第29届国际生物学奥林匹克竞赛试题 理论1-1

周 洁 杨 扬 张 立 张雁云 范六民

（1 华中师范大学第一附属中学 湖北武汉 430223 2 清华大学生命科学学院 北京 100084 3 北京师范大学生命科学学院 北京 100875 4 北京大学生命科学学院 北京 100871）

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题目

1～15 题：生物化学与分子生物学；16～26 题：动物生理学与解剖学；27～36 题：植物生理学；37～47 题：生态学与进化。

将采用以下计分方案：

1）有4 个陈述的问题：

正确的陈述数量3 4分数0 0 1 0 2 0 0.5 1.0

2）有5 个陈述的问题：

?

注意：没有负分。尝试回答尽可能多的问题。

生物化学与分子生物学

1.代谢途径重建：化合物X 和Y 是Z 合成途径中的前体。Z 对生长至关重要。野生型脉孢菌是原养型，意味着它们可在基本培养基（MM）上生长。

生长实验：分离出4 个Z-脉孢菌突变体，下面给出了这些突变体的实验结果（+：生长，-：未生长）。

细胞类型野生型突变体1突变体2突变体3突变体4 MMMM+YMM+XMM+Z 在基本培养基上生长积累的物质+----+----++---+++++Y X X Y

互补实验：通过测试异核体在培养基中的生长进行互补实验。结果如下（+：生长，-：未生长）。

突变体1突变体2突变体3突变体4突变体1突变体2突变体3突变体4-++-------

交配实验：将突变菌株交配并测定每次交配的孢子中的原养型所占的百分比，结果如下。

交配突变体1×突变体2突变体1×突变体3突变体1×突变体4突变体2×突变体3突变体2×突变体4突变体3×突变体4原养型孢子%25%25%0%（计数了很多孢子）0.004%0.001%0.001%

判断以下陈述是否正确。

A.突变菌株中的突变分布在2 个基因中

B.考虑到所有突变菌株，在1 种或多种菌株中脉孢菌基因组的至少5 个不同位点发生了突变

C.至少2 个突变菌株是双突变体（即在每个菌株中的突变位点＞1）

D.突变体3 的突变位点位于突变体2 的突变位点和突变体4 中的突变位点之间

E.突变体2 和野生型菌株交配，预计产生的25%的孢子将是原养型

2.DNA 条形码：分类学从传统意义上讲基于形态学。DNA 条形码技术是一种新方法，旨在根据线粒体COI基因中的一个650 bp 片段的核苷酸序列进行准确和相对简单的物种鉴定。Kimura-2参数（K2P）距离是广泛接受的指数，反映了2 个DNA 序列之间的差异。

一项关于分布在波斯湾的鱼类的研究中，研究了超过150 个个体，根据形态学的标准，它们代表了83 个物种。基于COI序列的种内K2P 距离的平均值计算为1.15%。世界各种著名鱼类研究报告显示的平均距离为0.25%～0.45%。

一项研究是针对居住在墨西哥湾的鱼类进行的。这项研究中包含了150个个体。根据形态学的标准，这些鱼属于76 种，56 属，32 科，11 目和2 纲。下表显示了不同分类水平的标本之间的K2P距离。

判断以下陈述是否正确。

A.选择用于DNA 条形码技术的DNA 片段中序列变化的进化速率肯定应该比H4 组蛋白编码基因的序列变化的进化速率更快

种内属内科内目内纲内比较的数量185 76 888 9 274 3 439最小距离（%）0 6.19 10.88 14.57 16.2平均距离（%）0.18 12 17.43 21.51 22.77最大距离（%）1.66 20.23 24.56 28.9 34.41标准误差距离（%）0.02 0.42 0.08 0.02 0.04

B.与其他鱼类研究相比，波斯湾鱼类研究的COI种内平均K2P 距离偏高。这一结果可能是由于名义上的物种（例如，那些基于形态学的）在这一区域分布比较发散

C.表中的数据支持这一说法：鱼类的物种鉴定可基于COI片段序列

D.表1表明基于COI的条形码技术不适合于属的鉴定

3.遗传分化：分类学从传统意义上讲基于形态学。DNA 条形码技术是一种新方法，旨在根据线粒体COI基因中的一个650 bp 片段的核苷酸序列进行准确和相对简单的物种鉴定。Kimura-2 参数（K2P）距离是广泛接受的指数，反映了2 个DNA 序列之间的差异。

来自世界不同地区的关于16 个物种的5 个条形码研究结果如下。这项研究计算了3 种类型的分化值：全球的、区域内和区域间的距离。全球的分化值是常用的，即同一物种内的所有成对的序列比较的平均值（与起源位置无关）。区域内分化值是通过平均来自同一地区同一物种的所有序列的距离。区域间分化值则是通过比较同一物种的2 个不同地理位置的所有序列距离所得的平均值。

3 个计算（i，ii 和iii）的结果如下：

i.比较的17 个区域内10 个物种的平均标准偏差（SD）为0.11%（最小值：0%；最大值：0.3%）。第18 个区域和前17 个区域的其中1 个物种比较分化值的标准偏差SD 为1.26%。

ii.来自印度的长棘鲷标本的区域内分化值为0.20%，来自印度和南非的标本的区域间分化值为0.13%。

iii.印度牛尾鱼的全球分化值为9.46%。该物种的区域间分化值如下：印度/中国为15.78%；中国/澳大利亚为12.05%；印度/澳大利亚为10.61%；中国/南非为16.05%；印度/南非为4.05%；澳大利亚/南非为10.95%。

判断以下陈述是否正确。

A.上述i 中计算的第18 个区域比较的标准偏差SD 值表明：实际比较的鱼类不属于同一物种

B.计算ii 中报告的K2P 的分化值符合这一说法：印度和南非的长棘鲷种群来自常见的种群，但与南非相比，印度的生态位变化更大

C.计算iii 中的分化值表明：与区域分化值相比，全球分化值更能体现世界上印度牛尾鱼存在的分化程度的信息

D.参考计算iii，全球分化值（9.46%）与区域间分化值的平均值（11.58）之间的差异可用来自不同地区的样本数量不同进行解释

4.脉冲追踪实验：在细胞中进行的脉冲追踪实验是这样的：细胞首先短时间暴露于标记的特定分子的前体（脉冲），然后洗去未进入并结合的标记前体，且被标记的目标分子随着时间推移一直是可视的（追踪）。在一个用于研究基因表达的实验中，在脉冲期间将细胞暴露于标记的UTP，且实验的追踪部分的结果总结在下图中：

判断以下陈述是否正确。

A.基于上面所呈现的数据，在细胞核中合成的大多数（约质量的90%）RNA 在细胞核中降解而不进入细胞质

B.基于上面所呈现的数据，细胞核中RNA 的复杂性（指的是不同序列的数量）高于细胞质中的复杂性

C.假设初级转录物的60%为内含子所构成，则追踪开始时细胞核中标记量和追踪8 h 后细胞质中标记物的量的差异（观察到的），可表示剪接过程

D.预计超过8 h 的追踪最终将在细胞质中显示出比8 h 内的更高的标记量

5.荧光淬灭法：酶活性通常与其构象灵活性相关，因此，较高的灵活性（较低的刚性）通常伴随较高的活性。发射荧光的色氨酸残基最常位于蛋白质的非极性内部环境中。通过实验确定色氨酸残基是否暴露于溶液的一种极好的方法是测量其荧光的淬灭（降低）。突变对色氨酸的暴露程度的影响可通过测量碘化钾（KI）的荧光淬灭量实现。碘离子选择性地淬灭暴露的色氨酸残基发出的荧光。

在荧光淬灭实验中，等量的3 种突变形式的酶（突变体形式1、2 和3），加入不同浓度的KI（0～0.6 M）后，测量的这些突变体的荧光淬灭。蛋白质的激发在295 nm 处，且在300～400 nm 处可扫描到荧光散发。这些激发和散发波长对色氨酸是特异性的。通常根据Stern-Volmer 常数KSV分析淬灭数据。KSV是通过公式F0/F=1+KSV［Q］得到的，其中F0/F是未淬灭和淬灭的荧光强度的比率，［Q］是淬灭剂的摩尔浓度。

判断以下陈述是否正确。

A.在3 种突变蛋白质中，蛋白质1 具有最低的酶活性

B.与蛋白质3 相比，碘离子更容易接触到蛋白质2 的色氨酸残基

C.蛋白质3 具有最高的KSV

D.蛋白质1 不含色氨酸残基

6.抗miRs：微小RNA 是在各种组织和细胞类型中表达的短的非编码RNA，其抑制靶基因的表达。参与癌症的微小RNA 被称为oncomiRs（肿瘤微小RNA）。使用反义寡聚体（即抗miR）抑制oncomiRs 是一种不断发展的治疗策略。然而，当前抗miR 技术的体内功效受到递送至靶细胞的生理和细胞屏障的阻碍。

现有一种特异性靶向肿瘤微环境的新型抗miR 递送平台，利用一种被称为肽核酸（PNA）抗miR 的合成分子附着于被称为pHLIP 的肽的方式实现的。PNA 抗miR 的核苷酸之间是通过肽键而非正常的磷酸二酯键链接。pHLIP 的结构是pH值依赖的。在低pH 值下，在pHLIP 中诱导产生跨膜结构，促进附着其上的PNA 转运至肿瘤细胞中（图1）。pHLIP 介导的miR-155 转运有效抑制培养细胞中的miR-155oncomiR（图2）。

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

图2 pH 依赖的PNA-抗miR-155-pHLIP 的转运和活性

判断以下陈述是否正确。

A.根据这些数据，你可得出结论：肝脏不能帮助身体清除pHLIP-抗miRs

B.在pH 值小于7 时，pHLIP 插入脂质双分子层中，从而促进附着的抗miR-155 的递送

C.肿瘤的酸性微环境对细胞内释放抗miR-155 起作用

D.抗miR 货物将被困在内体中

E.从无规卷曲到pHLIP 的螺旋的转变加强了细胞死亡

7.类固醇激素：类固醇激素影响细胞中初级应答基因和次级应答基因的表达，如下图所示。

初级和次级应答基因可通过以下方式区分：

A.激素给药同时抑制DNA 复制

B.激素给药同时抑制转录

C.激素给药同时抑制翻译

D.激素给药同时抑制转录和翻译

8.解偶联药物：使线粒体内膜可透过H+的药物称为“解偶联剂”。

判断以下陈述是否正确。

A.这些药物会增加氧气消耗

B.这些药物会降低体内碳水化合物的分解代谢

C.这些药物会降低体温

D.由于严重的体重减轻，这些药物可能因过量服用而导致死亡

E.由于严重的ATP 丢失，这些药物可能因过量服用而导致死亡

9.限制性酶消化：一些限制酶具有不同的识别序列，但产生相同的粘性末端，如下面所示的SalⅠ和XhoⅠ。

下面的凝胶电泳图像显示了非重组（空载体）和重组（含有基因X）表达质粒载体，在限制性酶的完全消化下呈现的线性DNA 的电泳结果。表达载体在其克隆位点附近有一个强启动子。重组质粒的插入物是SalⅠ消化的产物。将插入物连接到已用XhoⅠ切割的载体中。

判断以下陈述是否正确。

A.数据表明有2 个拷贝的插入物克隆在表达载体中

B.预期一半的克隆能转录基因X的mRNA

C.XhoⅠ位点存在于本实验重组载体的插入物外部

D.在胶上观察到的2 kb 片段可作为筛选重组载体的探针

E.如果用SalⅠ消化的插入物连接到已用XhoⅠ和SalⅠ酶切割的载体中，随后用XhoⅠ切割重组质粒，则可获得一个4 kb 产物

10.酵母的交配实验：本交配实验使用的酵母物种含有16 条相同长度染色体，2 种突变酵母菌株进行交配的结果（显示具有不愉快的表型）如下所示，每种都具有单个基因中的1 个突变。每个基因中突变的等位基因相对于野生型等位基因是隐性的。不愉快是一种多基因表型，多个基因影响该表型。在这些酵母菌株中不发生重组。

判断以下陈述是否正确。

A.如果m1 和m2 的突变位于同一个基因中，则所有杂交3号的减数分裂产物都可能是不愉快表型

B.如果从杂交3 号的减数分裂中产生3 个不愉快表型和1 个愉快表型，则m1 的突变和m2 的突变在不同的基因中

C.如果从杂交3 号的减数分裂中产生1 个不愉快表型和1 个愉快表型，则m1 的突变和m2 的突变可相互抑制

D.如果用各种不愉快表型的突变体进行实验，则在杂交3 号的减数分裂产物中最常观察到的愉快与不愉快酵母的比例将是1∶3

11.地中海贫血症：地中海贫血是血红蛋白最常见的遗传疾病，是由一条球蛋白链的丢失或大量减少引起的。这导致功能性血红蛋白水平降低和红细胞功能降低，导致贫血。在α-地中海贫血中，血红蛋白的α 链产生量不足，因此，血红蛋白四聚体形成仅含有β 链的血红蛋白四聚体。在β-地中海贫血中，血红蛋白的β 链产生量不足，且α 链形成不溶性凝聚体，其在未成熟的红细胞内沉淀并防止分化成成熟细胞。

正常单倍体人类基因组具有1 个β 链和2 个α 链编码基因。正常个体细胞中，相比β 链的2 个等位基因，α 链的4 个等位基因的存在预计会导致过量的α 链和α 凝聚体产生。然而，α 凝聚体不存在于正常个体的细胞中。在红细胞中发现一种称为α-血红蛋白稳定蛋白（AHSP）的11 kDa蛋白，揭示了维持可溶形式α 链的一种机制。该蛋白质在合成时与α 链单体特异性地形成可溶性复合物。AHSP 和α-血红蛋白之间复合物的晶体结构显示AHSP 与α-珠蛋白和β-珠蛋白的同一面结合，并确保α-珠蛋白在产生时进行正确折叠。当β-珠蛋白表达后，β-珠蛋白取代AHSP。

判断以下陈述是否正确。

A.α 和β 基因拷贝数的差异可解释严重β-地中海贫血的发生率比严重α-地中海贫血更高

B.α-珠蛋白/β-珠蛋白比率是筛选β-地中海贫血的合适标记物

C.α-血红蛋白对β-血红蛋白的亲和力高于对AHSP 的亲和力

D.AHSP 有害突变可能在α-链凝聚方面模拟β-地中海贫血表型

（待续）