第27届国际生物学奥林匹克竞赛试题理论A－1

陶若婷 张雁云 范六民 戴俊彪 张 立

（1 北京十一学校 北京 110000 2 北京师范大学生命科学学院 北京 100875 3 北京大学生命科学学院 北京 100871 4 清华大学生命科学学院 北京 100084）

理论考试A 共3 h。

1～10 题：细胞生物学；11～17 题：植物解剖和生理；18～30：动物解剖和生理；31～32：习性学；33～42：遗传和演化；43～47：生态；48～50：生物分类学。

每个正确答案得1 分。 一个问题中4 个答案都正确，得1 分；只有3 个答案正确，得0.6 分；只有2个答案正确，得0.2 分；只有1 个答案正确，得0 分。

1.Weel 激酶和Cdc25 磷酸酶的活性决定了M－Cdk 组分中Cdk1 第15 位酪氨酸的磷酸化状态。 当第15 位酪氨酸被磷酸化后，M－Cdk 失去活性；当第15 位酪氨酸未被磷酸化，M－Cdk 被激活（图A），Weel 激酶和磷酸酶Cdc25 的活性也受磷酸化的调控。 这些酶活性的调控可利用蛙卵母细胞的提取物进行研究。 在这种提取物中， 激酶Weel 处于活化状态，而Cdc25 磷酸酶处于失活状态。其结果导致M－Cdk 因为Cdk1 第15 位酪氨酸的磷酸化而失去活性。这种提取物中的M－Cdk 可以通过加入丝氨酸/苏氨酸蛋白磷酸酶的强效抑制剂冈田酸而被迅速激活。 使用Cdkl 的特异性抗体，可以通过凝胶电泳（图B）中迁移率的变化，以检查它们的磷酸化状态。 带有磷酸化的蛋白通常比未被磷酸化的蛋白迁移的更慢。

A.通过Weel 激酶和Cdc25 磷酸酶控制M－CDK 活性；B.冈田酸对Cdk1、Weel 激酶和Cdc25 磷酸酶的磷酸化状态的影响

指出以下每个描述是否正确。

A.当它被磷酸化后，Weel 激酶处于活化状态

B.控制Wee1 激酶和Cdc25 磷酸酶磷酸化的磷酸酶是酪氨酸特异性的

C.冈田酸直接影响Cdk1 的活化

D.如果M－Cdk 能够磷酸化Wee1 激酶和Cdc25磷酸酶，那么少量激活的M－Cdk 会导致其快速和完全被活化

2.一个mRNA 的翻译速率可以通过SDS－PAGE进行估计。 在本实验中，一种烟草花叶病毒（TMV）的mRNA（编码了一个分子量为116 kDa 的蛋白），在兔网织红细胞裂解物里，在35S－甲硫氨酸存在的情况下被翻译成蛋白。 兔网织红细胞裂解物含有蛋白质翻译所需的所有组分。 样品以1 min 的间隔取出，进行SDS－PAGE 分析。 分离后的翻译产物通过放射自显影被显现。 如下图所示，可检测出的最大多肽随时间增加而不断增大，直至大约25 min 时蛋白质全长的出现。

分子量（kDa）随时间（min）的变化TMV蛋白在兔网织红细胞裂解物中合成的时程分析

指出以下每个描述是否正确。

A.烟草花叶病毒蛋白合成的速率与时间成指数比例

B.假设每个氨基酸的平均分子量为110 Da，蛋白合成的速率约为每分钟35～40 个氨基酸

C.兔网织红细胞裂解物中还有甲硫氨酸氨酰tRNA 合成酶

D.该mRNA 在其序列中可能包含2 个以上的稀有密码子

3.科学家分离获得了3 种必须在培养基中添加脯氨酸（proline）才能生长的菌株ProA－，ProB－和ProC－。 其中一株为冷敏感型，一株为热敏感型，另外一株含有一个基因缺失。 将这些菌株在仅含有微量脯氨酸的基本培养基的琼脂板划线， 开展交叉互养实验。在交叉互养实验中，从一种菌株中渗透出来的代谢物可以为旁边另一个菌株提供营养。当它们在3 个不同温度下培养后，其生长情况如下图所示。

粗黑线条表示细胞进行高速生长；灰色线条代表细胞生长缓慢或不生长；WT，野生型

3 株脯氨酸生物合成缺陷菌株的交叉互养实验结果

指出以下每个描述是否正确。

A.在ProC－菌株中积累的代谢中间物来自于ProA－菌株中代谢阻断的产物

B.在ProB－菌株中积累的代谢中间物来自于ProA－菌株中所代谢阻断的产物

C.至少存在3 个不同的基因可以影响脯氨酸的生物合成

D.至少在某一种条件下，细胞合成的脯氨酸被快速用于蛋白质的合成，防止脯氨酸的过量合成

4.当分离后的线粒体悬浮在含有ADP，Pi 和可氧化底物的缓冲液中时， 可以发生3 种容易测定的反应： 底物被氧化；O2被消耗以及ATP 的合成。氰根离子（CN－）可以抑制电子到O2的传递。寡霉素（oligomycin）可以抑制ATP 合成酶。2，4-二硝基酚（DNP）可以透过线粒体膜并释放质子进入基质，从而消除质子梯度。

实线表示所消耗的氧气量；虚线表示ATP 的合成量线粒体中氧气的消耗和ATP 的合成

指出以下每个描述是否正确。

A.x 是可氧化的底物

B.y 是寡霉素（oligomycin）或氰根离子（CN－）

C.z 是2，4-二硝基酚（DNP）

D.如果z 是寡霉素（oligomycin）和2，4-二硝基酚（DNP）的混合物，则ATP 的合成不会稳定

5. 假设你正在研究下图中所表示的膜蛋白。你准备了膜中只含有这种蛋白质人工囊泡。 然后用能够靠近膜进行切割的蛋白酶处理囊泡（2）或先将囊泡进行透化，然后用蛋白酶处理（3）。 所得肽段随后利用SDS-PAGE 凝胶电泳进行分离。

1.未处理的对照；2.蛋白酶裂解后的肽段；3.透化后经蛋白酶切割后的肽段；箭头指示了肽段的迁移方向膜蛋白（a，b，c，d，e 结构域）和SDS-PAGE 凝胶图

指出以下每个描述是否正确。

A.在泳道3 中的较大的片段是亲水性的

B.在泳道2 中的较小的片段代表了膜外突出的蛋白质结构域

C.结构域a 富含亮氨酸或异亮氨酸

D.结构域a，c 和e 伸向囊泡的内腔中

6.乙醇抑制微生物的生长。 然而，一些酿酒酵母菌株能适应高浓度的乙醇。 许多研究证明乙醇的存在可以造成细胞内脂类组成的变化。 在本研究中，通过敲除编码去饱和酶的OLE1 基因，从而系统性的改变酵母脂肪酸的组成。 OLE1 可催化形成单不饱和的棕榈油酸（palmitoleic acid）（Δ9-C16∶1）和油 酸（oleic acid）（Δ9-C18∶1）。 随后，在敲除OLE1 的酵母菌株中（1）转化入YEpOLE1 质粒回补OLE1 基因；（2）分别转化入YEp -Δ9Hz，YEp -Δ9Tn，YEp -Δ11Hz 和 YEp -Δ11Tn 质粒。 YEp-Δ9Hz，YEp-Δ9Tn，YEp-Δ11Hz和YEp-Δ11Tn 表示来自棉铃虫（Helicoverpa zea）（Hz）或粉纹夜蛾（Trichoplusia ni）（Tni）Δ9 或者Δ11去饱和酶。 各个转化株中脂肪酸的组成和生长曲线如下表和下图所示：

在对数中期，酿酒酵母菌株中主要脂肪酸的组成（%）

A.YPD 培养基；B.含有5%乙醇的YPD 培养基；OLE1（×），Δ9Hz（●），Δ11Hz（■），Δ9Tn（○）以及△11Tn（□）转化有不同质粒酿酒酵母的生长曲线

指出以下每个描述是否正确。

A.转化有OLE1 基因的酵母菌，因为有内源去饱和酶的存在，所以在YPD 培养基中的延滞期（lag phase）比其他所有菌株都短

B.所有菌株的去饱和酶都具有相同的活性

C.单不饱和脂肪酸的含量是酿酒酵母乙醇耐受性的良好指标

D.更高比率的Δ9-C18∶1 比Δ9-C16∶1 导致酿酒酵母具有更高的乙醇耐受性

7.Poly（3-hydroxybutyrate）（PHB）是一种材料储存物， 通常在各种细菌中， 当营养物质如氧、氮、磷、硫或镁等受限，但同时存在过量的碳时大量积累。 下图表示Ralstonia eutropha 中从乙酰辅酶A（acetyl-CoA）到PHB 的合成途径。 该途径受到反馈抑制的调控。 此外，acetyl-CoA 也可以进入三羧酸循环。

指出以下每个描述是否正确。

A.提高柠檬酸合成酶的活性会降低PHB 的合成

B.当细胞内HSCoA 浓度高时，PHB 合成速率将增加

C.当PHB 的合成速率增加时，Ralstonia eutropha 细胞的生长速度也会增加

D.低比率的（NADPH+H+）／NADP 促进PHB的合成

PHB合成途径

8.一个科学家分离了5 种不同的多肽（1～5）。每种多肽由5 种不同氨基酸（命名为A，B，C，D，E）组成。 他测定了各个多肽的分子量和氨基酸序列。 所获得的数据如下表所示。

?

每个氨基酸的分子量如下表所示。

注意：一个水分子的质量为18 Da。

指出以下每个描述是否正确。

A.题中氨基酸C 为丝氨酸

B.题中氨基酸A 是酪氨酸

C.题中氨基酸E 是半胱氨酸

D.题中氨基酸B 是甘氨酸

9.从虾的肠道中分离出4 种不同的细菌，用于研究它们降低Vibrio harveyi 毒性的益生菌效力。Vibrio harveyi 是一种常见的对虾感染菌。 在第1个实验中，4 株分离的菌被接种到交叉划线的平板上，以观察对4 种细菌的抑制（图A）。在第2 个实验中，测定了在Vibrio harveyi 和各个细菌共同存在5 d 后，对虾的存活率（图B）。

指出以下每个描述是否正确。

A.1 号候选菌（P1）可产生抑制革兰氏阴性和革兰氏阳性菌的抗微生物化合物

B.2 号候选菌（P2）能够减少Vibrio sp.的致病性，但不能杀灭他们

C.3 号候选菌（P3）所产生的抗微生物化合物以细胞外膜为靶向

D.4 号候选菌（P4）通过抑制革兰氏阴性菌，从而对对虾存活有良好的效果

A.K=对照（在虚线框中没有细菌），P1-P4= 候选益生菌1-4，a=Streptococcus sp.（革兰氏阳性），b=Vibrio harveyis（革兰氏阴性），c=Bacillus sp.（革兰氏阳性），d=Salmonella sp.（革兰氏阴性）. B.U=仅对虾培养，U+V=对虾和Vibrio harveyis 共培养，U+V+P1-4=对虾和Vibrio harveyis 以及某一种候选益生菌P1-4 共培养。

10.为了观察酵母菌株细胞周期的长度设计了一个实验。 活化后的酵母细胞以106个细胞／mL 的初始浓度被转接到的新鲜培养基中。 40 h 后，细胞数量增加至4×106个细胞/mL。 从中取出部分培养液用于另一实验。 在该实验中，细胞先在含有放射性标记的胸苷（thymidine）培养基中培养15 min，随后细胞被清洗， 并重新在不含有放射性胸苷的培养基中继续培养。培养过程中，细胞样品在不同时期采取， 用于测量含有放射性胸苷的有丝分裂的细胞的百分比。下图显示了实验结果。在每个所取样品中，约1%的细胞正在进行有丝分裂。

有丝分裂细胞中包含带有放射性标记细胞的比例

指出以下每个描述是否正确。

A.组蛋白（histone proteins）的合成速度在放射性标记的胸苷加入后6～10 h 之间相对较高

B.细胞周期的S 期长度约为5 h

C.细胞周期的M 期长度超过1 h

D.大多数放射性胸苷的是在细胞周期的S 期被吸收利用

11.尽管日常光合蒸腾失水导致水势剧烈变化，细胞壁给植物细胞提供相当程度的体积稳态。植物细胞的水势（ψw）由溶质势（ψs）和膨压（ψp）组成。相对细胞体积与细胞水势和其组成成分相关，如下图所示。

指出以下每个描述是否正确。

在答题卡上指出下列陈述正确与否。

A.植物细胞水势的改变通常伴随着膨压和细胞体积的大变化

B.膨压消失表明，细胞体积已经减少了约15%，细胞质壁分离结束

C.当细胞体积减少10%时，细胞水势的变化主要由细胞溶质势的降低引起，而膨压变化很小

D.在细胞重新水合的过程中，当细胞壁产生等同于膨压的压力、细胞水势达到零时，细胞体积膨大停止

12.用高粱（Sorghum bicolor）和大豆（Glycine max）植物进行响应低温的实验。 植物在25℃下生长数周，然后在10℃生长3 d，整个实验过程中，日照长度、光强度和环境二氧化碳浓度保持恒定，除非特别说明。 2 个植物物种在25℃的净光合如下图所示。

单位叶片干重的二氧化碳吸收量 （mg CO2／g干重）

?

指出以下每个描述是否正确。

A.如果放在35℃下，大豆的光合速率会降低，而且高粱不会变化

B.在凉爽的条件下，高粱的生物量比大豆的增加更快

C.大豆植物的光合水分利用效率很可能比高粱低

D.高粱的二氧化碳吸收的减少主要是由于酶的活性在低温下降低

13.大豆慢生根瘤菌可以感染大豆（Glycine max）的根并形成根瘤。 在根瘤发生由固氮酶催化的固氮作用，固氮酶活性不用通过氮还原测量，而可以很容易地通过乙炔还原进行测量。 科学家制备了催化产生丙酮酸和NADH 的NAD 依赖的苹果酸酶的缺失突变体（dme 突变体），并用野生型和突变型细菌感染大豆幼苗根系。 幼苗在无氮的培养基中生长，接种14 d 和28 d 后，记录幼苗中根瘤的数目和重量以及乙炔还原活性。

该图给出了感染了野生型慢生大豆根瘤菌（空心柱）和dme 突变体慢生大豆根瘤菌（实心柱）感染后的大豆根瘤。大豆中根瘤数、干重和乙炔还原活性的研究

指出以下每个描述是否正确。

A.同一条件下，接种28 d 后根瘤的固氮活性比14 d 后高

B.接种慢生根瘤菌后14～28 d 内，根瘤的数量和大小都随时间增加

C.突变体根瘤菌感染28 d，根瘤的固氮活性比感染14 d 后降低，是因为固氮酶活性降低和根瘤形成减少

D.慢生根瘤菌诱导产生的根瘤的固氮作用由NAD+依赖的苹果酸酶下调

14.蔗糖在叶中产生，通过叶脉短距离和长距离运输到非光合器官如根、茎、花和果实。 蔗糖分子在叶韧皮部中运输的2 个主要途径包括共质体和质外体，如下图所示。

M.叶肉；BS.维管束鞘：MS.束内鞘；PP.韧皮薄壁组织；VP.维管薄壁组织；CC.伴胞；TST.厚壁筛分子：ST.筛分子整个植物韧皮部网络图示

指出以下每个描述是否正确。

A.在叶中二氧化碳被合成为蔗糖，然后在流体静压力梯度下通过韧皮部长距离运输到库

B.质外体途径中蔗糖装载的好几个步骤都需要能量，是由于涉及横跨活细胞次生壁的运动

C.在共质体途径，蔗糖分子通过胞间连丝被动装载

D.蔗糖分子在库的卸载不需要能量释放，因为蔗糖顺着浓度梯度运动

15.科学家测量红树植物支柱根的长度和高度（下图A）。他们还制备支柱根的横切片，观察它们的解剖特征。 结果示于下图B 和图C。

A.支柱根的高度和长度测量；B.5 个连续支柱根的高度变化（空方块），长／高比的变化（实心圆）；C. 顺着一级支柱根长轴的树皮（包括通气组织）、木质部和髓的相对比例（左），连续级别支柱根基部的树皮（包括通气组织）、木质部和髓的相对比例（右）。红树植物的支柱根

指出以下每个描述是否正确。

A.支柱根高度和长度/高度比是支柱根级别的单调下降函数

B.在第1 级支柱根内，在横切面上的木质部比例在接近主茎处较大，当支柱根接近地面时木质部比例逐渐减少，同时树皮和髓的比例增加

C.当支柱根级别从1 变为5 时，树皮和髓比例降低，而木质部比例增加

D.相比树皮和髓，第1 级支柱根中的支持性功能很可能加强，并具有较低的长度/高度比和较高的木质部比例

（待续）