第27屆國際生物學(xué)奧林匹克競(jìng)賽試題實(shí)驗(yàn)2·動(dòng)物系統(tǒng)學(xué)和解剖

張雁云 范六民 戴俊彪 張 立 陶若婷

（1北京師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院 北京 1008752北京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院 北京 1008713清華大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院 北京 1000844北京十一學(xué)校 北京 110000）

總分：100分

時(shí)間：90min

本考試包括以下2個(gè)實(shí)驗(yàn)部分：

實(shí)驗(yàn)1：蝴蝶分類（65分）

任務(wù)1鑒定所有提供的蝴蝶標(biāo)本

任務(wù)2編制特征矩陣

任務(wù)3根據(jù)所提供的特征矩陣計(jì)算距離矩陣

任務(wù)4分析所有標(biāo)本的系統(tǒng)發(fā)生關(guān)系

任務(wù)5繪制一個(gè)系統(tǒng)發(fā)生樹

實(shí)驗(yàn)2：蚯蚓解剖（學(xué)名：Amynthas aspergillum）（35分）

任務(wù)6識(shí)別蚯蚓的外部結(jié)構(gòu)

任務(wù)7解剖并識(shí)別蚯蚓的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

材料和設(shè)備

實(shí)驗(yàn)1：蝴蝶分類

名稱 數(shù)量含8個(gè)蝴蝶標(biāo)本的標(biāo)本盒 鏡 1盒口罩1件鑷子1把放大1把尺子 1把鋼筆 1支計(jì)算器 1個(gè)計(jì)算用草稿紙 1疊手套 2雙紙巾 1盒

實(shí)驗(yàn)2：蚯蚓解剖

名稱 數(shù)量酒精預(yù)處理過的蚯蚓 1條體視鏡（實(shí)體鏡） 剖盤 1臺(tái)解1個(gè)鑷子 1把解剖針 1支剪刀 1把解剖刀 1把培養(yǎng)皿 1個(gè)玻片 1塊吸管 1支裝有普通大頭針的器皿 1個(gè)插有5種顏色大頭針的塑料板 1個(gè)放大鏡 1把手套 1雙口罩 1個(gè)學(xué)生代碼卡 1張筆1支紙巾 1盒

實(shí)驗(yàn)1蝴蝶分類（65分）

介紹：越南動(dòng)、植物資源豐富多樣，有超過1200種蝴蝶。然而由于棲息地的干擾和破壞，一些物種瀕臨滅絕。因此了解蝴蝶有助于保護(hù)其多樣性。本實(shí)驗(yàn)的目的是識(shí)別越南的一些種蝴蝶種類，并根據(jù)這些種類的形態(tài)特征分析它們的系統(tǒng)關(guān)系。

任務(wù)1識(shí)別所有提供的蝴蝶標(biāo)本

使用以下分類要點(diǎn)識(shí)別所有蝴蝶標(biāo)本（A～H）。參考圖1～圖3識(shí)別所需的形態(tài)特征。

圖1 蝴蝶的外部結(jié)構(gòu)

圖2 蝴蝶翅膀分類術(shù)語

蝶翅分為多個(gè)區(qū)域和中間區(qū)域。每條翅脈都賦予了編號(hào)。前翅翅脈編號(hào)從1（la，1b）到12；后翅翅脈從1（la，lb）到8進(jìn)行編號(hào)。

圖3

蝴蝶分類索引

1.后翅具長尾突 續(xù)2.后翅無長尾突 續(xù)6.2.翅上具白斑 續(xù)3.翅上無白斑 續(xù)4.3.前翅1a 脈和1b 脈（如圖2）之間的中區(qū)具有白色斑點(diǎn) Papilio noblei前翅1a 脈和1b 脈（如圖2）之間的中區(qū)無白色斑點(diǎn) Papilio helenus 4.翅膀背面具淺黃綠色斑帶，從前翅頂角一直延伸到后緣中部 Papilio demolion前翅背面頂翅背面臀角至后緣中部無淺黃綠色斑 續(xù)5.5.后角具有一個(gè)紅色斑，但內(nèi)無黑點(diǎn) Papilio machaon后翅背面臀角具有一個(gè)橙色或淺黃色斑，且其中有黑點(diǎn) Papilio xuthus 6.白色或黃色翅 續(xù)7.非白色或黃色翅 續(xù)8.7.黃色翅，同時(shí)前翅具一橙色寬條帶 Ixias pyrene白色翅，具有一個(gè)大紅橙色的斑，占據(jù)半個(gè)前翅 Hebomoia glaucippe 8.前翅頂角呈圓形或尖角 續(xù)9.前翅頂角內(nèi)切 續(xù)11.9.后翅具短尾突；后翅背面為棕色，具橙色帶狀紋 Symbrenthia lilaes后翅無短尾突 續(xù)10.10.翅脈呈褐色；后翅背面橙色，無黑點(diǎn) Danaus genutia翅脈非褐色；后翅背面橙色，有黑點(diǎn) Danaus chrysippus 11.翅上具眼狀斑 續(xù)12.翅上無眼狀斑 續(xù)13.12.后翅藍(lán)色；后翅背面具2個(gè)眼狀斑 Junonia orythia后翅非藍(lán)色；腹面具深褐色橫帶紋 Junonia iphita 13.黑色翅，具白色的斑帶和斑點(diǎn) Athyma asura橙色翅，具黑色斑點(diǎn) Polygonia c-aureum

問題1.1蝴蝶分類。（16分）

在與正確種名（拉丁學(xué)名）對(duì)應(yīng)的標(biāo)本A～H后劃“√”。

標(biāo)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

任務(wù)2構(gòu)建特征矩陣

考慮以下的特征：1）后翅具長尾突；2）后翅具短尾突；3）前翅具1a 脈；4）后翅具1a 脈；5）前翅第8翅脈和第9翅脈：重合=1,未重合=0；6）翅脈1a延伸達(dá)前翅后緣近基角=1，其他情況=0；7）前翅翅脈la 和1b：交叉匯合=1，其他情況=0；8）翅室：開放=1，閉合=0；9）后翅橙色且具褐色翅脈；10）一個(gè)紅橙色斑占據(jù)半個(gè)前翅；11）褐色翅膀背面具橙色帶狀紋；12）翅膀外緣區(qū)域具一連串白點(diǎn)；13）后翅具白斑；14）后翅背面臀角區(qū)具一橙色或一淺黃色斑，且內(nèi)有一黑點(diǎn)；15）翅上具眼狀斑；16）前翅頂角：內(nèi)切=1，圓形或尖角=0。

問題2.1特征矩陣。（25.6分）

構(gòu)建特征矩陣，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 后翅具長尾突b 后翅具短尾突c 前翅具1a 脈d 后翅具1a 脈e 前翅第8翅脈和1a 到達(dá)前翅第9翅脈：重合＝1，未重合＝0f 翅脈后緣近基角=1，其他情況=0g 前翅翅脈1a 和1b：交叉匯合＝1，未交叉匯合＝0h 翅室：開放＝1，閉合＝0i 前翅橙色且具褐色翅脈j 一個(gè)紅橙色斑占據(jù)半個(gè)前翅k 褐色翅膀背面具橙色帶狀紋l 翅膀外緣區(qū)域具一連串白點(diǎn)m 后翅具白斑n 后翅背面內(nèi)角處具一橙色或一暗黃色斑，且內(nèi)有一黑點(diǎn)o 翅上具眼狀斑p 前翅頂角：內(nèi)切＝1，圓形或尖角＝0

任務(wù)3根據(jù)下面給出的特征矩陣，計(jì)算距離矩陣。本實(shí)驗(yàn)的其余部分請(qǐng)使用下表所提供的特征矩陣。該矩陣與前面的任務(wù)1和任務(wù)2并不相關(guān)。

?特征 A B C D E F G H 111000000210000000301000000400100000500010000600100000700001000810100000911000000100000001111001000001200110000

特征 A B C D E F G H 13000111111411000000150000111116000100001700001100180001111119100000002000001111210000110122000000012300010000240100000025000001002600000010

問題3.1計(jì)算距離矩陣。（8.4分）

基于上表中提供的特征矩陣數(shù)據(jù)計(jì)算距離矩陣。在距離矩陣中2個(gè)標(biāo)本（specimens）之間的距離是指二者間不同的特征的個(gè)數(shù)（表中所示：具該特征為“1”；不具該特征為“0”）。將計(jì)算結(jié)果寫在答題卡上。

標(biāo)本 A B C D E F G H A 0B 0C 0D 0E 0F 0G 0H 0

利用UPGMA 法重建系統(tǒng)發(fā)生樹。

UPGMA（非加權(quán)組平均法）的假設(shè)前提是，所提供的那些特征具有穩(wěn)定的進(jìn)化速率，是構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)生樹最簡單的方法。該方法中，每次聚類過程先將距離最小的2個(gè)單元聚在一起，組成較高級(jí)的新單元。這里通過分類單元（標(biāo)本）M、N、O、P 和Q 之間的數(shù)值差異，說明這個(gè)概念。

分類單元 M N O P Q M 0N 20O 660P 4570Q 78970

聚類過程1： 距離最近2個(gè)分類單元M 和N合并為一個(gè)高階的分類單元（M，N）。經(jīng)聚類新形成的分類單元的枝長（相對(duì)分化時(shí)間）為原來2個(gè)分類單元距離的一半。在這個(gè)案例中，枝長（相對(duì)分化時(shí)間）為1。

接下來，通過計(jì)算1個(gè)分類單元中的所有子單元到其他各個(gè)分類單元的子單元的平均距離，生成一個(gè)新的距離矩陣。例如： 分類單元（M，N）和分類單元（P）之間的距離為d（N，P）和d（M，P）的平均值，即（4+5）/2，其中d（x，y）表示單元x 和y 之間的距離。結(jié)果如下表：

分類單元 （M，N）（M，N） 0.0O O 60.0P 4.570.0Q Q 7.5970.0P

聚類過程2：現(xiàn)在最近距離的分類單元是MN和P，它們可組成一個(gè)高階分類單元［（M，N），P］，經(jīng)聚類新形成的分類單元的枝長（相對(duì)分化時(shí)間）為2.25。接著，通過前述算出的距離構(gòu)成一個(gè)新的距離矩陣。例如：分類單元［（M，N），P］和（O）之間的距離為d（M，O），d（N，O），d（P，O）之間的平均距離，即（6+6+7）/3=6.33。結(jié)果表示為下表：

分類單元 ［（M，N），P］［（M，N），P］ 0.0O O 6.330.0Q Q 7.3390.0

分類聚類過程3：現(xiàn)在具有最近距離的分類單元是MNP 和O，它們被聚為成一個(gè)更高級(jí)別的分類單元｛［（M，N），P］O｝，經(jīng)聚類新形成的分類單元的枝長（相對(duì)分化時(shí)間）為3.17。這樣，可依據(jù)計(jì)算所有的距離生成一個(gè)新的矩陣，結(jié)果如下表：

分類單元 ｛［（M，N），P］O｝｛［（M，N），P］O｝ 0.0Q Q 7.750.0

聚類過程4：在最后的單元中，剩下的2個(gè)分類單元組合成新的單元｛［（M，N），P）O］，Q｝，經(jīng)聚類新形成的分類單元的枝長（相對(duì)分化時(shí)間）為3.88。

任務(wù)4分析所有標(biāo)本的系統(tǒng)發(fā)生關(guān)系

利用UPGMA 重復(fù)聚類法，利用任務(wù)3中完成的距離矩陣，分析表1中所示的所有標(biāo)本（A～H）的親緣關(guān)系。在聚類過程中請(qǐng)使用標(biāo)本的代碼A～H。請(qǐng)將數(shù)值結(jié)果寫在答題卡上（10.75分）。

問題4.1UPGMA 聚類過程1。（3分）

問題4.2UPGMA 聚類過程2。（2.5分）

問題4.3UPGMA 聚類過程3。（2分）

問題4.4UPGMA 聚類過程4。（1.5分）

問題4.5UPGMA 聚類過程5。（1分）

問題4.6UPGMA 聚類過程6。（0.5分）

問題4.7UPGMA 聚類過程7。（0.25分）

任務(wù)5繪制系統(tǒng)發(fā)生樹（樹狀圖）

問題5.1系統(tǒng)發(fā)生樹。（4.25分）

根據(jù)UPGMA 聚類結(jié)果繪制系統(tǒng)發(fā)生樹（樹狀圖）。顯示出各分支的相對(duì)枝長，并在枝上標(biāo)出相對(duì)分化時(shí)間的數(shù)字。將系統(tǒng)發(fā)生樹繪于答題卡上。

實(shí)驗(yàn)2蚯蚓解剖（35分）

介紹：參狀遠(yuǎn)環(huán)蚓（Amynthas aspergillum）屬于環(huán)節(jié)動(dòng)物門巨蚓科（Megascolecidae），是越南常見的物種。它含有豐富的蛋白質(zhì)，可作為魚、家禽和家畜的食物。該物種作為實(shí)驗(yàn)性飼養(yǎng)并用于改善越南一些地區(qū)的土壤質(zhì)量。你將對(duì)該蚯蚓進(jìn)行解剖，并觀察識(shí)別其外部形態(tài)和內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

任務(wù)6參狀遠(yuǎn)環(huán)蚓Amynthas aspergillum外部結(jié)構(gòu)識(shí)別。用放大鏡或體視鏡觀察蚯蚓的背孔、受精囊孔（也稱納精囊孔）、環(huán)帶和剛毛。然后回答以下3個(gè)問題，將答案寫在答題卡上。

問題6.1（3分）

在正確的陳述后面劃 “√”。環(huán)帶的位置由（體節(jié)數(shù)從口前緣膜口之后的位置開始計(jì)數(shù)）：

13至14體節(jié)14至16體節(jié)12至15體節(jié)14至17體節(jié)?

問題6.2（3分）

在正確選項(xiàng)后劃“√”。每個(gè)體節(jié)中剛毛的分布情況是：

每個(gè)體節(jié)有4個(gè)剛毛分布點(diǎn)，每個(gè)點(diǎn)有2根剛毛每個(gè)體節(jié)有4個(gè)剛毛分布點(diǎn)，每個(gè)個(gè)剛毛分布點(diǎn)，每個(gè)點(diǎn)有3根剛毛每個(gè)體節(jié)有4點(diǎn)有4根剛毛每個(gè)體節(jié)有一圈均勻分布的剛毛

問題6.3（3分）

在正確的選項(xiàng)后劃“√”。環(huán)帶后每個(gè)體節(jié)的背孔數(shù)目是：

1234

任務(wù)7解剖和鑒定蚯蚓的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

1）將蚯蚓放在解剖盤中，背側(cè)朝上（圖4A）。2）定位環(huán)帶，然后將剪刀尖端從環(huán)帶后部3cm 處插入（圖4B）。

圖4

3）仔細(xì)向兩端切開體壁直至頭部和肛門，盡量保持剪刀尖朝上，只切開體壁。4）將蚯蚓的體壁展開，用解剖刀劃開隔膜（避免損傷內(nèi)部器官）。5）用大頭針將體壁釘在解剖盤中，大頭針角度朝外以免影響你的觀察。6）在解剖盤中加入水，盤中的水沒過蚯蚓身體。

問題7.1（3分）

該蚯蚓有多少對(duì)受精囊（也稱納精囊），請(qǐng)將正確的答案寫在答題卡上。

問題7.2（6分）

觀察體壁的內(nèi)側(cè)，并確定下面的體節(jié)之間有／無隔膜。標(biāo)明隔膜是否存在，以“√”表示正確答案。

體節(jié)之間的隔膜 有 無7／88／99／1010／11

問題7.3（10分）

?大頭針顏色 器官藍(lán)色 胃白色 盲腸紅儲(chǔ)精囊黃色 前列腺紫色 神經(jīng)節(jié)鏈

1）將指定顏色的大頭針插在相應(yīng)的器官上。2）請(qǐng)將你的學(xué)生代碼寫在“學(xué)生代碼表”種，并放在解剖盤旁邊。3）舉綠色卡片通知監(jiān)考教師，拍照并將確認(rèn)后的結(jié)果填入解剖結(jié)果確認(rèn)表。

問題7.4（4分）

1）用解剖刀在30～40體節(jié)，切0.5～1mm 的消化道橫切，將切下的材料至于盛有水的培養(yǎng)皿中，然后將其在水中輕輕移動(dòng)，除去殘留所有食物。將其放在載玻片上，加一滴水，在體視鏡下觀察。2）舉起綠色卡片通知監(jiān)考教師拍照并將確認(rèn)后的結(jié)果填入解剖結(jié)果確認(rèn)表中。

問題7.5（3分）

以下哪項(xiàng)最能說明在腸橫切觀察到的腸的盲道7。1）腸盲道＞腸半徑（圖5A）（__）。2）腸盲道具分支（圖5B）（__）。3）腸盲道＜腸半徑的1/2（圖5C）（__）。4）腸無盲道（圖5D）（__）。

圖5

依據(jù)對(duì)橫切面結(jié)構(gòu)觀察，在正確的答案劃“√”。

（待續(xù)）