第28届国际生物学奥林匹克竞赛试题 实验1·植物学

范六民 佟向军 王戎疆 张雁云 杜 军

（1 北京大学生命科学学院 北京 100871 2 北京师范大学生命科学学院 北京 100875 3 中国人民大学附属中学 北京 100080）

总分：54 分 时间：120 min

该考题包含4 个问题，可按任意顺序完成任务，但注意任务6a 包含1 h 孵育的步骤。

问题1：植物分类

任务1 鉴定植物物种和组织的倍性（4 分）

任务2 鉴定花的种类，解剖花以鉴定心皮的结构（7.5 分）

任务3 制备茎干切片，鉴定微管结构和茎干组织（9 分）

任务4 确定用于任务1～3 中的物种的系统进化树（3 分）

问题2：花的形态

任务5 解剖花，确定花部的身份和花的组织（10 分）

问题3：种子和胚的发育

任务6 解剖果荚，确定种子发育时期，比较2种植物的种子发育（10 分）（注意：这里有1 h 孵育的步骤）

问题4：根的形态

任务7 观察和确定幼苗根毛和根发育的类型（8 分）

任务8 确定根发育基因的遗传方式（2.5 分）

重要信息：

·请记住在给定的框中写下你的姓名、学生代码和国家；

·请在答题纸上写下答案，只有在答题纸上写出答案才能得分；

·确定已收到列出的所有材料和设备；如果缺少任何材料和设备，请立即举起小旗；

·实验过程中，请确保正确处理和操作设备和样品；不会补充提供任何溢出的溶液、样品或损坏的设备；

·在考试结束哨声响起时，请放下笔停止作答；

·将试卷装入提供的信封中；

·不得将纸张、材料或设备从实验室带出。

材料和设备

所有问题必要器材：体视（解剖）镜、复式显微镜、手镜（放大镜）、直解剖针、弯尖头镊子、尖头镊子、小剪刀、废液烧杯、永久记号笔、卷纸、无粉一次性丁腈手套、实验服、护目镜、2 页空白草稿纸、示意监考人员用的小旗、本文的英文翻译可应要求提供。

问题1：植物分类

植物材料：7 个植物样品标记为A、B、C、D、E、I 和J；5 朵花标记为E、F、G、H 和I（用于任务2 和3 中的E 和I 是来自相同物种的样品）；3 个显微镜装片标记为K、L 和M。

溶液和试剂：10 mL 溶液A（苯甲胺蓝染液）、10 mL 溶液B（蒸馏水）。

技术材料：塑料胶头移液器、安全刀片、12 张载玻片和12 张盖玻片（所有任务）、盛放用过的玻璃片和刀片的利器盒、2 个小培养皿和计时器。

问题2：花的形态

植物材料：3 个管子标记为O、P 和Q，分别装有取自3 个不同拟南芥遗传株系的带花花序（开花的茎）顶端。

问题3：种子和胚胎发育

植物材料：2 支管子标记为R 和S，装有取自正在结种子的2 种不同的拟南芥遗传品系的花序（开花的茎）。

溶液：1.5 mL 溶液C（霍氏溶液，注意这是一种刺激性的化学溶液）。

技术材料：电工胶带（黄色）、用于解剖的注射器针头、安全刀片、12 张载玻片和12 张盖玻片（所有任务）、盛放用过的玻璃片和刀片的利器盒、双面胶带（白色）、计时器、15 cm 长的尺子。

问题4：根的形态

植物材料：5 个琼脂平板的幼苗：5 种不同的拟南芥遗传品系标记为T、U、V、W 和X。

技术材料：12 张载玻片和12 张盖玻片（所有任务）。

问题1：植物分类（23.5 分）

介绍：随着植物的进化，它们获得了与功能相关的形态特征。可通过物种的特征对其进行鉴别。

任务1：物种倍性鉴定

你将获得标记为A、B、C 和D 的4 个植物样品。用解剖镜仔细解剖观察。根据观察结果，选出下面对于每个样品的一个选项，完成“样品”表，每个代码可在表中多次使用。

物种标本特征

物种类型 物种代码被子植物 1苔藓 2松柏类 3蕨类 4

倍性水平 倍性代码单倍体：如果样品中的组织或细胞仅来自一种类型的配子体的全部或部分 n二倍体：如果样品中的组织或细胞仅来自一个孢子体世代的全部或部分 2n来自全部或部分2 个孢子体世代的组织或细胞 2n+2n来自全部或部分一个孢子体世代和2 种类型的配子体的组织或细胞 2n+n+n样本中的组织或细胞来自一个孢子体世代全部或部分和一种类型的配子体 2n+n

标本表（4 分）

样品 物种代码 倍性代码A B C D

任务2：花的结构

你将获得标记为E、F、G、H 和I 的5 个开花样品。通过解剖和解剖显微镜（最大放大倍数为20 倍）仔细观察。根据观察，每个样品的每列中使用一个选项，完成下面的花样品表，每个代码可在表中多次使用。

花标本特征

科代码菊科 1十字花科 2唇形科 3豆科 4柳叶菜科 5木兰科 6科

?

?

花标本表（7.5 分）

样品 科代码 雌蕊位置代码 心皮结构代码?E F G H I

任务3：

介绍：高等植物茎由植物维管组织组成，后者由木质部导管、筛管分子和伴侣细胞、以及厚壁组织纤维构成。可通过其结构来鉴定木质部导管、韧皮部细胞和厚壁组织纤维。

特征 木质部导管 韧皮部 厚壁组织纤维功能 水和矿物离子运输，结构支持 溶解的碳水化合物运输 结构支持结构 由许多连接的细胞组成的空管由许多连接的细胞组成的空管独立的细胞连接在一起以形成纤维死／活 死细胞 保持生活的筛管分子与伴胞连接 死细胞细胞壁 加厚的并具有木质素没有特殊的修饰（筛管分子和伴胞之间的胞间连丝、细胞末端的筛板）加厚，含木质细胞内容物完全中空——细胞的一些穿孔或切开的端板残留有薄层细胞质环绕边缘的空的中心。在每个细胞末端的筛板空的死细胞

在以下毛茛（A）和芹菜（B）的横截面图片中，可看到这些细胞的样品和维管组织的组织方式。

扎实推进高中化学实验探究性教学，需要教师转变思维观念，理解教学本质，为学生创造利于“学”的环境.实验探究体现了实事求是、科学求真的精神，也促进了学习方式的多样化.笔者将以创设问题的方式作为实验探究的开端，引导学生通过实验亲身求证书本结论，以加强学生对知识的掌握能力.

取决于细胞的空间位置，茎的维管组织以几种方式组织成连续的链：

·在双韧维管束组织中，韧皮部位于内、外两侧，木质部位于韧皮部极之间；

·在外韧维管束组织中，韧皮部位于外侧，木质部位于内侧；

·在同心周木维管束组织中，木质部包裹韧皮部；

·在同心周韧维管束组织中，韧皮部围绕木质部；

·在单子叶植物中，散生维管束，分散地分布在茎上，尽管更多地朝向周边；

·在双子叶植物中，有一个圈的维管束，分布于茎中形成圆柱体；

·在木本物种中，发生茎的增厚，外观上为每年年轮形成。

你还获得标记为K、L 和M 的3 个预先制备的染色横断片；标记为E、I 和J 的3 个植物样品（来自相同物种的标本E 和I 用于任务2 和3）；制备和染色这些植物的茎的横切片。

1）用非优势手的拇指和中指之间握住植物的茎，保持垂直。

2）用优势手握刀片，尽可能薄地开始切茎的横切片。

3）在一个培养皿中，加入几滴溶液A（蓝色染液）。

4）将横切片放入染液中染色3～5 min；染色时间取决于切片的厚度。

5）在第2 个培养皿中，加入溶液B（蒸馏水）。一旦染色完成，将切片转移到溶液B 中。旋转并除去溶液B。重复直至洗掉多余的染液。

6）将横切片小心地转移到显微镜载玻片上，置于水中，加盖玻片并用相应的字母（E、I 和J）标记装片。

使用解剖镜和复式显微镜，在低等和中等放大倍数下，检查预先制备的横切片（K、L 和M）和你制备的装片上的横切片。根据观察，选择最适合样品特征的一个代码，完成下表。每个代码可在表中多次使用。

切片标本特征

?

?

?

切片表（9 分）

样品 维管束类型代码 维管束组织代码 茎刚性贡献代码E I J K L M

任务4：分类

请用每个样品A～E 和I～L 在方框中最有可能的位置标注系统树。每个方框可包括1 个、多个或没有样品。此外，用存在的3 个进化事件标注进化树（每个方框可能包括1 个、多个或没有事件）。

Ⅰ.第1 朵花的发育

Ⅱ.第1 个维管系统的发育

Ⅲ.第1 批种子的发育

分类树（3 分）

问题2：花的形态（10 分）

介绍：野生型真双子叶植物花由按以下顺序（从外到内）的4 轮花器官组成：萼片、花瓣、雄蕊和心皮。下图显示了纵切面（A）和横切面（B）中拟南芥的野生型花器官结构，每一轮的花器官身份识别由3 类“同源异型”基因A、B、C活动的作用或相互作用决定，如图所示。

·基因A的表达决定萼片；

·基因A和B一起表达决定花瓣；

·基因B和C一起表达决定雄蕊；

·基因C的表达决定心皮；

·基因A和C相互抑制彼此的表达，因此是互相排斥的。

任务5a：

给你提供了来自拟南芥野生型或缺失突变体的3 种样品（标记为O、P 和Q）的顶端开有花的花序（开花的茎）。解剖花，并用一系列放大倍数观察花器官结构。请使用下面的描述对应的代码填写下表。为最能描述表现型的每个样品特征选择一个代码；可多次使用每个代码。

器官特征识别代码

?存在的器官 器官代码花瓣、萼片、雄蕊和心皮 1只有萼片 2只有雄蕊和心皮 3只有萼片和雄蕊 4只有萼片和花瓣 5只有萼片和心皮 6

?基因活动的种类 基因代码A、B、C 7 A、B 8 A、C 9 B、C 10 A 11 B 12 C 13

基因型 基因型代码野生型 14突变体 15

花器官特征识别表（9 分）

样品 器官特征识别代码 同源异型基因活动代码 基因型代码O P Q

任务5b：

为每个答案选择一个适当的代码，完成下表。每个代码可在表中多次使用。

表型代码

表型 表型代码所有4 轮中的叶 1所有4 轮中的萼片 2所有4 轮中的花瓣 3所有4 轮中的心皮 4所有4 轮中的雄蕊 5

（1 分）

表型代码纯合的缺失BC 的么？纯合的缺失ABC 的么？

问题3：种子和胚的发育（10 分）

介绍：在野生型植物中，经双受精后，拟南芥心皮中的每个胚珠发育成一个种子。随着多个种子的发育，心皮结构扩大，被称为一个长角果（果荚）。拟南芥植物具有无限花序，因此在单一植物上，在一系列发育阶段有许多花和长角果（图A）。在每个发育着的种子中，胚逐渐生长和发育，并且已经根据形态命名了多个阶段（图B）。

任务6a：

有2 个含有正发育成长角果的拟南芥花序的管，分别来自品系R 和S。解剖植物R 和植物S各2 个1.3～1.7 cm 长的长角果；长角果通过附着到植物茎上，只测量长角果的长度。请必须解剖1.3～1.7 cm 长的长角果，因为在此阶段的胚胎发育将使你能观察到植物R 和S 之间的明显差异。

长角果解剖流程：

1）制作2 个载玻片小室，将在步骤4 中用到。首先切割一块约4 cm 的黄色电工胶带，并将其粘贴到显微镜载玻片上。用剃须刀片切割胶带并移除2 个小方块，请确保切割边缘平坦。

2）将一条5 cm 长的双面胶带粘在第2 个显微镜载玻片上。将长角果固定在胶带上，以使每个长角果都平整。在解剖显微镜（体视镜）下观察载玻片，使用注射器针头去除角果组织顶层，而不损伤其中的种子。推荐在角果的两侧中央脉取下针移除该组织，下图展示安装了的长角果的横截面及注射器针头解剖的位置。

3）在解剖显微镜下观察载玻片，记录种子的数量和败育种子的数量（如果有）。

4）戴上手套，用移液器在每个载玻片小室滴一滴溶液C（霍氏溶液）。注意溶液C 具有刺激性，不要滴在皮肤上。使用注射器针头或解剖针，将所有种子从每个长角果转移至制备的载玻片小室中的溶液C 中；可在解剖显微镜下进行。将植物R种子转移至一个载玻片小室中，将植物S 的种子转移至另一个载玻片小室中。

5）在种子上盖上盖玻片。将载玻片在室温放置1 h，以使组织清晰（此反应使组织更透明，以便可透过种皮观察发育中的胚）。

6）在显微镜高倍镜下观察样品（例如你可在透明的种子中看到心形胚）。

使用2 个解剖的长角果的平均数，记录下表中每个植物品系中每个长角果中发育着的种子的数量。然后检查长角果中种子的胚的发育阶段。记录每个发育阶段种子的百分比（%）。

长角果形态（4 分）

植物 种子平均数球形胚阶段（%）心形胚阶段（%）鱼雷型阶段（%） 成熟阶段（%）R S

任务6b：

2 个品系中，有一个品系的种子发育异常（非野生型）。界定此异常并计算频率。根据观察到的异常胚的数量和发育阶段，产生异常胚最有可能的解释是什么？

完成下表，为每个问题选择一个代码。

?种子缺陷 缺陷代码胚模式形成异常 1无胚种子 2多胚种子 3大胚种子 4

种子胚异常大概比例 异常频率代码0%～33% 5 34%～66% 6 67%～100% 7

种子胚异常的原因 原因代码双受精 8非胚细胞发育 9自发的 10

（6 分）

?哪个植物品系有异常发育？（填R 或S） 异常代码 频率代码 原因代码答案

问题4：根的形态（10.5 分）

介绍：植物根是由一个主根和若干分支或侧根组成。根毛是根表皮细胞的伸长部分，在主根和侧根上都有。根毛具有多种功能，包括增大吸收营养和吸水表面积，以及感受外部环境的重力。

根的形态学

已提供5 个具有5 种不同拟南芥遗传品系的琼脂平板。品系T 是野生型；品系U、V、W 和X 的根或根毛的发育／形态异常。

1）从平板T 上的植物中取出一颗幼苗并在解剖显微镜（体视镜）下进行仔细研究，熟悉野生型根和根毛形态。

2）取根部的一部分放置在显微镜载玻片上的水中，加上盖玻片，在复式显微镜下观察根毛的密度和长度。

任务7a：

按照同样的流程分析品系U、V、W 和X。完成表格，使用描述所观察到的表型最适合的一个代码。每个表型代码可使用多次（6 分）

根表型代码

?根表型 代码短根毛 1没有根毛 2较长根毛 3较少根毛 4较多根毛 5较短侧根 6较长侧根 7没有侧根 8

样品 根发育表型代码U V W X?

任务7b：

观察野生型幼苗(T)的根毛区。选择一个最能描述作为根毛表皮细胞模式的陈述。在下表中用×标记此陈述（编者按：原题为正确描述打“×”）（2 分）

根毛形成模式 正确描述打×根毛表皮细胞形成环状根毛表皮细胞由随机的细胞形成根毛表皮细胞成纵列根毛在表皮上形成棋盘图案

解释结果：

植物每个基因有2 个拷贝（每个染色体上有一个）。所提供的野生型和突变体植物的2 条染色体上每个基因都是相同的拷贝（纯合）。如果一个植物含有2 个不同的拷贝的基因（等位基因），则是杂合的。

根毛从表面（表皮）细胞发育，但不是所有表皮细胞都发育出根毛。一个基因（WEREWOLF）能使根毛发育，而其他基因决定了根毛的长短。

任务8a：

如果植物的WEREWOLF基因敲除突变（记为werewolf）是纯合的，并且通常能引起超长根毛的另一种敲除突变也是纯合的，则期望在该植物上看到什么类型的根毛？在表中用×标记唯一正确的答案（0.5 分）

?根毛表型 正确描述打×正常长度根毛没有根毛超长根毛长根毛

任务8b：

将WEREWOLF基因野生型（BB）植株和werewolf隐性纯合（bb）植株杂交，完成棋盘法预期表型的旁氏表（0.5 分）

空白 野生型 等位基因1 等位基因2隐性纯合子 空白等位基因1等位基因2

有另外2 株植物杂交后代表型如下表。

?表型 子代数正常根 24无根毛 8

填写下表（1.5 分）

2个杂交亲本的表型是什么？（用B 或b 表示） _______×_______多少子代个体基因型是Bb？多少子代个体基因型是BB？?