2008 年第十九屆國際生物奧林匹亞競賽

(1)

2008 年第十九屆國際生物奧林區亞競賽

一實驗試題 (1

)

中華民國生物奧林區 E 競賽代表團

實It一:植物解剖及生理

總分: 47 分總、操作時間: 60 分鐘

Task

1 探討影響氣孔活動的因子

(

33 分)

請在 30 分內完成本部分【材料】》分別標示 1-8 的標本(在紅蓋的瓶中) 》光學顯微鏡》載玻月 8 片》蓋玻片 1 片》攝子》毛刷》裝有蒸餾水的洗瓶》油性筆》吸水衛生紙》裝廢水及垃圾用的容器【介紹】氣孔是所有維管束植物具有的微細構造，作為植物細胞與環境進行氣體交換的途徑，氣孔也會使植物散失水分。多種環境因子如溫度、濕度及光強度等可影響氣孔的開閉。問題1. 1 (3 分) 判斷下列有關氣孔的敘述之真偽，並在答案紙的對應空格上打鉤 (.f) 敘述真偽

a

保衛細胞是唯一具有葉綠體的表皮細胞

b

任何一種植物的氣孔指數

(Stomatal

Index)是在特定葉面積下之氣孔數目與相同面積下之氣孔及其他表皮細胞總數的比值

c

氣孔是被子植物才有的特徵

d

氣孔愈大，該氣孔之單位面積的蒸散作用速率愈大

e

每個物種的氣孔指數總是固定的

f

氣孔只出現在上衰皮的植物很可能是沉水性的水生植物氣孔可藉由直接從葉片上撕下的衰皮來觀察;或者也用印模法來觀察，而不傷到葉組織。方法如下: 在葉衰面塗上一層透明的指甲油，待乾後，將之以攝子取下，將此印棋放在有一滴水的載玻片上，蓋上蓋玻片，並以顯微鏡觀察。這些印棋可清楚觀需到打開或關閉的氣

(2)

問題1. 3 (2 分}

在一實驗中， pH 值 4.0 的溶液須含有 100

roMK+及 0.1

rOM

Ca抖，從下列選項中退

出正確的配製步艘，並計算出應加入多少

量的 KCI 及 10roM CaCl ，溶液?

K 的分子量是 39.1

:

Cl 的分子量是 35.5

a

將 Xg 的 KCI 溶於 pH 值 4.0 的檸檬酸

緩衡波中，加人 Yrol 的 10

roM CaCI

, '

再使總體積為 50

rol

b. 將 Xg 的 KCI 溶於“ rol 蒸餾水中.將

Y

rol 的 10

roM

CaCl ，於 5 rol 蒸餾水

中;將兩種溶液混合，並以鹽酸調整

pH 但至 4.0 '再使總體積為 50

rol

C. 將 Xg 的 KCI 溶於 40 rol 蒸餾水中，加人 Y rol 的 10

rOM

CaC

I,

，使總體積為 50rol ﹒再以團軍酸調整 pH 值至 4.0 在答案紙上的適當空格中打鉤(.I) ，並頌人正確的 X ， Y 值在答案紙上的適當空格中打鉤(.I) 孔，其顯微影像如下所示﹒

打闊的氣孔:

關閉的氣孔在此部分，你將探討影響氣孔關閉的不同因子﹒這些實驗操作是在特定狀況下﹒將葉片浸泡於含有不同化學物質之溶液中﹒

a.

a

b.

C.

b

d.

c

【貪圖，】為了探討影響氣孔開閉的不同因子﹒葉片以下列八種不同方式處理﹒經此八種處理問題1.2 (0.5 分) 操作這樣的實驗，最好是退下列何種種物? a. 中生種物

b

水生種物 C. 旱生值物

d.

.生種物

X=

Y=

gKCI

(3)

科學教育月刊第 344 期中華民國一 00 年十一月 (敘述如下)後的葉片所製成的印模分別放置於標示 1-8 的紅蓋瓶中。注意:為方便比較，也將這些處理作成表格呈現於下頁中處理 1 :葉片浸於含有 100

mM KC1 ' 0.1

mM CaCh'

pH 值 7.0 之溶液中，照光 2 小時處理 2 :葉片浸於含有 10

mM KC1' 0.1

mM CaCh'

pH 值 7.0 之溶液中，黑暗中 2 小時處理 3: 葉片浸於含有 0.5M 甘露醇，

100 mM KC1 ' 0.1 mM CaCh '

pH 值 7.0 之溶液中，照光 2 小時處理 4 :葉片浸於含有 10

mM KC1 ' 0.1

mM CaCh'

pH 值 4.0 之溶液中，黑暗中 2 小時處理 5 :葉片浸於含有 10

mM KC1' 0.1

mM

CaCh'pH 值 7.0 及未知他學物質之溶液中，黑暗中2 小時處理 6: 葉片浸於含有 100

mM KC1 ' 0.1

mM CaCh'

pH 值 4.0 之溶液中，照光 2 小時處理 7: 葉片浸於含有 100

mM KC1 ' 0.1

mM CaCh '

10μM 離層酸 'pH 值 7.0 之溶液中，照光 2 小時處理 8 :葉片浸於含有 100

mM KC1 ' 0.1

mM CaCI

2 ' 10μM 離層酸 'pH 值 4.0 之溶液中，照光 2 小時

處理

KCI

CaC12

pH

Light

離層酸甘露醇未知他學

物質

100mM

O.lmM

7.0

2 h Light

-2

10mM

O.lmM

7.0

2 h

Dark

.

3 100mM

O.lmM

7.0

2 h Light

0.5 M

4 10mM

O.lmM

4.0

2 h

Dark

.

5 10mM

O.lmM

7.0

2 h

Dark

.

Yes

6 100mM

O.lmM

4.0

2 h Light

.

7 100mM

O.lmM

7.0

2 h Light

10μM

.

(4)

問題1. 4 個分)印模的觀察 (i).以毛刷自紅蓋瓶中小心地取出印棋，你可能需輕搖瓶子，以便找到透明的印模 (ii). 將印模放在載玻璃片上的一滴水中 (iii). 蓋上蓋玻片，並在 10 倍物鏡下觀察。注意:即棋未染色，故須調整顯微鏡，以利觀察在答案紙上的表1. 4 中，記錄你的觀察結果。每種印棋你至少須數 20 個氣孔表1. 4 1.光照下 2. 黑暗下 3. 酸性環境 4. 甘露糖醇 5. 未知他學物質

6. 10mM KC1 alone

7. 100mM KCl alone

8. CaCh

9. 離層酸 10. 離層酸及酸性環境問題1.

7

(2.5 分) 下列何者是甘露醇對氣孔開閉作用的正確解釋? a. 因甘露醇的親水性高，限制了水分子進人保衛細胞中問題1. 6 (2.5 分) 處理 7 及 8 觀察結果的正確解釋是 a. 保衛細胞的酸他導致膜上的餌離子通道打開，結果便餌離子及水分子進人保衛細胞中 b. 因離層酸的 pKa 接近 5.0 '大部分的分子在 pH 4.0 下呈未溶解狀態，此加速離層酸進人保衛細胞中 C. 兩處理沒有觀察到任何作用，這是因為沒有缺水逆境 d. 離層酸是一種強酸，且在強酸環境中效果最好在答案紙上的適當空格中打鉤(

...)

處

氣孔

打開的氣關閉的氣理總數目孔數目孔數目

2

3

4

5

6

7

8

問題1. 5 (10 分)結果解釋根據每組實驗的結果，在答案紙上回答盟且1. 5主到聞單1. 5.D ，在空格中填人下列適當選項的代表數字，每個選項只用一

次!

A. 可明確導致氣孔關閉的因于是 B. 可明確導致氣孔打開的因于是 C. 對氣孔開閉沒有明確影響的因于是一

D. 在此實驗無法確定其作用的因于是一一

選星i

a.

b.

C.

d.

(5)

科學教育月刊第 344 期中華民國一 00 年十一月 b. 細胞外的甘露醇濃度高，迫使 K+ ，

Cl-and

Ca++進人保衛細胞中，導致水也隨之進人細胞中 C. 甘露醇進人保衛細胞中，使溶質化學勢升高，導致水的吸收 d. 甘露醇的溶質濃度高，結果造成水從保衛細胞釋出 e. 甘露醇進人保衛細胞，可被K+及 Ca++ 的釋出以反方向平衡作用，導致水從保衛細胞釋出在答案紙上的適當空格中打鉤(的

I

a.

I

b.

I

c.

I

d.

I

e.

I

問題1. 8 (2.5 分) 你己觀察了未知化學物質對氣孔的影響 (也就是處理 5 :葉片浸於含有 10mM

KCl ' 0.1 mM CaClz '

pH 值 7.0 及未知他學物質之溶液中，黑暗中 2 小時) 這些結果暗示此物質可被利用為 a. 藉由增高呼吸作用來控制雜草 b. 藉由避免水散失以便切下的植物枝條長期保鮮 c. 作用類似一種凋萎毒物來控制雜草 d. 藉由提高光合作用速率以增加在乾燥土地上的農作產量 e. 藉由降低光呼吸作用速率以增加植物生長在答案紙上的適當空格中打鉤(的

I

a.

I

b.

I

c.

I

d.

I

e.

I

問題1.9 (2 分) 在此部分，你己看過不同因子對氣孔開閉的影響。科學家操作過類似的實驗，發現光照可活 1[; 保衛細胞中的玉米黃素

(zeaxanthin)

，進而活1[; 一個在保衛細胞膜上需 ATP 的質子幫浦。根據此背景資料及你在此部分所觀察到的結果，有關氣孔對光的反應機制步驟之順序如下。在答案紙上將正確選項的數字填人下列步驟中。

盤血L

Step

I:

一一_L一一

Step II:

__2

Step

III:

Step IV:

__Q

Step

V:

Step VI:

Step VII:

還里i

1.玉米黃素被光活他 2. 活 1[; 需 ATP 的質子幫浦 3. 氣孔關閉

4.

K+ 進人細胞

5.

K+ 自細胞釋出 6. 膜電位改變

7.

Ca++ 自細胞釋出 8. 質子自細胞釋出 9. 水分子進人細胞 10. 水分子自細胞釋出 1 1.氣孔打開

Task

2 探討解ttl 構造及其相對應的棲地環境( 14 分)

(6)

請在 30 分內完成本部分【材料與器材】 1.植物新鮮材料 (i) 在培養血中的葉(標示 X) (ii) 在培養血中的莖(標示 Y) 2. 雙眼顯微鏡 3. 刀片 4. 載玻月 5. 蓋玻片 6. 錶玻璃 7. 染劑(標示 S) 8. 毛刷【介紹】生長在不同棲地的植物呈現不同的適應。這些適應可在巨觀及微觀的層次上來研究，並與其棲地相關連。在本部分中，你將利用以下方法來研究所提供材料的解剖，材料 X 及 Y 是來自同一植物【方法】

1.對葉(材料 X) 作橫切之徒手切月

2. 加染劑染色約 30-60 秒 3. 以蒸餾水洗切片，再將切片置於載玻片的水滴上 4. 蓋上蓋玻片，並在 10 倍物鏡下觀察 5. 對莖(材料 Y) 重複步聽 1-4 觀察葉的橫切並回答盟昆主J..及盟且 2.2. 問題 2.1 (4 分) 從附錄 2.1 所提供的兩個檢索衰中，選擇適當的英文字母，填在答案紙的問題 2.1 .1. 及問題 2. 1. 11. 中注意:附錄 2.2.提供一些植物構造的手繪示意圖可供你參考 I.毛草口 II. 氣孔口問題 2.2 (4 分) 根據你所作的葉片橫切，在答案紙上適當空格打鉤 (.I) 1.角質層 2. 厚壁組織 3. 厚角組織 4. 通氣組織 5. 儲水組織 6. 跟體 a. 油腺體 b. 鹽腺體 C. 消化跟體

有口口口口口口口口口

無口口口口口口口口口

問題 2.3 (3.5 分) 觀察莖的橫切並在答案紙上適當空格打鉤 (的 1.角質層 2. 厚壁組織 3. 厚角組織 4. 過氣組織 5. 儲水組織 6. 維管束有口口口口口開放式口單韌口無口口口口口封閉式口

雙韌

口

(7)

科學教育月刊第 344 期中華民國一 00年十一月問題 2 .4 (2.5 分) 根據你對材料 Xand Y 的觀察，判斷這植物是屬於哪一類? a. 中生植物 b. 多肉早生植物 C. 沉水性水生植物 d. 浮水性水生植物 e. 食蟲性的中生植物 E 寄生性的中生植物附錄 2.1 Dichotomous Key 1 g. 鹽生植物 h. 淡水濕生植物在答案紙上盟盟主土適當空格打鉤(在此問題中，若你的答案與標準解答不同，但你的觀察是一致的，則正確的解釋也會給分)

a.

b.

C.

d.

e.

f.

g.

h.

二叉檢索表1

Trichomes (Epidermal appendages)

|毛著(表皮附屬物)

Peltate

巴

圖釘狀 Capitate

曰

頭狀 Branched

回

分枝狀 Simple and

回

uniserrate 簡單及單列

。:12|h軸面

毛

,11111fEMEEEEEA H Present 有 On abaxial· su兩個背軸面 Peltate

IA I

國釘狀~~ Capitate 頭狀

巴巴

Branched 分枝狀 Simple and uniserrate

回

簡單及單列

突

1μ af

--leit---aH nv aH nr

無

lM

回

。心a尸

surfa 自向軸面 On abaxial·.su兩個背軸面

白

_曰

*NOTE : Adaxial: facing the stem; abaxial: facing away

企om

the stem

(8)

Dichotomous Kev 2 二叉檢索表2 Stomata 氣孔無

||側向〕

有 -E ‘ nH aH 皂白，

E|

FEll--IEmu-P Onadaxial surfa曲 On abaxial surface 向軸面 Stomatal crypt present 有氣孔腔室 Stomatal crypt absent 無氣孔腔室 Stomatal crypt present 有氣孔腔室 Stomatal crypt absent 無氣孔腔室