第29届国际生物学奥林匹克竞赛试题理论1-3

2021-09-28张雁云范六民

生物学通报 2021年12期

关键词：叶绿体陈述色素

张立张雁云范六民周洁杨扬

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

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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：

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。

22.蛙胚胎形态学：图X、Y、Z 分别显示了蛙胚胎从浅表到深层的矢状切面（将身体分成左、右部分的切面）。图a～d 是图Z 中所示的相同胚胎的横切面。

根据上图判断以下陈述是否正确。

A.图“a”是区域“1”的横切面

B.图“b”是区域“3”的横切面

C.图“c”是区域“4”的横切面

D.图“d”是区域“2”的横切面

23.异位移植：早期胚胎细胞经历2 个分化阶段：特化和定型。

根据实验a～d 的结果，判断以下陈述是否正确。

A.这些数据支持细胞命运决定后是不可逆的

B.特化的细胞失去其他分化的潜能

C.如果移植物在晚期被移除并单独培养，则会产生红色棘球（如图所示）

D.如果移植物在晚期被移除并在眼诱导因子存在下培养，则将形成眼状结构

24.Symsagittifera的系统发育地位：Uljanin 于1870年发现了一组没有后肠和体腔、身体不分节、雌雄同体的海洋软体蠕虫。这些蠕虫的口位于中央实质组织。他们通过表皮上纤毛的移动，尽管其中许多种类“惊人的肌肉发达”。大多数物种都是自由生活的，有些具外壳。现在已表明，几种物种与绿藻形成专属共生，使它们成为功能性光合自养生物。后来，基于该属物种Symsagittifera roscoffensis的完整线粒体基因组研究，分析这些多细胞生物的系统发育位置，其系统发育地位见下图。

判断以下陈述是否正确。

A.基于系统发育树，无腔动物Acoelomorpha是后口动物Deuterostomia 的姐妹群

B.基于以上给出的描述，所鉴定的蠕虫是无体腔动物（acoelomate）

C.根据上面给出的文字，所鉴定的蠕虫具有不完全的消化系统

D.给出的信息与该蠕虫属于最早分化的两侧对称动物的假说是一致的

25. 双胚虫的系统发育地位：1876年，van Beneden 发现了一组微小的纤毛状蠕虫生物，居住在头足类动物主要是章鱼和墨鱼的肾囊中，并将其命名为双胚虫。生物学家对它们着迷，因为其高度简化的身体组织、无性（正常情况下在宿主肾脏中产生蠕虫状幼虫）和有性（在拥挤的条件下产生滴虫形幼虫通过寄主的尿液排出）的复杂生命周期。这些纤毛动物由大约20～30（或40）个细胞排列成2 层组成，缺乏体腔、循环系统和其他分化组织，胚胎采用螺旋形卵裂。由于简单的身体结构，它们可被认为是原生动物和后生动物之间的中间类群。

以往的系统发育研究表明，双胚虫的系统发育地位仍然存在争议

根据上述图中数据，判断以下陈述是否正确。

A.基于上述描述，滴虫形幼虫是双胚虫扩散的一种形式

B.根据上述分子数据，这些动物缺少后生动物与原生动物之间的联系

C.根据这些数据，双胚虫在其演化史上面临着回归演化

D.根据已知数据，双胚虫与软体动物的亲缘关系比与蜕皮动物的关系更为密切

26.鸟类和蝙蝠的飞行结构：图1～4 显示了鸟类和蝙蝠的骨骼及飞翔肌的横截面解剖结构示意图。

根据图中的结构，判断以下陈述是否正确。

A.图1 和图2 是蝙蝠的结构

B.图1 和图2 的动物具有7 枚颈椎

C.在图1 和图2 中，唯一涉及煽翼的活动关节是肩胛骨-体液

D.图3 中的胸小肌，在煽翅周期中负责翅下压动作

植物生理学

27.花青素：花青素是液泡色素，由2 个苯环和1 个杂环组成。它们是花朵和水果的红色至蓝色的来源。存在于液泡中的和土壤中的pH 的变化，与金属离子形成复合物，特别是在3′位和5′位引入-OH 基团及随后在这些位置的甲基化，都导致产生色素颜色变化。

例如，羟基数量的增加或与金属离子形成的复合物将色素的吸收转移至更长的波长，而甲氧基（OCH3）将吸收转移至稍短的波长。鉴于天竺葵色素（色素1）是热带水百合花（睡莲）品种A 中最丰富的色素。

判断以下陈述是否正确。

A.色素3 是花E 中最丰富的色素

B.在睡莲属品种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.因为色素2 的存在水平高于色素1，这就解释了花B 的颜色

28.微量元素硼：硼（B）是植物必需的微量营养元素。它在植物中的摄取、转运和功能似乎取决于它与糖（例如，韧皮部汁液中的山梨醇），以及与正在生长的细胞壁中特异的二聚化形式的果胶形成硼复合物（图1）。Yokota 和Konishi（1999）研究了各种外源供应的糖（包括蔗糖、葡萄糖和果糖）通过形成糖-硼酸盐复合物对促进花粉管生长的影响。花粉在不同浓度硼（B）条件下培养20 h。糖对培养基pH 的影响如表1 所示；在不同糖类的培养条件下，花粉管的长度显示在图2 中。

图1 硼-山梨醇复合物

表1 添加不同浓度（第1 行）硼酸后，含有不同糖的花粉培养基的pH 的变化

判断以下陈述是否正确。

A.高浓度硼（B）对花粉管的生长抑制在含有蔗糖的培养基中比在含有果糖的培养基中更明显

B.在低浓度（5 mM）硼（B）的情况下，花粉管的生长抑制在含有葡萄糖的培养基中比在其他糖的培养基中更明显

C.随着硼（B）浓度的增加，果糖对花粉管生长的抑制作用增强

D.基于糖对培养基pH 的影响，糖-硼（B）复合物形成的相对水平如下：蔗糖＜葡萄糖＜果糖

29.固氮作用：氮是所有植物的重要营养素。虽然大气中存在大量的氮（N2），但大多数植物不能将N2转化为可利用的形式。仅固氮细菌有能力将氮气固定到氨中。下图显示了通过这些细菌和一些植物物种之间的共生进行固氮的前提步骤。

判断以下陈述是否正确。

A.植物根以2 种主要的无机氮离子形式NH4+和NO3-吸收大多数氮，前者在植物中是可移动的，而后者则不是

B.在细菌识别植物、宿主植物识别细菌后，立即在根细胞中发生钙离子震荡

C.植物激素细胞分裂素是根瘤形成起始所必需的

D.细菌胞外多糖的释放是根瘤菌与其合适的宿主之间功能性共生的必要和充分条件

30.光合作用：拟南芥（Arabidopsis thaliana）用于光合作用的研究。将具有相同形状和大小的叶片的、相同年龄的拟南芥植株放置在发出不同颜色的各种光源下。每种光源处理条件下放置3株植株。分组如下：

a 组：蓝光 b 组：绿光 c 组：红光

d 组：蓝光和红光 e 组：黄光和绿光

在以相等光强（相当于正常的白天的光线）照射5 d 后，针对光子总量和持续时间，比较植物的生理参数。用太阳光测量补偿点。

判断以下陈述是否正确。

A.“a”组植物显示出最高的光合作用速率

B.在各组中，CO2固定的光补偿点在“b”组中最低

C.“d”组植物的生物量高于“c”组植物

D.在刚好高于补偿点的光强度下，“e”组植物的光合作用速率预计会随光线性增加

31.水生开花植物：一些开花植物是水生的，并已适应在水生环境中生存。根据植物通常位于水里或暴露于水上的程度，分为3 种类型，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长。

判断以下陈述对于沉水植物是否正确。

A.它们没有木质部，因为它们可吸收所有表面的水分

B.鉴于某些物种确实有气孔，气孔的开启和关闭将不会受到昼夜节律的驱动

C.这些植物具异形叶，具有薄和深绿色的叶子

D.这些植物具有发育良好的、具有厚壁的支持机械组织

32.虎耳草物种形成和灭绝：被子植物进化过程中的一个重要问题是生命形式和习性对物种形成和物种灭绝的影响。在一项对形态学上高度多样化的植物目Saxifragales 的系统发育研究中，研究了习性和生活史对物种形成和灭绝的影响。图A～F 展示了一年生、多年生、草本和木本谱系中物种形成（λ）和灭绝（μ）速率的评估结果（Soltis 等，2013）。结果以后验概率密度的形式给出，其反映了与参数估计相关的不确定性。虚线表示每个分布中的中值。物种多样化净速率r=λ-μ。后验概率密度是用于确定随机变量在特定取值范围内的概率的函数。选择一个区间数值，不同于选择一个特定数值。

判断以下陈述是否正确。

A.在不同的支系间，木本支系具有更高的物种形成（λ）和灭绝（μ）速率

B.实验结果与更短的世代时间导致更高的物种形成速率的观点一致

C.与其他组群相比，多年生草本支系具有更高的物种多样化净速率

D.世代时间和繁殖系统影响物种多样化的速率

33. 一年生与多年生植物生活史的演化：Nemesia 属（Scrophulariaceae 玄参科）几种物种之间的系统发育关系，以及随地质时间尺度的分化如下图所示。一年生或多年生植物生活史的状态已标注在树上。一年生植物生活史以黑色显示，多年生植物生活史以蓝色显示（引自Datson等，2008）。

判断以下陈述是否正确。

A.该系统发育树表明，Nemesia 起源于中新世，但大部分现存的Nemesia 物种在上新世和第四纪期间呈辐射状分布

B.该系统发育树显示，Nemesia 最近的共同最先有一年生生活型

C.该系统发育树没有显示从一年生到多年生习性的转变

D.Diascia rigescens 是该系统发育树中所有其他分类群的祖先种

34.婆婆纳属的多倍性：在一项关于婆婆纳属Veronica（车前科）中多倍体和二倍体谱系的基因组大小与生活史、高山栖息习性之间的相关性（Meudt 等，2015）的研究中，发现该属主要起源于北半球。下面的系统发育树列举了感兴趣的变量有：1C 值（单倍体基因组中含有的DNA 量），生活史（一年生：条状图；多年生：无条状图），栖息地（非高山：无条状图；高山：条状图），倍性（2×至18×）。

基于上述系统发育树和数据，判断以下陈述是否正确。

A.所有南半球物种都是多倍体

B.多倍化总是伴随着基因组变大

C.随着向更高海拔或更凉爽的气候的迁移，多年生的比一年生的更常见

D.在高山栖息地中从未发现一年生物种

35.叶绿体共生：叶绿体共生是自然发生的过程，导致宿主细胞中保有了另外一种物种的叶绿体。这个过程见于绿叶海兔（图1：Pierce 和Curtis，2012）。绿叶海兔消化道上的细胞保留了食物海藻内的叶绿体。具有这些叶绿体的海兔物种能忍受长达一年的饥饿。已证明，一些海兔能保留功能性叶绿体一年或更长时间，甚至可终身保留。

关于这种共生的机制，目前有几种假说。早期研究尝试在这种海兔中寻找海藻的细胞核，但都失败了。然而，最近的研究已证明，尽管从未给海兔Elysia chlorotica 饲喂过Voncheria litorea 藻类，但V. litorea 藻类的核基因存在于海兔幼体的基因组中。这一结果很惊人，毕竟叶绿体利用动物蛋白看上去难以置信。