第29屆國際生物學奧林匹克競賽試題 理論1-3

張 立 張雁云 范六民 周 潔 楊 揚

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

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題目

1～15 題：生物化學與分子生物學；16～26 題：動物生理學與解剖學；27～36 題：植物生理學；37～47 題：生態(tài)學與進化。

將采用以下計分方案：

1）有4 個陳述的問題：

?

2）有5 個陳述的問題：

?

注意：沒有負分。嘗試回答盡可能多的問題。

22.蛙胚胎形態(tài)學：圖X、Y、Z 分別顯示了蛙胚胎從淺表到深層的矢狀切面（將身體分成左、右部分的切面）。圖a～d 是圖Z 中所示的相同胚胎的橫切面。

根據上圖判斷以下陳述是否正確。

A.圖“a”是區(qū)域“1”的橫切面

B.圖“b”是區(qū)域“3”的橫切面

C.圖“c”是區(qū)域“4”的橫切面

D.圖“d”是區(qū)域“2”的橫切面

23.異位移植：早期胚胎細胞經歷2 個分化階段：特化和定型。

根據實驗a～d 的結果，判斷以下陳述是否正確。

A.這些數據支持細胞命運決定后是不可逆的

B.特化的細胞失去其他分化的潛能

C.如果移植物在晚期被移除并單獨培養(yǎng)，則會產生紅色棘球（如圖所示）

D.如果移植物在晚期被移除并在眼誘導因子存在下培養(yǎng)，則將形成眼狀結構

24.Symsagittifera的系統發(fā)育地位：Uljanin 于1870年發(fā)現了一組沒有后腸和體腔、身體不分節(jié)、雌雄同體的海洋軟體蠕蟲。這些蠕蟲的口位于中央實質組織。他們通過表皮上纖毛的移動，盡管其中許多種類“驚人的肌肉發(fā)達”。大多數物種都是自由生活的，有些具外殼。現在已表明，幾種物種與綠藻形成專屬共生，使它們成為功能性光合自養(yǎng)生物。后來，基于該屬物種Symsagittifera roscoffensis的完整線粒體基因組研究，分析這些多細胞生物的系統發(fā)育位置，其系統發(fā)育地位見下圖。

判斷以下陳述是否正確。

A.基于系統發(fā)育樹，無腔動物Acoelomorpha是后口動物Deuterostomia 的姐妹群

B.基于以上給出的描述，所鑒定的蠕蟲是無體腔動物（acoelomate）

C.根據上面給出的文字，所鑒定的蠕蟲具有不完全的消化系統

D.給出的信息與該蠕蟲屬于最早分化的兩側對稱動物的假說是一致的

25. 雙胚蟲的系統發(fā)育地位：1876年，van Beneden 發(fā)現了一組微小的纖毛狀蠕蟲生物，居住在頭足類動物主要是章魚和墨魚的腎囊中，并將其命名為雙胚蟲。生物學家對它們著迷，因為其高度簡化的身體組織、無性（正常情況下在宿主腎臟中產生蠕蟲狀幼蟲）和有性（在擁擠的條件下產生滴蟲形幼蟲通過寄主的尿液排出）的復雜生命周期。這些纖毛動物由大約20～30（或40）個細胞排列成2 層組成，缺乏體腔、循環(huán)系統和其他分化組織，胚胎采用螺旋形卵裂。由于簡單的身體結構，它們可被認為是原生動物和后生動物之間的中間類群。

以往的系統發(fā)育研究表明，雙胚蟲的系統發(fā)育地位仍然存在爭議

根據上述圖中數據，判斷以下陳述是否正確。

A.基于上述描述，滴蟲形幼蟲是雙胚蟲擴散的一種形式

B.根據上述分子數據，這些動物缺少后生動物與原生動物之間的聯系

C.根據這些數據，雙胚蟲在其演化史上面臨著回歸演化

D.根據已知數據，雙胚蟲與軟體動物的親緣關系比與蛻皮動物的關系更為密切

26.鳥類和蝙蝠的飛行結構：圖1～4 顯示了鳥類和蝙蝠的骨骼及飛翔肌的橫截面解剖結構示意圖。

根據圖中的結構，判斷以下陳述是否正確。

A.圖1 和圖2 是蝙蝠的結構

B.圖1 和圖2 的動物具有7 枚頸椎

C.在圖1 和圖2 中，唯一涉及煽翼的活動關節(jié)是肩胛骨-體液

D.圖3 中的胸小肌，在煽翅周期中負責翅下壓動作

植物生理學

27.花青素：花青素是液泡色素，由2 個苯環(huán)和1 個雜環(huán)組成。它們是花朵和水果的紅色至藍色的來源。存在于液泡中的和土壤中的pH 的變化，與金屬離子形成復合物，特別是在3′位和5′位引入-OH 基團及隨后在這些位置的甲基化，都導致產生色素顏色變化。

例如，羥基數量的增加或與金屬離子形成的復合物將色素的吸收轉移至更長的波長，而甲氧基（OCH3）將吸收轉移至稍短的波長。鑒于天竺葵色素（色素1）是熱帶水百合花（睡蓮）品種A 中最豐富的色素。

判斷以下陳述是否正確。

A.色素3 是花E 中最豐富的色素

B.在睡蓮屬品種C中，色素4比色素5含量更高

C.相比于其他花，色素6 在花D 中含量最高

D.因為色素2 的存在水平高于色素1，這就解釋了花B 的顏色

28.微量元素硼：硼（B）是植物必需的微量營養(yǎng)元素。它在植物中的攝取、轉運和功能似乎取決于它與糖（例如，韌皮部汁液中的山梨醇），以及與正在生長的細胞壁中特異的二聚化形式的果膠形成硼復合物（圖1）。Yokota 和Konishi（1999）研究了各種外源供應的糖（包括蔗糖、葡萄糖和果糖）通過形成糖-硼酸鹽復合物對促進花粉管生長的影響?；ǚ墼诓煌瑵舛扰穑˙）條件下培養(yǎng)20 h。糖對培養(yǎng)基pH 的影響如表1 所示；在不同糖類的培養(yǎng)條件下，花粉管的長度顯示在圖2 中。

圖1 硼-山梨醇復合物

表1 添加不同濃度（第1 行）硼酸后，含有不同糖的花粉培養(yǎng)基的pH 的變化

判斷以下陳述是否正確。

A.高濃度硼（B）對花粉管的生長抑制在含有蔗糖的培養(yǎng)基中比在含有果糖的培養(yǎng)基中更明顯

B.在低濃度（5 mM）硼（B）的情況下，花粉管的生長抑制在含有葡萄糖的培養(yǎng)基中比在其他糖的培養(yǎng)基中更明顯

C.隨著硼（B）濃度的增加，果糖對花粉管生長的抑制作用增強

D.基于糖對培養(yǎng)基pH 的影響，糖-硼（B）復合物形成的相對水平如下：蔗糖＜葡萄糖＜果糖

29.固氮作用：氮是所有植物的重要營養(yǎng)素。雖然大氣中存在大量的氮（N2），但大多數植物不能將N2轉化為可利用的形式。僅固氮細菌有能力將氮氣固定到氨中。下圖顯示了通過這些細菌和一些植物物種之間的共生進行固氮的前提步驟。

判斷以下陳述是否正確。

A.植物根以2 種主要的無機氮離子形式NH4+和NO3-吸收大多數氮，前者在植物中是可移動的，而后者則不是

B.在細菌識別植物、宿主植物識別細菌后，立即在根細胞中發(fā)生鈣離子震蕩

C.植物激素細胞分裂素是根瘤形成起始所必需的

D.細菌胞外多糖的釋放是根瘤菌與其合適的宿主之間功能性共生的必要和充分條件

30.光合作用：擬南芥（Arabidopsis thaliana）用于光合作用的研究。將具有相同形狀和大小的葉片的、相同年齡的擬南芥植株放置在發(fā)出不同顏色的各種光源下。每種光源處理條件下放置3株植株。分組如下：

a 組：藍光 b 組：綠光 c 組：紅光

d 組：藍光和紅光 e 組：黃光和綠光

在以相等光強（相當于正常的白天的光線）照射5 d 后，針對光子總量和持續(xù)時間，比較植物的生理參數。用太陽光測量補償點。

判斷以下陳述是否正確。

A.“a”組植物顯示出最高的光合作用速率

B.在各組中，CO2固定的光補償點在“b”組中最低

C.“d”組植物的生物量高于“c”組植物

D.在剛好高于補償點的光強度下，“e”組植物的光合作用速率預計會隨光線性增加

31.水生開花植物：一些開花植物是水生的，并已適應在水生環(huán)境中生存。根據植物通常位于水里或暴露于水上的程度，分為3 種類型，包括挺水植物、浮水植物和沉水植物。沉水植物的器官完全在水下生長。

判斷以下陳述對于沉水植物是否正確。

A.它們沒有木質部，因為它們可吸收所有表面的水分

B.鑒于某些物種確實有氣孔，氣孔的開啟和關閉將不會受到晝夜節(jié)律的驅動

C.這些植物具異形葉，具有薄和深綠色的葉子

D.這些植物具有發(fā)育良好的、具有厚壁的支持機械組織

32.虎耳草物種形成和滅絕：被子植物進化過程中的一個重要問題是生命形式和習性對物種形成和物種滅絕的影響。在一項對形態(tài)學上高度多樣化的植物目Saxifragales 的系統發(fā)育研究中，研究了習性和生活史對物種形成和滅絕的影響。圖A～F 展示了一年生、多年生、草本和木本譜系中物種形成（λ）和滅絕（μ）速率的評估結果（Soltis 等，2013）。結果以后驗概率密度的形式給出，其反映了與參數估計相關的不確定性。虛線表示每個分布中的中值。物種多樣化凈速率r=λ-μ。后驗概率密度是用于確定隨機變量在特定取值范圍內的概率的函數。選擇一個區(qū)間數值，不同于選擇一個特定數值。

判斷以下陳述是否正確。

A.在不同的支系間，木本支系具有更高的物種形成（λ）和滅絕（μ）速率

B.實驗結果與更短的世代時間導致更高的物種形成速率的觀點一致

C.與其他組群相比，多年生草本支系具有更高的物種多樣化凈速率

D.世代時間和繁殖系統影響物種多樣化的速率

33. 一年生與多年生植物生活史的演化：Nemesia 屬（Scrophulariaceae 玄參科）幾種物種之間的系統發(fā)育關系，以及隨地質時間尺度的分化如下圖所示。一年生或多年生植物生活史的狀態(tài)已標注在樹上。一年生植物生活史以黑色顯示，多年生植物生活史以藍色顯示（引自Datson等，2008）。

判斷以下陳述是否正確。

A.該系統發(fā)育樹表明，Nemesia 起源于中新世，但大部分現存的Nemesia 物種在上新世和第四紀期間呈輻射狀分布

B.該系統發(fā)育樹顯示，Nemesia 最近的共同最先有一年生生活型

C.該系統發(fā)育樹沒有顯示從一年生到多年生習性的轉變

D.Diascia rigescens 是該系統發(fā)育樹中所有其他分類群的祖先種

34.婆婆納屬的多倍性：在一項關于婆婆納屬Veronica（車前科）中多倍體和二倍體譜系的基因組大小與生活史、高山棲息習性之間的相關性（Meudt 等，2015）的研究中，發(fā)現該屬主要起源于北半球。下面的系統發(fā)育樹列舉了感興趣的變量有：1C 值（單倍體基因組中含有的DNA 量），生活史（一年生：條狀圖；多年生：無條狀圖），棲息地（非高山：無條狀圖；高山：條狀圖），倍性（2×至18×）。

基于上述系統發(fā)育樹和數據，判斷以下陳述是否正確。

A.所有南半球物種都是多倍體

B.多倍化總是伴隨著基因組變大

C.隨著向更高海拔或更涼爽的氣候的遷移，多年生的比一年生的更常見

D.在高山棲息地中從未發(fā)現一年生物種

35.葉綠體共生：葉綠體共生是自然發(fā)生的過程，導致宿主細胞中保有了另外一種物種的葉綠體。這個過程見于綠葉海兔（圖1：Pierce 和Curtis，2012）。綠葉海兔消化道上的細胞保留了食物海藻內的葉綠體。具有這些葉綠體的海兔物種能忍受長達一年的饑餓。已證明，一些海兔能保留功能性葉綠體一年或更長時間，甚至可終身保留。

關于這種共生的機制，目前有幾種假說。早期研究嘗試在這種海兔中尋找海藻的細胞核，但都失敗了。然而，最近的研究已證明，盡管從未給海兔Elysia chlorotica 飼喂過Voncheria litorea 藻類，但V. litorea 藻類的核基因存在于海兔幼體的基因組中。這一結果很驚人，畢竟葉綠體利用動物蛋白看上去難以置信。

基于給定的信息，判斷以下陳述是否正確。

A.水平基因轉移可能導致獲取的一些葉綠體基因轉移至某些海兔的基因組中，特別是長期維持葉綠體的海兔

B.宿主細胞中溶酶體的活性必須最小，以防止葉綠體攝入

C.具有藻類葉綠體的海兔還需要藻類線粒體以確保在饑餓期間的能量來源

D.攝入的葉綠體中存在的藻類細胞核RNA 可能以某種方式在海兔體內停留長達一年的時間

36.被子植物形態(tài)學：下圖顯示了被子植物器官的2 個組織切片。左側的組織切片是從器官的中心部分制備的，而右側的切片來自側生部分。

判斷以下陳述是否正確。

A.這些切片制備來自單子葉植物

B.這些切片代表一個變態(tài)莖

C.蒸騰作用發(fā)生于該器官

D.維管束是雙韌型的，這意味著韌皮部存在于木質部的兩側

（待續(xù)）