第29屆國際生物學奧林匹克競賽試題 理論1-1

周 潔 楊 揚 張 立 張雁云 范六民

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

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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：生態學與進化。

將采用以下計分方案：

1）有4 個陳述的問題：

正確的陳述數量3 4分數0 0 1 0 2 0 0.5 1.0

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。

生物化學與分子生物學

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

生長實驗：分離出4 個Z-脈孢菌突變體，下面給出了這些突變體的實驗結果（+：生長，-：未生長）。

細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 在基本培養基上生長積累的物質+----+----++---+++++Y X X Y

互補實驗：通過測試異核體在培養基中的生長進行互補實驗。結果如下（+：生長，-：未生長）。

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-++-------

交配實驗：將突變菌株交配并測定每次交配的孢子中的原養型所占的百分比，結果如下。

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原養型孢子%25%25%0%（計數了很多孢子）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 個不同位點發生了突變

C.至少2 個突變菌株是雙突變體（即在每個菌株中的突變位點＞1）

D.突變體3 的突變位點位于突變體2 的突變位點和突變體4 中的突變位點之間

E.突變體2 和野生型菌株交配，預計產生的25%的孢子將是原養型

2.DNA 條形碼：分類學從傳統意義上講基于形態學。DNA 條形碼技術是一種新方法，旨在根據線粒體COI基因中的一個650 bp 片段的核苷酸序列進行準確和相對簡單的物種鑒定。Kimura-2參數（K2P）距離是廣泛接受的指數，反映了2 個DNA 序列之間的差異。

一項關于分布在波斯灣的魚類的研究中，研究了超過150 個個體，根據形態學的標準，它們代表了83 個物種。基于COI序列的種內K2P 距離的平均值計算為1.15%。世界各種著名魚類研究報告顯示的平均距離為0.25%～0.45%。

一項研究是針對居住在墨西哥灣的魚類進行的。這項研究中包含了150個個體。根據形態學的標準，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 條形碼技術的DNA 片段中序列變化的進化速率肯定應該比H4 組蛋白編碼基因的序列變化的進化速率更快

種內屬內科內目內綱內比較的數量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標準誤差距離（%）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種內平均K2P 距離偏高。這一結果可能是由于名義上的物種（例如，那些基于形態學的）在這一區域分布比較發散

C.表中的數據支持這一說法：魚類的物種鑒定可基于COI片段序列

D.表1表明基于COI的條形碼技術不適合于屬的鑒定

3.遺傳分化：分類學從傳統意義上講基于形態學。DNA 條形碼技術是一種新方法，旨在根據線粒體COI基因中的一個650 bp 片段的核苷酸序列進行準確和相對簡單的物種鑒定。Kimura-2 參數（K2P）距離是廣泛接受的指數，反映了2 個DNA 序列之間的差異。

來自世界不同地區的關于16 個物種的5 個條形碼研究結果如下。這項研究計算了3 種類型的分化值：全球的、區域內和區域間的距離。全球的分化值是常用的，即同一物種內的所有成對的序列比較的平均值（與起源位置無關）。區域內分化值是通過平均來自同一地區同一物種的所有序列的距離。區域間分化值則是通過比較同一物種的2 個不同地理位置的所有序列距離所得的平均值。

3 個計算（i，ii 和iii）的結果如下：

i.比較的17 個區域內10 個物種的平均標準偏差（SD）為0.11%（最小值：0%；最大值：0.3%）。第18 個區域和前17 個區域的其中1 個物種比較分化值的標準偏差SD 為1.26%。

ii.來自印度的長棘鯛標本的區域內分化值為0.20%，來自印度和南非的標本的區域間分化值為0.13%。

iii.印度牛尾魚的全球分化值為9.46%。該物種的區域間分化值如下：印度/中國為15.78%；中國/澳大利亞為12.05%；印度/澳大利亞為10.61%；中國/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 中計算的第18 個區域比較的標準偏差SD 值表明：實際比較的魚類不屬于同一物種

B.計算ii 中報告的K2P 的分化值符合這一說法：印度和南非的長棘鯛種群來自常見的種群，但與南非相比，印度的生態位變化更大

C.計算iii 中的分化值表明：與區域分化值相比，全球分化值更能體現世界上印度牛尾魚存在的分化程度的信息

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

4.脈沖追蹤實驗：在細胞中進行的脈沖追蹤實驗是這樣的：細胞首先短時間暴露于標記的特定分子的前體（脈沖），然后洗去未進入并結合的標記前體，且被標記的目標分子隨著時間推移一直是可視的（追蹤）。在一個用于研究基因表達的實驗中，在脈沖期間將細胞暴露于標記的UTP，且實驗的追蹤部分的結果總結在下圖中：

判斷以下陳述是否正確。

A.基于上面所呈現的數據，在細胞核中合成的大多數（約質量的90%）RNA 在細胞核中降解而不進入細胞質

B.基于上面所呈現的數據，細胞核中RNA 的復雜性（指的是不同序列的數量）高于細胞質中的復雜性

C.假設初級轉錄物的60%為內含子所構成，則追蹤開始時細胞核中標記量和追蹤8 h 后細胞質中標記物的量的差異（觀察到的），可表示剪接過程

D.預計超過8 h 的追蹤最終將在細胞質中顯示出比8 h 內的更高的標記量

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

在熒光淬滅實驗中，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，測量的這些突變體的熒光淬滅。蛋白質的激發在295 nm 處，且在300～400 nm 處可掃描到熒光散發。這些激發和散發波長對色氨酸是特異性的。通常根據Stern-Volmer 常數KSV分析淬滅數據。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 種突變蛋白質中，蛋白質1 具有最低的酶活性

B.與蛋白質3 相比，碘離子更容易接觸到蛋白質2 的色氨酸殘基

C.蛋白質3 具有最高的KSV

D.蛋白質1 不含色氨酸殘基

6.抗miRs：微小RNA 是在各種組織和細胞類型中表達的短的非編碼RNA，其抑制靶基因的表達。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 是一種不斷發展的治療策略。然而，當前抗miR 技術的體內功效受到遞送至靶細胞的生理和細胞屏障的阻礙。

現有一種特異性靶向腫瘤微環境的新型抗miR 遞送平臺，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 的肽的方式實現的。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 的結構是pH值依賴的。在低pH 值下，在pHLIP 中誘導產生跨膜結構，促進附著其上的PNA 轉運至腫瘤細胞中（圖1）。pHLIP 介導的miR-155 轉運有效抑制培養細胞中的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 的轉運和活性

判斷以下陳述是否正確。

A.根據這些數據，你可得出結論：肝臟不能幫助身體清除pHLIP-抗miRs

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

C.腫瘤的酸性微環境對細胞內釋放抗miR-155 起作用

D.抗miR 貨物將被困在內體中

E.從無規卷曲到pHLIP 的螺旋的轉變加強了細胞死亡

7.類固醇激素：類固醇激素影響細胞中初級應答基因和次級應答基因的表達，如下圖所示。

初級和次級應答基因可通過以下方式區分：

A.激素給藥同時抑制DNA 復制

B.激素給藥同時抑制轉錄

C.激素給藥同時抑制翻譯

D.激素給藥同時抑制轉錄和翻譯

8.解偶聯藥物：使線粒體內膜可透過H+的藥物稱為“解偶聯劑”。

判斷以下陳述是否正確。

A.這些藥物會增加氧氣消耗

B.這些藥物會降低體內碳水化合物的分解代謝

C.這些藥物會降低體溫

D.由于嚴重的體重減輕，這些藥物可能因過量服用而導致死亡

E.由于嚴重的ATP 丟失，這些藥物可能因過量服用而導致死亡

9.限制性酶消化：一些限制酶具有不同的識別序列，但產生相同的粘性末端，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）表達質粒載體，在限制性酶的完全消化下呈現的線性DNA 的電泳結果。表達載體在其克隆位點附近有一個強啟動子。重組質粒的插入物是SalⅠ消化的產物。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.數據表明有2 個拷貝的插入物克隆在表達載體中

B.預期一半的克隆能轉錄基因X的mRNA

C.XhoⅠ位點存在于本實驗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切割重組質粒，則可獲得一個4 kb 產物

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

判斷以下陳述是否正確。

A.如果m1 和m2 的突變位于同一個基因中，則所有雜交3號的減數分裂產物都可能是不愉快表型

B.如果從雜交3 號的減數分裂中產生3 個不愉快表型和1 個愉快表型，則m1 的突變和m2 的突變在不同的基因中

C.如果從雜交3 號的減數分裂中產生1 個不愉快表型和1 個愉快表型，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行實驗，則在雜交3 號的減數分裂產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。這導致功能性血紅蛋白水平降低和紅細胞功能降低，導致貧血。在α-地中海貧血中，血紅蛋白的α 鏈產生量不足，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 鏈產生量不足，且α 鏈形成不溶性凝聚體，其在未成熟的紅細胞內沉淀并防止分化成成熟細胞。

正常單倍體人類基因組具有1 個β 鏈和2 個α 鏈編碼基因。正常個體細胞中，相比β 鏈的2 個等位基因，α 鏈的4 個等位基因的存在預計會導致過量的α 鏈和α 凝聚體產生。然而，α 凝聚體不存在于正常個體的細胞中。在紅細胞中發現一種稱為α-血紅蛋白穩定蛋白（AHSP）的11 kDa蛋白，揭示了維持可溶形式α 鏈的一種機制。該蛋白質在合成時與α 鏈單體特異性地形成可溶性復合物。AHSP 和α-血紅蛋白之間復合物的晶體結構顯示AHSP 與α-珠蛋白和β-珠蛋白的同一面結合，并確保α-珠蛋白在產生時進行正確折疊。當β-珠蛋白表達后，β-珠蛋白取代AHSP。

判斷以下陳述是否正確。

A.α 和β 基因拷貝數的差異可解釋嚴重β-地中海貧血的發生率比嚴重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記物

C.α-血紅蛋白對β-血紅蛋白的親和力高于對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）