2014年第廿五屆國際生物奧林匹亞競賽 --實作試題(2)

2014 年第廿五屆國際生物奧林匹亞競賽

--實作試題

(2)

中華民國生物奧林匹亞競賽代表團

實作試題 (續)

實作試題三：動物解剖、生理及系統分類

ANIMAL ANATOMY, PHYSIOLOGY, AND SYSTEMATICS

總 分 ：93.5 分 ，總 操 作 時 間：90 分 鐘 【 實 驗 材 料 及 儀 器 】 實 驗 材 料 數 量 單 位 蝦 放 在 解 剖 盤 中 6 specimens 實 驗 儀 器 數 量 單 位 解 剖 用 具 1 set 有 燈 的 放 大 鏡 1 set 檯 燈 1 set 鉛 筆 1 piece 衛 生 紙 1 box 桌 布 1 piece 手 套 1 piece 口 罩 1 piece 直 尺 1 sheet 計 算 機 1 piece 削 筆 刀 1 piece 標 籤 紙 1 piece

Part A 幼魚對鹽度劇烈變化時所產生的急性反應 (12 分)

【背 景 介 紹 】 在 印 尼 半 鹹 水 區 域，水 的 鹽 濃 度 變 化 深 受 季 節 的 影 響，雨 季 時，上 游 的 大 雨 會 使 鹽 濃 度 下 降 ， 旱 季 時 ， 因 水 量 減 少 ， 鹽 濃 度 會 上 升 。 幼 魚 對 鹽 濃 度 的 改 變 非 常 敏 感，在 鹽 度 仍 可 忍 受 的 範 圍 內，可 藉 由 滲 透 調 節，在 鹽 度 (過 高或 過 低 )超 過可 忍 受 的 範圍 時，無 法經 由 滲 透 調節，因 此 對魚 類 幼 體 會產 生 毒 害。本 實 驗 目 的 是 要 測 定 虱 目 魚 幼 魚 對 鹽 度 劇 烈 改 變 時 產 生 的 反 應 。 【 實 驗 步 驟 】 為 測 定 鹽 度 劇 烈 改 變 所 造 成 幼 魚 的 死 亡 率 ，10 條 幼魚 各 由 0.4M 溶 液 移 至不 同 鹽 濃 度 中 並 計 算5 分 鐘 內魚 死 亡的 數 目 ， 下表 顯 示 三 個重 複 的 實 驗結 果 。 鹽 度 幼 魚 死 亡 數 死 亡 幼 魚 在 試 管 中 之 位 置 重 複1 重 複 2 重 複3 上 層 中 間 底 部 2M 9 10 8 26 1 0 1.6M 7 6 9 18 3 1 1.2M 5 5 6 12 4 0 0.8M 2 3 2 1 5 1 0.4M 1 2 0 0 2 1 0M 4 3 3 0 1 9

問 題1.1： 在答 案 紙 上 作 折線 圖 ， 畫 出各 鹽 濃 度(S)對 各重 複 平均 致 死 率(M)的 線 性 關係 (6 分 ) 問 題1.2： 在 該圖 上 標 示 出 會造 成 50%的 幼魚 死 亡時 的 濃 度 (2 分 ) 問 題1.3： 下 列何 者 是 本 實驗 中 造 成 魚體 死 亡 的 最主 要 原 因 ？(2 分 ) A. 與 溶液 相 比 較魚 體 為 高 張， 因 此 水 進入 組 織 中 B. 高鹽 度 會 增 加水 的 黏 度 ，因 此 魚 體 呼吸 及 運 動 須消 耗 更 高 的能 量 C. 高鹽 度 會 降 低魚 體 可 使 用的 氧 氣 D. 溶 液與 魚 體 間的 水 勢 差 異很 大 ， 使 魚體 因 鰓 組 織受 損 而 缺 氧

問 題1.4： 本 實驗 中 ， 下 列何 者 是 高 鹽度 造 成 死 亡魚 體 浮 在 水面 的 最 主 要原 因 ？(2 分 ) A. 因 為水 分 由 組織 往 外 擴 散， 使 魚 體 的體 重 降 低 B. 因為 組 織 液 比周 遭 鹽 液 更稀 薄 ， 使 魚體 的 密 度 降低 C. 因為 分 解 作 用產 生 的 氣 體累 積 在 魚 體的 內 部 D. 因 為失 去 調 控其 魚 鰾 的 功能

Part B 半致死濃度計算 (19.5 分)

【 背 景 介 紹 】 在 印 尼 半 鹹 水 區 域 的 養 殖 業，受 惠 於 附 近 河 流 淡 水 的 自 然 流 入，但 養 殖 業 近 來 因 殺 蟲 劑 等 化 學 藥 品 流 入 河 流 中 而 受 威 脅，分 析 這 些 藥 品 毒 性 的 常 用 方 法 是 檢 測 造 成 半 數 實 驗 動 物 死 亡 的 濃 度 ， 這 個 濃 度 即 是 半 致 死 濃 度 或LC50。 下 表 顯 示 某 一 殺 蟲 劑 對 幼 魚 的 實 驗 結 果 ， 計 算 該 殺 蟲 劑 的 半 致 死 濃 度 No 濃 度[μM] 測 試 動 物 死 亡 動 物 個 體 數 1 10.2 50 44 2 7.7 50 42 3 6.5 50 35 4 5.1 46 24 5 4.4 50 22 6 3.8 50 16 7 3.2 50 11 8 2.6 50 6 【 偏 差 值 分 析 Probit Analysis】 估 計 LC50 的 有效 方 法 是 根據 線 性 回 歸作 偏 差 值(或然 率 單 位)分析 ， 基 本 觀念 是 算 出 殺 蟲 劑 濃 度 的 對 數 值(x)與 致 死 率 偏 差 轉 換 值 (y)在 y=a+bx 上 的 線 性 關 係 ， 為 了 讓 此 關 係 趨 近 於 直 線，先 將 致 死 率 轉 換 為 偏 差 值，即 標 準 化 常 態 分 布 上 累 積 數 值 的 位 置。此 轉 換 可 用 芬 尼 表 進 行(Finney, 1952)(表 1)。下 例說 明 如 何 使用 該 表，致死 率 17%就 是 在標 示 為“10” 那 一 列 中 找 到 在 標 示 為 “7” 的 那 一 欄，其 偏 差 值 為 ­0.95；而 半 致 死 濃 度(LC50)的 偏差 值 為0.00.。

表 1. 問 題2.1：根 據 2,4 和 7 欄 位中 的 數 據 資料 , 將 log10濃 度 轉 換 為 致 死 率，致 死 率 用 或 然 率 單 位 表 示 。 將 計 算 結 果 寫 在 答 案 卷 表 格 的 空 格 中 。(4.5 分 ) 注 意 ： 準 確 度 至 小 數 點 後 兩 位 ， 但 計 算 致 死 率 時 則 無 需 用 小 數 點 。 線 性 方 程 式 中 的 斜 率b 和 截 距 a， 可 用下 列 矩 陣 方程 式 來 估 算。 問 題2.2： 計 算 2, 4 和 7 欄 位 中數 據 資料 的 xi2 and xiyi， 並 將 結 果 寫 於 答 案 卷 上 ， 除 致 死 率 外 ， 其 他 數 值 準 確 度 至 小 數 點 後 兩 位 。(3 分 ) 問 題2.3： 計 算表 中 所 要 求 的 4 個 數 值總 和準 確 度 至 小 數 點 後 兩 位 。(4 分 ) [答 案 卷 ]

問 題2.4： 利 用所 提 供 的 方程 式 計 算 斜率 及 截 距 數值準 確 度 至 小 數 點 後 兩 位 。(4 分 )

a b

問 題 2.5： 利 用你 所 計 算 的斜 率 及 截 距數 值 ， 估 計該 殺 蟲 劑 對幼 魚 的 半 致死 濃 度 準 確 度 至

小 數 點 後 兩 位 ， 以 μM 為 單 位 。(4 分 )

Part C 蝦的分類 (62 分)

【 背 景 介 紹 】 印 尼 的 海 岸 線 很 長，有 許 多 大 小 不 一 的 蝦 類 養 殖 場。因 海 岸 環 境 不 同，在 不 同 區 域 會 有 不 同 的 蝦 種 分 佈。本 題 的 目 的 是 對 許 多 印 尼 著 名 的 蝦 類 作 樣 本 鑑 定，並 依 據 形 態 特 徵 進 行 親 緣 關 係 研 究 。 實 驗 過 程 中 會 用 到 放 大 鏡 、 解 剖 工 具 、 鑷 子 與 解 剖 針 。 注 意 ： 傷 害 到 樣 本 並 不 會 影 響 評 分 ， 但 可 能 會 因 此 把 同 種 生 物 歸 為 不 同 種 類 。 【 蝦 類 的 鑑 定 】 問 題3.1： 依 據以 下 的 檢 索表 對 蝦 類 樣本 進 行 分 類， 參 考 下 圖所 標 示 的 形態 特 徵 進 行。 （15 分 ） 在 正 確 的 答 案 處 打 勾 ： Species 標 本 SpA SpB SpC SpD SpE SpF Funchalia villosa 長 柔 毛 刺 顎 蝦

Funchalia woodwardi 吳 氏 刺 顎 蝦 Litopenaeus vannamei 白 蝦 Macrobrachium australiense 澳 洲 長 臂 大 蝦 Macrobrachium koomboolomba 庫 姆 伯 倫 姆 巴 長 臂 沼 蝦 Macrobrachium rosenbergii 泰 國 長 臂 大 蝦 Metapenaeopsis barbata 紅 斑 赤 蝦 Metapenaeus monoceros 沙 蝦 Parapenaeus australiensis 澳 洲 擬 對 蝦 Parapenaeus sextuberculatus 六 側 突 對 蝦 Penaeopsis eduardoi 雙 刺 擬 對 蝦 Penaeus merguiensis 墨 吉 對 蝦 Penaeus monodon 草 蝦 Trachypenaeus curvirostris 鷹 爪 蝦

【 蝦 類 檢 索 表 Identification Key for Prawns】

注 意 ：b 若標 示“ － ” 表 示不 具 有 a 所 描述 的 特 徵 1. a. Second pereiopod bigger and longer than the

other pereiopods

第 二 步 足 大 且 長 於 其 他 步 足

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b. --- (4)

2. a. Antennal scale anterior margin strongly produced forward at or near mid--­line

觸 角 鱗 前 緣 在 靠 近 中 線 處 有 明 顯 地 突 出 Macrobrachium rosenbergii 泰 國 長 臂 大 蝦 b. --- (3) 3. a. 第 四胸 腹 片 有 明顯 的 中 縫 （接 縫 ） Macrobrachium australiense 澳 洲 長 臂 大 蝦 b. --- Macrobrachium koomboolomba 庫 姆 布 倫 姆 巴 長 臂 沼 蝦 4. a. Rostrum with ventral teeth

喙 出 現 腹 齒

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b. --- (5)

5. a. Telson with fixed subapical spines 尾 節 出 現 固 定 的 近 尖 端 刺

(6)

b. --- (9)

6. a. Telson with 1 pair of fixed subapical spines 尾 節 出 現 1 對 固定 的 近 尖 端刺

(7)

b. Telson with 3 pairs of fixed subapical spines 尾 節 出 現 3 對 固定 的 近 尖 端刺

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7. a. Maxilliped 3 and pereiopod 2 with spine on inside of basis

第 三 顎 足 與 第 二 步 足 基 部 內 側 出 現 刺

Metapenaeopsis barbata 紅 斑 赤 蝦

b. --- (8)

8. a. Carapace with longitudinal suture (seam) 背 甲 出 現 縱 走 縫 （ 接 縫 ）

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【 編 纂 特 徵 與 相 似 度 矩 陣 Compiling Character and Similarity Matrices】

在 本 題 中 受 試 者 被 要 求 針 對 六 種 蝦 類 標 本 進 行 親 緣 關 係 的 重 建 。 下 表 為 六 種 蝦 類 (SpA~SpF)的 形態 特 徵，根 據 特徵 之 有無 進 行 特 徵矩 陣 編 纂。利 用問 題 3.1 後 方 的 圖進 行 雙 刺 擬 對 蝦 9. a. Pereiopod 5 with exopod

第 五 步 足 出 現 外 肢 Trachypenaeus curvirostris 鷹 爪 蝦 b. --- Metapenaeus monoceros 沙 蝦 10 .

a. Rostrum as long as peduncle of antennule and antennal scale

喙 與 小 觸 角 柄 、 觸 角 鱗 柄 等 長

Parapenaeus australiensis 澳 洲 擬 對 蝦

b. Rostrum shorter than peduncle of antennule and antennal scale 喙 短 於 小 觸 角 柄 與 觸 角 鱗 柄 Parapenaeus sextuberculatus 六 側 突 對 蝦 11 .

a. Rostrum with 4-6 dorsal teeth 喙 有4-6 個 背 齒

Funchalia villosa 長 柔 毛 刺 顎 蝦 b. Rostrum with 10­13 dorsal teeth

喙 有10­13 個 背齒

Funchalia woodwardi 吳 氏 刺 顎 蝦 12

.

a. The height of the gastro--­orbital carina is at least half of the height of the carapace at the same location 胃 － 眼 眶 龍 骨 瓣 高 度 至 少 為1/2 背 甲 高度 (13) b. --- Penaeus merguiensis 墨 吉 對 蝦 13 .

a. Rostrum with 6-7 dorsal teeth and 3 ventral teeth

喙 有6­7 個 背 齒 與 3 個 腹 齒

Penaeus monodon 草 蝦

b. Rostrum with 8-9 dorsal teeth and 2 ventral teeth

喙 有8­9 個 背 齒 與 2 個 腹 齒

Litopenaeus vannamei 白 蝦

形 態 特 徵 鑑 定 ， 並 寫 於 答 案 卷 上 。 Number Description 1 第 二 步 足 大 且 長 於 其 他 步 足 2 眼 柄 上 的 中 結 明 顯 3 上 觸 角 鬚 約 與 下 觸 角 鬚 等 長 ， 並 連 於 第 三 觸 角 節 4 觸 角 鱗 前 緣 在 靠 近 中 線 處 有 明 顯 突 出 5 胃 － 眼 眶 龍 骨 瓣 高 度 至 少 為 1/2 背 甲 高度 6 喙 有 多 個 腹 齒 7 喙 的 邊 緣 接 隆 起 ， 並 形 成 寬 底 三 角 形 8 尾 節 出 現 固 定 的 近 尖 端 刺 9 額 角 龍 骨 瓣 與 額 角 龍 骨 溝 延 伸 止 於 上 胃 齒 處 或 略 超 過 10 成 熟 雄 蝦 ， 第 三 顎 足 趾 長 度 為 掌 節 的 1/2（ 約 0.5–0.6 倍 ） 11 第 五 步 足 缺 少 外 肢 ， 而 且 尾 節 缺 少 固 定 的 近 尖 端 刺 12 體 色 呈 黃 白 色 、 黃 紅 色 ， 並 具 有 黑 色 或 綠 色 斑 點 13 喙 有 6­9 個 背 齒 與 2­3 個 腹齒 14 鉗 螯 上 的 動 趾 覆 被 有 極 短 的 細 刺 15 第 五 步 足 缺 少 外 肢 問 題3.2：在 答 案 卷 上完 成 特徵 矩 陣。”1”表 示 具 有該 項 特 徵，“ －” 表 示不 具 有 該 項 特 徵 。（22.5 分 ） “1”表示 具 有 該 項特 徵 ，”─”表 示 不具 有 該項 特 徵 。 Character 特 性 SpA SpB SpC SpD SpE SpF 1 2 3 4 5 6 7

Character 特 性 SpA SpB SpC SpD SpE SpF 8 9 10 11 12 13 14 15 16 1 - - - 1 - 17 - 1 1 1 - 1 18 - 1 - - - - 19 - - - 1 - - 20 1 - 1 - 1 1 【利 用 UPGMA 法 進 行 親 緣 關 係 重 建 】 UPGMA（ 非 加 權 組 平 均 法 ） 為 最 簡 易 的 親 緣 樹 重 建 法 ， 所 提 供 的 數 據 在 演 化 速 率 相 同 的 前 提 下。在 這 種 計 算 方 式 中，重 複 將 距 離 最 短 的 兩 物 種 歸 到 一 個 較 高 層 階 的 類 群 中， 以 下 會 詳 述 計 算 方 式 。 為 說 明 方 便 ，A, B, C 與 D 各 類 群 特 徵的 間 距 可 用如 下 表 中 的數 字 表 示 。 A A 0 B B 6 0 C C 7 8 0 D D 8 9 4 0 說 明 1： 由 於 C 與 D 兩 類群 間 的 距 離最 短 ， 因 此被 歸 一 個 高階 類 群 ， 其相 對 年 齡 便可 用 1/2C­D 原 始 距 離表 示 ， 因 此， C­D 的 相對 年 齡 則 為 2。

接 著，一 個 新 的 距 離 矩 陣 將 成 為 這 個 高 階 類 群 與 各 個 類 群 間 的 距 離，如 下 表 所 示。 A 群 與 C­D 群 的距 離 便 被 標示 為 A-C 與 A­D 的 平 均值，分 別 以 d(A,C)與 d(A,D) 表 示 。 之 後 ，d(x,y)便可 以 作 為 x 群 與 y 群 的 距 離 。 A A 0 B B 6 0 (C, D) (C, D) 7.5 8.5 0 說 明 2：在 此 ，最 短 距 離 的高 階 類 群 A-B 便 誕 生 了， 且 A-B 的 距 離 為 3。 進 一 步 ， 另 一 個 新 的 距 離 矩 陣 形 成 如 下 表 所 示 。d((A,B),(C,D))的 距 離 為 d(A,C), d(A,D), d(B,C)與 d(B,D)四 項的 平 均 值 。 (A, B) (A, B) 0 (C, D) (C, D) 8 0 說 明 3：在 最 後的 說 明 中 ，一 個 新 的 類群 被 形 成((A,B),(C,D))， 其相 對 年 齡 為 4。 問 題3.3：利 用表 2 中 提 供 的特 徵 矩 陣 計算 距 離 矩 陣。樣 本 間 的距 離 定 義 為兩 種 樣 本 間特 徵 差 異 （ 一 方 具 有 而 另 一 方 不 具 該 特 徵 ） 的 數 目 （7.5 分 ） 表2. Character 特 性 I II III IV V VI 1 - - - 1 - - 2 - - - - 1 - 3 - - - 1 - -

Character 特 性 I II III IV V VI 4 - - 1 - - 1 5 - - - 1 - - 6 1 - 1 - 1 1 7 1 - 1 - 1 1 8 1 - 1 - - 1 9 - 1 - - - - 10 - - 1 - - 1 11 - 1 - - - - 12 1 - - - 1 - 13 - - - 1 - - 14 - - - 1 - - 15 - 1 - - 1 - 16 1 - - - 1 - 17 - 1 1 1 - 1 18 - 1 - - - - 19 - - - 1 - - 20 1 - 1 - 1 1 Specimen 標 本 I II III IV V VI I 0.00 II 0.00 III 0.00 IV 0.00 V 0.00 VI 0.00

問 題 3.4：在 答案 卷 的 表 2 中， 利 用 UPGMA 法 與所 完 成 的 距離 矩 陣 數 據對 六 個 樣 本(I--­ VI)進 行親 緣 關 係重 建 。 並 以樣 本 編 號 I–VI 進 行 回答 。（ 12 分 ） 階 層 1 Age of newly formed cluster 新 形 成 類 群 的 年 齡 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 階 層 2 Age of newly formed cluster 新 形 成 類 群 的 年 齡 0.00 0.00 0.00 0.00 階 層 3 Age of newly formed cluster 新 形 成 類 群 的 年 齡 0.00 0.00 0.00

階 層 4 Age of newly formed cluster 新 形 成 類 群 的 年 齡 0.00 0.00 問 題3.5：利 用 UPGMA 結 果畫 出 親 緣 樹（ 樹 狀 圖 ），以 相 對 長 度畫 出 每 個 分支，並 標 出正 確 數 字 。（5 分 ） (待 續)

轉 載 自 ： 中華民國生物奧林匹亞委員會網站National Biology Olympiad, Taiwan, R.O.C http://www.ibo.nsysu.edu.tw/