上，实验助理将拍摄你的解剖照片。他/她也会将你的解剖板拿走。在此阶段后，脱下手套并投入垃圾桶。

实验C

运动的生理变化

这一部分，旨在评估运动的生理变化。为此，将开展以下步骤：

在运动期间测量心电图（ECG）中的QT 间期。

通过统计分析指示ECG 的显著变化。

测量运动后的pH 值。

任务3.1 测量QT 间期。

在这部分中，你将测量以下心电图中的QT 间期。提供的4 个心电图，属于运动开始、第1 min、第2 min 和第3 min 的心电图。根据提供的指南并使用网格，测量每个心电图的QT 间期。（注意：在心电图中，最小的方块相当于0.04 s）

任务3.1 以秒为单位将答案写入答题纸（四舍五入至小数点后2 位数）。（每空0.5 分）

QT间期开始时第1 min第2 min第3 min

任务3.2 QT 间期的统计分析。

在运动期间测量了3 个不同受试者的QT 间期。在3.2.A 中，你将进行方差分析（ANOVA）以测试健康个体运动期间QT 期间的显著变化。在3.2.B 中，在起搏压力测试期间对健康个体进行相同的分析，而不是在运动期间测量QT 间期。最后，你将解释你的结果并得出结论。

3.2.A 对QT 间期数据进行ANOVA 分析。

3.2.A.1 在下表中，测量了3 个不同受试者的QT 间期（以毫秒为单位）。

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

任务3.2.A.2 使用以下公式计算“总平方和”（SST或SStotal）。在答题纸的表3.2.A 中填入答案（四舍五入至小数点后1 位）。

x：每个时间点的每个受试者的个体值，MT：总平均值。

任务3.2.A.3 使用以下公式计算“组间平方和”（SSbetween或SSB）。在答题纸的表3.2.A 中填入答案（四舍五入至小数点后1 位）。

MG：每组比较的平均值，MT：总平均值，n：每组的观察数。

任务3.2.A.4 根据下表，在空格中填写QT间期的AVOVA 分析结果。在答题纸的表3.2.A 中填入答案（四舍五入至小数点后1 位数）。

QT 间期的AVOVA 计算结果：

来源组间平方和SSB自由度K-1方差估计（MS）MSB =F比率MSB MSW组内总计SSW=SST-SSB SST N-K N-1 SSB K - 1 MSW =SSW N - K

K是时间点的数量，N是观察的总数。

任务3.2.A.5 使用下表，估算与你获得的F比率对应的P值的上限阈值。写在答题纸上。（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 个实验中，从在心脏导管插入手术期间进行起搏压力测试的3 个受试者获得类似的数据。在该实验中，在使用心脏导管的实验期间心率逐渐升高，而不是在先前的实验中进行运动期间观察到的升高的心率。结果如下表所示。

第1 min第3 min第10 min第20 min受试者1的QT间期310 310 310 310受试者2的QT间期315 310 305 305受试者3的QT间期310 310 310 305

然后，再次进行ANOVA 分析，得到2.2 的F比率。使用下表，估算对应于给定F比率的P值的上限阈值。写在答题纸上。（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

任务3.2.C.1 考虑到P值在小于0.05 时具有统计上的显著性，运动和起搏的影响是否不同？（在答题纸中用“√”表示正确答案）（2 分）

?是否

任务3.2.C.2 根据你的生理学知识和本研究的结果，指出以下每个陈述是否正确。（在答题纸中用“√”表示正确答案。）（1 分）

陈述1.在健康受试者的QT 间期中发生主动脉瓣的打开和关闭2.根据第1项研究的结果，心输出量在运动的第1 min至第20 min 之间会减少3.第2项研究的结果表明，交感神经激活可能是QT间期变化背后的主要因素正确 错误

任务3.3 运动后测量尿液和血浆pH 值。

一组研究人员希望在运动后30 min 测量尿液和血浆pH 值，因此，他们在运动后30 min 收集了3只患有心室间隔缺损（VSD）的猴的尿液和血浆样本。室间隔损失使血液从左心室渗漏到右心室。

他们使用色谱技术通过分离“原始样品”的蛋白质以消除蛋白质对样品滴定的影响。

在第2 步中，研究人员希望减少其样品中其他缓冲液的影响，因此，他们根据常规方案将盐酸溶液（HCl）添加到收集的样品中。

来自4 个不同来源的“经处理的样品”在4 个微管（A～D）中提供。

要找到被收集到的每个样品的来源，你必须使用以下方案测量微管的pH 值（A～D）：

1.首先选择1 个样品（A～D），然后将100 μL样品加入空的微管中。

2.使用微量移液管，在含有100 μL 样品的微管中加入10 μL 酚酞指示剂（微管“I”）。（指示剂在酸性溶液中无色，在碱性溶液中呈粉红色）

3.通过添加100 μL NaOH（0.01 M）溶液，开始对前2 步准备的溶液进行初步滴定。

4.重复上一步操作（添加100 μL NaOH），直至指示剂变为淡粉色，粉红色不会通过移液消失。请注意，你无需在答题纸中写入体积。（在pH值为7 时，指示剂变为淡粉色，这是滴定的终点）

5.现在对所选样品进行更精确的滴定，丢弃前面滴定溶液的微管（在步骤4 中变成淡粉色的溶液），并根据步骤1 和步骤2 在另一个空微管中为所选样品制备另一管溶液。

6.将NaOH 加入到步骤5 的溶液中，直到剩下100 μL，达到你在步骤4 中达到的最终滴定体积。

7.向步骤6 的溶液中加入10 μL NaOH。

8.再次进行上一步（添加10 μL NaOH），直至指示剂变为淡粉红色，此时达到滴定终点。记下用于达到终点的NaOH 总体积。你在此步骤中达到的NaOH 体积，比步骤4 的估计体积更准确。

9.选择另1 个样品（A～D）并对该样品进行步骤1 至步骤8，以找出达到滴定终点所需的NaOH体积。

任务3.3.1 根据NaOH（0.01 M）溶液的体积，你已达到了每个样品的滴定终点，计算每个“处理过的样品”的pH 值。（四舍五入至小数点后3 位数）

样品添加NaOH的体积（μL）“处理过的样品”的pH值A B C D

任务3.3.2 研究人员为了用于减少原始样品缓冲液的方案提供了一个公式（如下），根据“处理过的样品”的滴定结果计算“原始样品”的pH 值。

V：用于达到“处理样品”滴定终点的NaOH 体积（μL）。

α：它是对应于“原始样品”的缓冲物的指数，每个样品的α 指数在下表中提供。

样品α指数A B C D 6 420 902 1 111 709

考虑所提供的公式、α指数及达到滴定终点的NaOH 体积，计算“原始样品”的pH 值并将其写在答题纸中。（四舍五入至小数点后3 位数）

样品“原始样品”的pH值A B C D

任务3.3.3 根据原始样品计算的pH 值，确定每个样品的来源，并在答题纸的来源下写下其名称（A～D）。

来源样品名称（A～D）下腔静脉 肺动脉肺静脉尿

任务3.4 根据原始样品计算的pH 值及其来源，确定以下每个陈述是否正确，并在答题纸中对应的空格处用“√”标出。

陈述1.右心房的O2分压（PO2）高于肺静脉2.肺动脉的CO2分压（PCO2）高于肺静脉3. 在换气过度导致的血液中PCO2减少的健康受试者中，肾脏试图增加下腔静脉中碳酸氢根离子的量4.在禁食期间导致的血液中乳酸量增加的情况下，肾脏试图减少尿液中氢离子的量5.在呼吸正常且无过度通气的受试者中，如果肾单位的氢离子泵受到抑制并且氢离子分泌到管状液体中的量减少，则肺动脉中的碳酸氢根离子的量将少于正常值正确错误