第29屆國(guó)際生物學(xué)奧林匹克競(jìng)賽試題 理論1-1

周 潔 楊 揚(yáng) 張 立 張雁云 范六民

（1 華中師范大學(xué)第一附屬中學(xué) 湖北武漢 430223 2 清華大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院 北京 100084 3 北京師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院 北京 100875 4 北京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院 北京 100871）

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題目

1～15 題：生物化學(xué)與分子生物學(xué)；16～26 題：動(dòng)物生理學(xué)與解剖學(xué)；27～36 題：植物生理學(xué)；37～47 題：生態(tài)學(xué)與進(jìn)化。

將采用以下計(jì)分方案：

1）有4 個(gè)陳述的問題：

正確的陳述數(shù)量3 4分?jǐn)?shù)0 0 1 0 2 0 0.5 1.0

2）有5 個(gè)陳述的問題：

?

注意：沒有負(fù)分。嘗試回答盡可能多的問題。

生物化學(xué)與分子生物學(xué)

1.代謝途徑重建：化合物X 和Y 是Z 合成途徑中的前體。Z 對(duì)生長(zhǎng)至關(guān)重要。野生型脈孢菌是原養(yǎng)型，意味著它們可在基本培養(yǎng)基（MM）上生長(zhǎng)。

生長(zhǎng)實(shí)驗(yàn)：分離出4 個(gè)Z-脈孢菌突變體，下面給出了這些突變體的實(shí)驗(yàn)結(jié)果（+：生長(zhǎng)，-：未生長(zhǎng)）。

細(xì)胞類型野生型突變體1突變體2突變體3突變體4 MMMM+YMM+XMM+Z 在基本培養(yǎng)基上生長(zhǎng)積累的物質(zhì)+----+----++---+++++Y X X Y

互補(bǔ)實(shí)驗(yàn)：通過測(cè)試異核體在培養(yǎng)基中的生長(zhǎng)進(jìn)行互補(bǔ)實(shí)驗(yàn)。結(jié)果如下（+：生長(zhǎng)，-：未生長(zhǎng)）。

突變體1突變體2突變體3突變體4突變體1突變體2突變體3突變體4-++-------

交配實(shí)驗(yàn)：將突變菌株交配并測(cè)定每次交配的孢子中的原養(yǎng)型所占的百分比，結(jié)果如下。

交配突變體1×突變體2突變體1×突變體3突變體1×突變體4突變體2×突變體3突變體2×突變體4突變體3×突變體4原養(yǎng)型孢子%25%25%0%（計(jì)數(shù)了很多孢子）0.004%0.001%0.001%

判斷以下陳述是否正確。

A.突變菌株中的突變分布在2 個(gè)基因中

B.考慮到所有突變菌株，在1 種或多種菌株中脈孢菌基因組的至少5 個(gè)不同位點(diǎn)發(fā)生了突變

C.至少2 個(gè)突變菌株是雙突變體（即在每個(gè)菌株中的突變位點(diǎn)＞1）

D.突變體3 的突變位點(diǎn)位于突變體2 的突變位點(diǎn)和突變體4 中的突變位點(diǎn)之間

E.突變體2 和野生型菌株交配，預(yù)計(jì)產(chǎn)生的25%的孢子將是原養(yǎng)型

2.DNA 條形碼：分類學(xué)從傳統(tǒng)意義上講基于形態(tài)學(xué)。DNA 條形碼技術(shù)是一種新方法，旨在根據(jù)線粒體COI基因中的一個(gè)650 bp 片段的核苷酸序列進(jìn)行準(zhǔn)確和相對(duì)簡(jiǎn)單的物種鑒定。Kimura-2參數(shù)（K2P）距離是廣泛接受的指數(shù)，反映了2 個(gè)DNA 序列之間的差異。

一項(xiàng)關(guān)于分布在波斯灣的魚類的研究中，研究了超過150 個(gè)個(gè)體，根據(jù)形態(tài)學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)，它們代表了83 個(gè)物種?；贑OI序列的種內(nèi)K2P 距離的平均值計(jì)算為1.15%。世界各種著名魚類研究報(bào)告顯示的平均距離為0.25%～0.45%。

一項(xiàng)研究是針對(duì)居住在墨西哥灣的魚類進(jìn)行的。這項(xiàng)研究中包含了150個(gè)個(gè)體。根據(jù)形態(tài)學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)，這些魚屬于76 種，56 屬，32 科，11 目和2 綱。下表顯示了不同分類水平的標(biāo)本之間的K2P距離。

判斷以下陳述是否正確。

A.選擇用于DNA 條形碼技術(shù)的DNA 片段中序列變化的進(jìn)化速率肯定應(yīng)該比H4 組蛋白編碼基因的序列變化的進(jìn)化速率更快

種內(nèi)屬內(nèi)科內(nèi)目?jī)?nèi)綱內(nèi)比較的數(shù)量185 76 888 9 274 3 439最小距離（%）0 6.19 10.88 14.57 16.2平均距離（%）0.18 12 17.43 21.51 22.77最大距離（%）1.66 20.23 24.56 28.9 34.41標(biāo)準(zhǔn)誤差距離（%）0.02 0.42 0.08 0.02 0.04

B.與其他魚類研究相比，波斯灣魚類研究的COI種內(nèi)平均K2P 距離偏高。這一結(jié)果可能是由于名義上的物種（例如，那些基于形態(tài)學(xué)的）在這一區(qū)域分布比較發(fā)散

C.表中的數(shù)據(jù)支持這一說法：魚類的物種鑒定可基于COI片段序列

D.表1表明基于COI的條形碼技術(shù)不適合于屬的鑒定

3.遺傳分化：分類學(xué)從傳統(tǒng)意義上講基于形態(tài)學(xué)。DNA 條形碼技術(shù)是一種新方法，旨在根據(jù)線粒體COI基因中的一個(gè)650 bp 片段的核苷酸序列進(jìn)行準(zhǔn)確和相對(duì)簡(jiǎn)單的物種鑒定。Kimura-2 參數(shù)（K2P）距離是廣泛接受的指數(shù)，反映了2 個(gè)DNA 序列之間的差異。

來自世界不同地區(qū)的關(guān)于16 個(gè)物種的5 個(gè)條形碼研究結(jié)果如下。這項(xiàng)研究計(jì)算了3 種類型的分化值：全球的、區(qū)域內(nèi)和區(qū)域間的距離。全球的分化值是常用的，即同一物種內(nèi)的所有成對(duì)的序列比較的平均值（與起源位置無關(guān)）。區(qū)域內(nèi)分化值是通過平均來自同一地區(qū)同一物種的所有序列的距離。區(qū)域間分化值則是通過比較同一物種的2 個(gè)不同地理位置的所有序列距離所得的平均值。

3 個(gè)計(jì)算（i，ii 和iii）的結(jié)果如下：

i.比較的17 個(gè)區(qū)域內(nèi)10 個(gè)物種的平均標(biāo)準(zhǔn)偏差（SD）為0.11%（最小值：0%；最大值：0.3%）。第18 個(gè)區(qū)域和前17 個(gè)區(qū)域的其中1 個(gè)物種比較分化值的標(biāo)準(zhǔn)偏差SD 為1.26%。

ii.來自印度的長(zhǎng)棘鯛標(biāo)本的區(qū)域內(nèi)分化值為0.20%，來自印度和南非的標(biāo)本的區(qū)域間分化值為0.13%。

iii.印度牛尾魚的全球分化值為9.46%。該物種的區(qū)域間分化值如下：印度/中國(guó)為15.78%；中國(guó)/澳大利亞為12.05%；印度/澳大利亞為10.61%；中國(guó)/南非為16.05%；印度/南非為4.05%；澳大利亞/南非為10.95%。

判斷以下陳述是否正確。

A.上述i 中計(jì)算的第18 個(gè)區(qū)域比較的標(biāo)準(zhǔn)偏差SD 值表明：實(shí)際比較的魚類不屬于同一物種

B.計(jì)算ii 中報(bào)告的K2P 的分化值符合這一說法：印度和南非的長(zhǎng)棘鯛種群來自常見的種群，但與南非相比，印度的生態(tài)位變化更大

C.計(jì)算iii 中的分化值表明：與區(qū)域分化值相比，全球分化值更能體現(xiàn)世界上印度牛尾魚存在的分化程度的信息

D.參考計(jì)算iii，全球分化值（9.46%）與區(qū)域間分化值的平均值（11.58）之間的差異可用來自不同地區(qū)的樣本數(shù)量不同進(jìn)行解釋

4.脈沖追蹤實(shí)驗(yàn)：在細(xì)胞中進(jìn)行的脈沖追蹤實(shí)驗(yàn)是這樣的：細(xì)胞首先短時(shí)間暴露于標(biāo)記的特定分子的前體（脈沖），然后洗去未進(jìn)入并結(jié)合的標(biāo)記前體，且被標(biāo)記的目標(biāo)分子隨著時(shí)間推移一直是可視的（追蹤）。在一個(gè)用于研究基因表達(dá)的實(shí)驗(yàn)中，在脈沖期間將細(xì)胞暴露于標(biāo)記的UTP，且實(shí)驗(yàn)的追蹤部分的結(jié)果總結(jié)在下圖中：

判斷以下陳述是否正確。

A.基于上面所呈現(xiàn)的數(shù)據(jù)，在細(xì)胞核中合成的大多數(shù)（約質(zhì)量的90%）RNA 在細(xì)胞核中降解而不進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)

B.基于上面所呈現(xiàn)的數(shù)據(jù)，細(xì)胞核中RNA 的復(fù)雜性（指的是不同序列的數(shù)量）高于細(xì)胞質(zhì)中的復(fù)雜性

C.假設(shè)初級(jí)轉(zhuǎn)錄物的60%為內(nèi)含子所構(gòu)成，則追蹤開始時(shí)細(xì)胞核中標(biāo)記量和追蹤8 h 后細(xì)胞質(zhì)中標(biāo)記物的量的差異（觀察到的），可表示剪接過程

D.預(yù)計(jì)超過8 h 的追蹤最終將在細(xì)胞質(zhì)中顯示出比8 h 內(nèi)的更高的標(biāo)記量

5.熒光淬滅法：酶活性通常與其構(gòu)象靈活性相關(guān)，因此，較高的靈活性（較低的剛性）通常伴隨較高的活性。發(fā)射熒光的色氨酸殘基最常位于蛋白質(zhì)的非極性內(nèi)部環(huán)境中。通過實(shí)驗(yàn)確定色氨酸殘基是否暴露于溶液的一種極好的方法是測(cè)量其熒光的淬滅（降低）。突變對(duì)色氨酸的暴露程度的影響可通過測(cè)量碘化鉀（KI）的熒光淬滅量實(shí)現(xiàn)。碘離子選擇性地淬滅暴露的色氨酸殘基發(fā)出的熒光。

在熒光淬滅實(shí)驗(yàn)中，等量的3 種突變形式的酶（突變體形式1、2 和3），加入不同濃度的KI（0～0.6 M）后，測(cè)量的這些突變體的熒光淬滅。蛋白質(zhì)的激發(fā)在295 nm 處，且在300～400 nm 處可掃描到熒光散發(fā)。這些激發(fā)和散發(fā)波長(zhǎng)對(duì)色氨酸是特異性的。通常根據(jù)Stern-Volmer 常數(shù)KSV分析淬滅數(shù)據(jù)。KSV是通過公式F0/F=1+KSV［Q］得到的，其中F0/F是未淬滅和淬滅的熒光強(qiáng)度的比率，［Q］是淬滅劑的摩爾濃度。

判斷以下陳述是否正確。

A.在3 種突變蛋白質(zhì)中，蛋白質(zhì)1 具有最低的酶活性

B.與蛋白質(zhì)3 相比，碘離子更容易接觸到蛋白質(zhì)2 的色氨酸殘基

C.蛋白質(zhì)3 具有最高的KSV

D.蛋白質(zhì)1 不含色氨酸殘基

6.抗miRs：微小RNA 是在各種組織和細(xì)胞類型中表達(dá)的短的非編碼RNA，其抑制靶基因的表達(dá)。參與癌癥的微小RNA 被稱為oncomiRs（腫瘤微小RNA）。使用反義寡聚體（即抗miR）抑制oncomiRs 是一種不斷發(fā)展的治療策略。然而，當(dāng)前抗miR 技術(shù)的體內(nèi)功效受到遞送至靶細(xì)胞的生理和細(xì)胞屏障的阻礙。

現(xiàn)有一種特異性靶向腫瘤微環(huán)境的新型抗miR 遞送平臺(tái)，利用一種被稱為肽核酸（PNA）抗miR 的合成分子附著于被稱為pHLIP 的肽的方式實(shí)現(xiàn)的。PNA 抗miR 的核苷酸之間是通過肽鍵而非正常的磷酸二酯鍵鏈接。pHLIP 的結(jié)構(gòu)是pH值依賴的。在低pH 值下，在pHLIP 中誘導(dǎo)產(chǎn)生跨膜結(jié)構(gòu)，促進(jìn)附著其上的PNA 轉(zhuǎn)運(yùn)至腫瘤細(xì)胞中（圖1）。pHLIP 介導(dǎo)的miR-155 轉(zhuǎn)運(yùn)有效抑制培養(yǎng)細(xì)胞中的miR-155oncomiR（圖2）。

圖1 使用PNA-抗miR-155-pHLIP靶向小鼠淋巴瘤模型中的miR-155

圖2 pH 依賴的PNA-抗miR-155-pHLIP 的轉(zhuǎn)運(yùn)和活性

判斷以下陳述是否正確。

A.根據(jù)這些數(shù)據(jù)，你可得出結(jié)論：肝臟不能幫助身體清除pHLIP-抗miRs

B.在pH 值小于7 時(shí)，pHLIP 插入脂質(zhì)雙分子層中，從而促進(jìn)附著的抗miR-155 的遞送

C.腫瘤的酸性微環(huán)境對(duì)細(xì)胞內(nèi)釋放抗miR-155 起作用

D.抗miR 貨物將被困在內(nèi)體中

E.從無規(guī)卷曲到pHLIP 的螺旋的轉(zhuǎn)變加強(qiáng)了細(xì)胞死亡

7.類固醇激素：類固醇激素影響細(xì)胞中初級(jí)應(yīng)答基因和次級(jí)應(yīng)答基因的表達(dá)，如下圖所示。

初級(jí)和次級(jí)應(yīng)答基因可通過以下方式區(qū)分：

A.激素給藥同時(shí)抑制DNA 復(fù)制

B.激素給藥同時(shí)抑制轉(zhuǎn)錄

C.激素給藥同時(shí)抑制翻譯

D.激素給藥同時(shí)抑制轉(zhuǎn)錄和翻譯

8.解偶聯(lián)藥物：使線粒體內(nèi)膜可透過H+的藥物稱為“解偶聯(lián)劑”。

判斷以下陳述是否正確。

A.這些藥物會(huì)增加氧氣消耗

B.這些藥物會(huì)降低體內(nèi)碳水化合物的分解代謝

C.這些藥物會(huì)降低體溫

D.由于嚴(yán)重的體重減輕，這些藥物可能因過量服用而導(dǎo)致死亡

E.由于嚴(yán)重的ATP 丟失，這些藥物可能因過量服用而導(dǎo)致死亡

9.限制性酶消化：一些限制酶具有不同的識(shí)別序列，但產(chǎn)生相同的粘性末端，如下面所示的SalⅠ和XhoⅠ。

下面的凝膠電泳圖像顯示了非重組（空載體）和重組（含有基因X）表達(dá)質(zhì)粒載體，在限制性酶的完全消化下呈現(xiàn)的線性DNA 的電泳結(jié)果。表達(dá)載體在其克隆位點(diǎn)附近有一個(gè)強(qiáng)啟動(dòng)子。重組質(zhì)粒的插入物是SalⅠ消化的產(chǎn)物。將插入物連接到已用XhoⅠ切割的載體中。

判斷以下陳述是否正確。

A.數(shù)據(jù)表明有2 個(gè)拷貝的插入物克隆在表達(dá)載體中

B.預(yù)期一半的克隆能轉(zhuǎn)錄基因X的mRNA

C.XhoⅠ位點(diǎn)存在于本實(shí)驗(yàn)重組載體的插入物外部

D.在膠上觀察到的2 kb 片段可作為篩選重組載體的探針

E.如果用SalⅠ消化的插入物連接到已用XhoⅠ和SalⅠ酶切割的載體中，隨后用XhoⅠ切割重組質(zhì)粒，則可獲得一個(gè)4 kb 產(chǎn)物

10.酵母的交配實(shí)驗(yàn)：本交配實(shí)驗(yàn)使用的酵母物種含有16 條相同長(zhǎng)度染色體，2 種突變酵母菌株進(jìn)行交配的結(jié)果（顯示具有不愉快的表型）如下所示，每種都具有單個(gè)基因中的1 個(gè)突變。每個(gè)基因中突變的等位基因相對(duì)于野生型等位基因是隱性的。不愉快是一種多基因表型，多個(gè)基因影響該表型。在這些酵母菌株中不發(fā)生重組。

判斷以下陳述是否正確。

A.如果m1 和m2 的突變位于同一個(gè)基因中，則所有雜交3號(hào)的減數(shù)分裂產(chǎn)物都可能是不愉快表型

B.如果從雜交3 號(hào)的減數(shù)分裂中產(chǎn)生3 個(gè)不愉快表型和1 個(gè)愉快表型，則m1 的突變和m2 的突變?cè)诓煌幕蛑?/p>

C.如果從雜交3 號(hào)的減數(shù)分裂中產(chǎn)生1 個(gè)不愉快表型和1 個(gè)愉快表型，則m1 的突變和m2 的突變可相互抑制

D.如果用各種不愉快表型的突變體進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，則在雜交3 號(hào)的減數(shù)分裂產(chǎn)物中最常觀察到的愉快與不愉快酵母的比例將是1∶3

11.地中海貧血癥：地中海貧血是血紅蛋白最常見的遺傳疾病，是由一條球蛋白鏈的丟失或大量減少引起的。這導(dǎo)致功能性血紅蛋白水平降低和紅細(xì)胞功能降低，導(dǎo)致貧血。在α-地中海貧血中，血紅蛋白的α 鏈產(chǎn)生量不足，因此，血紅蛋白四聚體形成僅含有β 鏈的血紅蛋白四聚體。在β-地中海貧血中，血紅蛋白的β 鏈產(chǎn)生量不足，且α 鏈形成不溶性凝聚體，其在未成熟的紅細(xì)胞內(nèi)沉淀并防止分化成成熟細(xì)胞。

正常單倍體人類基因組具有1 個(gè)β 鏈和2 個(gè)α 鏈編碼基因。正常個(gè)體細(xì)胞中，相比β 鏈的2 個(gè)等位基因，α 鏈的4 個(gè)等位基因的存在預(yù)計(jì)會(huì)導(dǎo)致過量的α 鏈和α 凝聚體產(chǎn)生。然而，α 凝聚體不存在于正常個(gè)體的細(xì)胞中。在紅細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)一種稱為α-血紅蛋白穩(wěn)定蛋白（AHSP）的11 kDa蛋白，揭示了維持可溶形式α 鏈的一種機(jī)制。該蛋白質(zhì)在合成時(shí)與α 鏈單體特異性地形成可溶性復(fù)合物。AHSP 和α-血紅蛋白之間復(fù)合物的晶體結(jié)構(gòu)顯示AHSP 與α-珠蛋白和β-珠蛋白的同一面結(jié)合，并確保α-珠蛋白在產(chǎn)生時(shí)進(jìn)行正確折疊。當(dāng)β-珠蛋白表達(dá)后，β-珠蛋白取代AHSP。

判斷以下陳述是否正確。

A.α 和β 基因拷貝數(shù)的差異可解釋嚴(yán)重β-地中海貧血的發(fā)生率比嚴(yán)重α-地中海貧血更高

B.α-珠蛋白/β-珠蛋白比率是篩選β-地中海貧血的合適標(biāo)記物

C.α-血紅蛋白對(duì)β-血紅蛋白的親和力高于對(duì)AHSP 的親和力

D.AHSP 有害突變可能在α-鏈凝聚方面模擬β-地中海貧血表型

（待續(xù)）