第29屆國(guó)際生物學(xué)奧林匹克競(jìng)賽試題 理論1-4

張雁云 范六民 周 潔 楊 揚(yáng) 張 立

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

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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(wèn)題：

?

2）有5 個(gè)陳述的問(wèn)題：

?

注意：沒(méi)有負(fù)分。嘗試回答盡可能多的問(wèn)題。

生態(tài)學(xué)與進(jìn)化

37.狩獵大角羊：大角羊（Ovis canadensis），分布在北美洲，雄性個(gè)體以其華麗卷曲的羊角而聞名。對(duì)該物種的狩獵在1970年被限制。這種限制使得對(duì)公羊（具有大而完全彎曲羊角的雄性）的狩獵非常有價(jià)值，有時(shí)需要花費(fèi)超過(guò)10 萬(wàn)美元才能捕獵。以這種方式籌集的資金則用于保護(hù)大角羊的棲息地。

Coltman 及其同事（2003）的研究表明，加拿艾伯塔省對(duì)大角羊的狩獵開(kāi)展了30 多年，大角羊種群個(gè)體平均體重和羊角平均長(zhǎng)度的下降與年份之間存在一定的相關(guān)性。

判斷以下陳述是否正確。

A.觀察到的平均體重和角長(zhǎng)度的變化意味著大角羊種群的下降

B.基于表型的選擇性捕獵，如果針對(duì)遺傳性狀（表型方差的部分由基因型方差解釋?zhuān)?，可改變種群特征

C.如果角大小的變化主要是由于加性遺傳相互作用造成的，則該性狀的遺傳力會(huì)隨著時(shí)間的推移而降低

D.通過(guò)狩獵最長(zhǎng)角的雄性，雄性繁殖成功率的變異增加

E.這些趨勢(shì)確定了角長(zhǎng)和體重之間的遺傳相關(guān)性

38.霍爾丹法則（Haldane’s rule）：現(xiàn)代進(jìn)化生物學(xué)的創(chuàng)始人之一J.B.S.Haldane（1892—1964）指出，如果在雜交后代中，其中一種性別缺失、罕見(jiàn)或不育，則這種性別就是異配性的（2 條染色體不同），例如，在XY 性別決定系統(tǒng)中，XY 雜合體通常都不育或不能存活。Presgraves 和Orr（1998）希望通過(guò)研究半合子X(jué) 缺失的類(lèi)群檢驗(yàn)霍爾丹法則。

他們關(guān)注伊蚊屬（Aedes）和按蚊屬（Anopheles）的蚊子。伊蚊雄性為XY，雌性為XX，但X 染色體和Y 染色體攜帶完整的同源基因，而按蚊的Y 染色體退化。通過(guò)研究這2 個(gè)類(lèi)群中跨物種雜交得到雜種不育的相關(guān)數(shù)據(jù)（下表）。

提示：假設(shè)每個(gè)性狀都是由多個(gè)基因位點(diǎn)控制的。

伊蚊數(shù)據(jù)

按蚊數(shù)據(jù)

判斷以下陳述是否正確。

A.如果按蚊屬的雄性在強(qiáng)烈的選擇下，會(huì)觀察到相同的雜交不育模式

B.在這2 個(gè)屬中觀察到的雜種不育模式與參與雜種不育的等位基因是隱性的觀點(diǎn)是一致的

C.如果伊蚊的不育模式與按蚊的相同，就會(huì)否定霍爾丹法則

D.伊蚊雜交不育的模式表明該屬Y 染色體功能的變化

39.人類(lèi)選擇：Bustamante 等（2005）通過(guò)對(duì)來(lái)自39 個(gè)人的11 624 個(gè)基因的測(cè)序，分析了人類(lèi)基因組多態(tài)性的模式。下表顯示同義（不會(huì)導(dǎo)致氨基酸替換的變化）和非同義（導(dǎo)致氨基酸替換的變化）單核苷酸多態(tài)性（SNPs-種內(nèi)變異）的分布：

同義的非同義的差異34 099 20 467單核苷酸多態(tài)性15 750 14 311

表中的“差異”是指這項(xiàng)研究中的人類(lèi)基因組與黑猩猩基因組之間的固定差異。

判斷以下陳述是否正確。

A.非同義SNP 與同義SNP 的比率大于相對(duì)應(yīng)的非同義差異位點(diǎn)與同義差異位點(diǎn)的比率，表明負(fù)選擇對(duì)人類(lèi)的影響

B.染色質(zhì)區(qū)域基因的SNP 位點(diǎn)具有更高的同義突變/非同義突變比值

C.宿主特異性病原體引起的進(jìn)化上的軍備競(jìng)賽會(huì)降低人與黑猩猩在差異位點(diǎn)上的同義/非同義替代的比值

D.黑猩猩種群中存在的SNPs 不能導(dǎo)致黑猩猩種群的任何水平的生殖隔離

40.性別演變：一些關(guān)于有性繁殖的演化問(wèn)題目前還是謎團(tuán)。多年來(lái)，人們提出了許多假說(shuō)解釋這一現(xiàn)象。

判斷以下陳述是否正確。

A.有性繁殖對(duì)等位基因間關(guān)聯(lián)的影響將提高共適應(yīng)基因的適合度

B.考慮到大多數(shù)突變都是有害的，在小規(guī)模種群中性別將抵消無(wú)突變個(gè)體的損失

C.當(dāng)有害突變是共顯性時(shí)，避免有性繁殖生物之間的近親交配將是有利的

D.預(yù)期穩(wěn)定區(qū)域中有性繁殖物種的比例高于不穩(wěn)定區(qū)域

41.腸道微生物與癌癥：根據(jù)進(jìn)化的概念，共生是生物體的一個(gè)普遍特征，可有助于理解復(fù)雜的特征和表型。腸道微生物和宿主在共生中演化，并形成了一個(gè)相互依存的整體，這種復(fù)雜的關(guān)系形成了個(gè)體演化適應(yīng)的生態(tài)系統(tǒng)。最近發(fā)展的基因組學(xué)和宏基因組學(xué)方法有助于發(fā)現(xiàn)腸道微生物群的變化與宿主健康和疾病之間的聯(lián)系。

Gagnière 及其同事（2016）強(qiáng)調(diào)了人類(lèi)腸道微生物群在結(jié)直腸癌中的作用。Flemer 及其同事（2018）進(jìn)行的一項(xiàng)研究中強(qiáng)調(diào)，結(jié)直腸癌的異質(zhì)性可能與腸道微生物的種類(lèi)有關(guān)，這些菌群可能是易患病的或具抗藥性的。

箱形圖顯示結(jié)直腸癌（CRC）的患者、具有息肉的個(gè)體（健康和癌組織之間的中間階段，其并不總是轉(zhuǎn)向CRC）和健康對(duì)照（HC）的細(xì)菌群的相對(duì)多度。星號(hào)表示顯著的P 值：???表示P＜0.001，??表示P＜0.01，?表示P＜0.05，P＞0.05

判斷以下陳述是否正確。

A.結(jié)直腸癌患者與對(duì)照組體內(nèi)的微生物組成差異與癌癥的發(fā)生關(guān)系不大

B.與對(duì)照組相比，細(xì)菌組2 的豐度變化僅限于息肉患者

C.任何生活于腸道中的細(xì)菌群都與結(jié)直腸癌的患病風(fēng)險(xiǎn)增加有關(guān)

D.與息肉患者相關(guān)的微生物群可作為進(jìn)而發(fā)展為結(jié)直腸癌患者的高風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)

42.營(yíng)養(yǎng)關(guān)系：解釋生態(tài)系統(tǒng)中營(yíng)養(yǎng)關(guān)系的基本方法之一是使用能量金字塔和生物量金字塔，這些金字塔用堆疊的矩形表示。每一個(gè)矩形代表一個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)內(nèi)的能量或生物量的量。能量和生物量在從一個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)轉(zhuǎn)移至下一個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)時(shí)都會(huì)有一部分從生態(tài)系統(tǒng)中流失。因此，當(dāng)從一個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)升到上一個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)時(shí)，每個(gè)矩形的大小會(huì)相應(yīng)減小。

上圖為一些不同生態(tài)學(xué)系統(tǒng)中的金字塔實(shí)例。正如你所見(jiàn)，生物量金字塔在某些生態(tài)系統(tǒng)中可倒置

判斷以下陳述是否正確。

A.生物量金字塔的倒置是由于異養(yǎng)生物密度過(guò)低造成的

B.當(dāng)生物量金字塔倒置時(shí)，不可能像常規(guī)的能量金字塔一樣，因此，倒置生物量金字塔的能量金字塔也必須倒置

C.在陸地生態(tài)系統(tǒng)中自養(yǎng)的生物量通常大于異養(yǎng)生物的生物量

D.浮游植物周轉(zhuǎn)率快的生態(tài)系統(tǒng)，生物量金字塔更有可能被倒置

43.競(jìng)爭(zhēng)排斥：競(jìng)爭(zhēng)排斥原理認(rèn)為，當(dāng)2 個(gè)或以上的物種競(jìng)爭(zhēng)同類(lèi)有限資源時(shí)，優(yōu)勢(shì)競(jìng)爭(zhēng)者會(huì)導(dǎo)致劣勢(shì)競(jìng)爭(zhēng)者的滅絕。另一方面，某些物種共存于自然資源缺乏的系統(tǒng)中，而它們需要同樣有限的資源。例如，豬籠草（食肉植物）被認(rèn)為是劣勢(shì)競(jìng)爭(zhēng)者，Brewer（2003）對(duì)豬籠草與另一種植物相互作用進(jìn)行了研究。

饑餓處理和鄰移處理對(duì)豬籠草根部干重產(chǎn)生的影響。誤差顯示為±標(biāo)準(zhǔn)誤（豬籠草打開(kāi)蓋子意味著豬籠草可很容易地?cái)z食。改自Brewer，2003）

根據(jù)上圖判斷以下陳述是否正確。

A.當(dāng)使用相同的資源時(shí)，劣勢(shì)競(jìng)爭(zhēng)者無(wú)法與優(yōu)勢(shì)競(jìng)爭(zhēng)者共存

B.如果周期性的干擾因素去除或減少優(yōu)勢(shì)競(jìng)爭(zhēng)者的種群數(shù)量，劣勢(shì)競(jìng)爭(zhēng)者可與優(yōu)勢(shì)競(jìng)爭(zhēng)者共存

C.激烈的競(jìng)爭(zhēng)會(huì)導(dǎo)致競(jìng)爭(zhēng)物種的多樣化，使它們能共存，同時(shí)降低競(jìng)爭(zhēng)的強(qiáng)度

D.當(dāng)豬籠草被饑餓處理時(shí)，它們與優(yōu)勢(shì)競(jìng)爭(zhēng)者共存的能力明顯降低

44.物種多樣性：生態(tài)系統(tǒng)中的區(qū)域物種多樣性通常隨著初級(jí)生產(chǎn)力的增加而增加，而局域物種多樣性與初級(jí)生產(chǎn)力之間沒(méi)有任何明確的關(guān)系。這表明區(qū)域和局域過(guò)程對(duì)物種多樣性有著明顯的影響。

圖中說(shuō)明了4 種假設(shè)機(jī)制及其對(duì)α-多樣性（平均局域多樣性）和β-多樣性（局域間物種組成多樣性）的影響。（HNDD：種間負(fù)的種群密度依賴(lài)，CNDD：種內(nèi)負(fù)的種群密度依賴(lài)）

根據(jù)上述假設(shè)，判斷以下陳述是否正確。

A.專(zhuān)性捕食者或宿主特異性病原體將會(huì)降低α-多樣性

B.增加CNDD 對(duì)區(qū)域間的群落組成具有同質(zhì)化作用

C.HNDD 弱的地區(qū)群落分化程度較高

D.環(huán)境干擾的作用方式類(lèi)似于增加CNDD 對(duì)α-多樣性和β-多樣性的影響

45.阿德利企鵝躲避捕食者：在阿德利企鵝中，當(dāng)父母雙方離開(kāi)巢穴尋找食物時(shí)，3 周大的小雛鳥(niǎo)聚集在一起被保護(hù)起來(lái)。該物種的這種社會(huì)防御行為不同尋常。當(dāng)成年阿德利企鵝外出覓食到達(dá)海岸時(shí)，企鵝會(huì)先集群，然后一起跳入海中。阿德利企鵝的天敵（豹海豹）可能潛伏的附近。企鵝有2 個(gè)選擇，首先是一起跳入水中，或等到1 只企鵝跳入水中，據(jù)此確定是否有捕食者。

判斷以下陳述是否正確。

A.這是利他行為的一個(gè)例子，因?yàn)槭紫忍胨械钠簌Z可能會(huì)被潛在的捕食者追捕，但可通過(guò)幫助其親屬，傳遞它的基因

B.根據(jù)上面的例子，可以說(shuō)一只企鵝個(gè)體的行為會(huì)對(duì)其他個(gè)體正在發(fā)生的行為產(chǎn)生影響

C.如果出現(xiàn)了一種新策略，這種策略會(huì)使企鵝再次進(jìn)入海洋而不會(huì)遭到攻擊，則從長(zhǎng)遠(yuǎn)分析，種群中每個(gè)個(gè)體都會(huì)采用這種新策略

D.導(dǎo)致延遲跳躍的突變最終會(huì)固定下來(lái)

46.有條件合作：合作是動(dòng)物演化的一種復(fù)雜的行為。有條件合作，例如，直接和間接的互惠、合作伙伴的選擇就是這樣的復(fù)雜行為。利用分析相互作用個(gè)體的行為間的相關(guān)性，可簡(jiǎn)單闡述這種行為是如何演化的（見(jiàn)下圖）。事實(shí)上，這種關(guān)聯(lián)導(dǎo)致合作的個(gè)體得到更多的合作，所以，如果有欺騙著，合作就會(huì)少，這是一種懲罰。

非人類(lèi)靈長(zhǎng)動(dòng)物的欺騙與合作關(guān)系（改自McNally 等，2013）

判斷以下陳述是否正確。

A.在一定對(duì)策和機(jī)制條件下，加強(qiáng)合作使欺騙行為演化的可能性低

B.雖然合作行為的總體凈收益高于被欺騙的成本，但背叛者的存在不允許合作持續(xù)下去

C.只要不顯著增加合作成本，欺騙就會(huì)演化

D.欺騙行為只能發(fā)生在新的生境中，因?yàn)闆](méi)有時(shí)間適應(yīng)新的環(huán)境條件

E.靈長(zhǎng)類(lèi)動(dòng)物的協(xié)作性與欺騙率之間的關(guān)系，可用該類(lèi)群中較大的社會(huì)群體解釋

47.衰老：個(gè)體衰老是整個(gè)機(jī)體的衰老，這是自然界中普通存在的一種現(xiàn)象，但其確切原因至今仍不清楚。George C.Williams 對(duì)此提出了一個(gè)進(jìn)化理論，包括以下假設(shè)：

1）體細(xì)胞（指身體內(nèi)的所有體細(xì)胞）是繁殖成功的必要條件，但不能傳給后代。

2）等位基因受自然選擇的影響。

3）多效性基因?qū)Σ煌挲g、不同體細(xì)胞環(huán)境下的適合度有相反的影響。

4）繁殖概率隨年齡的增長(zhǎng)而降低。

Williams 舉了一個(gè)例子：也許一個(gè)基因被選擇是因?yàn)槠渚幋a骨骼中的鈣沉積，從而促進(jìn)幼體的生存，但同樣的基因會(huì)促進(jìn)動(dòng)脈中鈣的沉積。

判斷以下陳述是否正確。

A.根據(jù)該理論，較低的成人死亡率與較低的衰老率相關(guān)

B.根據(jù)該理論，在性別不同的情況下，性成熟后生殖力下降率較高（但與其他性別具有同等死亡率）的性別應(yīng)經(jīng)歷更快的衰老

C.一個(gè)基因中等位基因的頻率與前面提及的鈣沉積基因相似，在早期最小，在晚期最大

D.該模型認(rèn)為衰老是一種適應(yīng)

（理論考試1 卷完）