第28届国际生物学奥林匹克竞赛试题 理论2-1

王戎疆 杜 军 范六民 佟向军 张雁云

（1北京大学生命科学学院 北京100871 2中国人民大学附属中学 北京100080 3 北京师范大学生命科学学院 北京 100875）

理论考试2 共3 h。

1～17 题：适应环境；18～33 题：生殖与进化；34～46 题：疾病与衰弱。

说明：1）共46 个问题，将在计算机上完成；2）必须回答所有问题的所有部分；对于多项判断正／误任务，用“正确”或“错误”回答每个陈述；可能没有选项正确，也可能全部正确；对于计算问题，选择最接近正确答案的数字；如果不确定，应该作出最好的猜测；不会因猜测错误而受惩罚，反而可能会获得分数；3）每个正确的答案将得1 分；每个错误或缺失答案将得0 分；4）应该按照顺序回答问题，然后回到不能回答的问题。可通过单击旗帜图标标记它们，并通过打开左侧的内容窗格查看进度；可能会发现前面问题中探讨的想法有助于回答后面的问题；5）有些图片可通过点击而放大；6）可通过右上角的选项，改变浏览考题的语言；7）将需要在每个问题中创造性地使用提供的信息，可能不需要高级的技术或专业知识。

本考试中，需要以下设备：被批准使用的计算器，签字笔/铅笔，给考生提供草稿纸。不得将任何纸张带入或带离考场。每个考试的第1 页将提供文档的副本。

考场纪律：1）考场上禁止与任何其他考生交流；2）不得打开计算机其他无关窗口；3）不得访问可能不公平的帮助信息；4）如果需要帮助，请举手示意，并保持面向前方；5）在无监考人员协助下，不得离开电脑；6）遇到技术问题请务必立即通知监考人员。

有用的科学定义：这些术语已经在国际生物学奥林匹克竞赛考试中多年出现，但你可能并不熟悉其精确定义。

WT：在所有情况下，WT 是指野生型。野生型生物体没有被遗传操作，或以其他方式进行遗传选择、使其具有特定的遗传特性。

敲除（knockout）：是指具有问题中指定基因的生物，经过突变，该基因无法合成有功能的产物。

单倍型（haplotypes）：是发生在同一DNA 分子上的多个不同等位基因的组合。例如，如果基因A、B、C、D和E位于同一染色体上，且每个基因具有2 个等位基因，则该基因组区域可具有许多的不同的单倍型（AbCdE、abcDE、ABCde等）。如果这些基因具有很强的遗传连锁，则一般单倍型在种群中将比预期更多地发生。一个基因的特异性等位基因通常与所连锁的基因的特定等位基因共存。在这样一个连锁区域内，从原有序列到现在的序列突变创造出新的单倍型。该区域内的减数分裂交叉互换可破坏现有的单倍型，并随机重组等位基因，从而消除了随时间的推移等位基因之间的关联。

毫米汞柱（mmHg）：生物学家通常使用mmHg作为压力单位。mmHg 与帕斯卡、cmH2O 柱成正比，但在大多数生物学环境中给出更整的数字。

分压（partial pressure，Pgas）：只有一种气体存在，分压测量气体对其周围施加的压力。分压注明为Pgas（例如，Po2=氧的分压）。例如，海平面上大气的总压为760 mmHg，氧气占大气中所有分子的21%，因此大气中氧气的分压为Po2=0.21×760=160 mmHg。溶液中气体的分压是该气体在空气与溶液达到平衡时产生的分压。例如，长时间暴露于大气中的玻璃水中的氧分压也将为160 mmHg。因此，生物学家使用分压来预测气体转移的速率、方向及平衡状况。分压与溶液中气体的浓度并非直接成比例；浓度取决于分压、溶解度、温度等。

表达（expression）：许多DNA 基因被转录以产生RNA，其被翻译以产生多肽。这种折叠可通过修饰以产生功能性蛋白质。除非另有说明，基因的表达水平描述通过这些过程的组合作用产生多少功能性产物。因此，如果表达增加，则产生更多的功能性蛋白质。这并不一定意味着蛋白质量的增加（可能会迅速降解）。这些功能性产物可能还需要进一步的步骤被激活。

箭头（arrows）：在科学图示中，用箭头表示导致、激活、成为或仅是一个标签。

平头箭头（flat-headed arrows）：在科学图示中，平头箭头指的是抑制、阻断或减少。

适应环境

1.亚马逊的生物量：森林吸收了超过30%的人类活动产生的CO2，但森林处置大气中CO2的方式正在发生变化。这张图显示了过去10年亚马逊森林固定碳的总量的变化。亚马逊雨林对气候变化的响应与其他大部分雨林是相似的。

判断以下每个陈述是否正确。

A.除去森林砍伐，雨林的固碳生物量近些年呈现净增长

B.由于臭氧层变薄，紫外线的增加可提高碳的固定

C.大气中CO2浓度的增加可提高碳的固定

D.温度的小幅提高增加了光合作用相关酶类的速率

2.百慕大珊瑚：海洋也能吸收超过30%人类活动产生的CO2，它们溶解在水中形成酸从而改变碳酸钙的溶解性（图1）。许多海洋无脊椎动物具有碳酸钙成分的骨骼，可形成海底沉积物和礁石。英属百慕大群岛是研究珊瑚礁和海沟的理想场所，因此研究了CO2对百慕大海底沉积物的影响（图2）。礁石以下5 000 m，海洋细菌可固定CO2生长（图3）。

判断以下每个陈述是否正确。

A.人类活动产生的CO2会损坏无脊椎动物的骨骼

B.百慕大堡礁的结构由于海水化学的改变而受到严重的威胁

C.无脊椎动物的生长对海洋吸收CO2的能力有贡献

D.在海底热液口的细菌利用修饰过的光合作用酶固定碳

3.酸中毒：血液的pH 值必须得到严格控制，所以机体通过肺排出CO2，通过肾改变血液中HCO3-的水平。下面的实验分析了健康人（H）和具有疾病i、疾病ii 和疾病iii 的人的血液化学，相关数据的分布范围如图所示。

判断以下每个陈述是否正确。

A.疾病i 使得血液偏酸

B.疾病ii 导致肺内气体交换增加

C.疾病ii 导致肾功能有害变化

D.呕吐可诱发与疾病iii 一样的症状

4.一氧化碳中毒：John kendrew（1917—1997）发表了血红蛋白的结构，阐明了氧在血液中运输的过程。一氧化碳是有毒的，可通过肺进入血液并改变氧的运输。在正常空气里，肺部的氧分压（PO2）为100 mmHg。添加一氧化碳后，其分压（PCO）为0.4 mmHg，则血液中CO 和O2的分子数相同。

1）判断以下每个陈述是否正确。

A.一氧化碳提高血红蛋白对氧的亲和性（结合的紧密性）

B.0.4 mmHg 的一氧化碳减少了氧在血浆中的溶解度

C.在生理条件下，一氧化碳会降低血液中可执行功能的血红蛋白的量

2）计算一氧化碳对血红蛋白的亲和性比氧对血红蛋白亲和性高多少倍？ 请选择最接近的相对亲和性作为正确答案。

选项：高50 倍、高100 倍、高150 倍、高200倍、高250 倍

5.肺泡气体：John Haldane（1892—1962）发现了很多控制呼吸及气体交换的生理机制。记录了改变人肺泡中氧或二氧化碳的压力影响每分钟呼吸空气的体积。在海平面，肺泡中气体的氧分压（PO2）为100 mmHg，二氧化碳分压（PCO2）为40 mmHg。

判断以下每个陈述是否正确。

A.增加血液酸度（低pH）会增加呼吸速率

B.正常条件下，呼吸速率是由血液中氧含量决定的

C.在高海拔地区［气压低于海平面气压的一半（＜50%）］，降低血液中二氧化碳的分压比降低氧分压会对呼吸造成更明显的影响

D.当肺泡中氧分压从50 mmHg 提高至150 mmHg 时，全血中氧含量的变化可忽略不计

6.动物呼吸系统：下面简述了不同动物的气体交换表面，以及呼吸介质和血流的方向。哺乳动物和鸟类必须利用呼吸相关肌肉驱动气体通过交换表面。

判断以下每个陈述是否正确。

A.哺乳动物需要被动扩散以实现气体交换

B.哺乳动物从空气中获取的氧在空气中的比例，比鱼类从水中获取氧的比例高

C.空气必须到达昆虫活细胞的微米级范围

D.鸟类在一个呼吸循环中比哺乳动物有更高比例的时间完成气体交换

7.呼吸根：红树林生长在潮间带，可有垂直的根（呼吸根），作为淹于水下的根通气管。通过记录呼吸根被潮汐覆盖和露出时相对于大气中的气体压力，研究它们促进气体交换的机制。

判断以下每个陈述是否正确。

A.当呼吸根被退潮露出时，空气被吸入根部

B.根部呼吸对根部的气压变化有贡献

C.呼吸根供应CO2进行光合作用

D.当呼吸根被浸没时，根中的呼吸速率减慢

8.分生组织氧气：海草从基部的分生组织快速生长。然而近年来，整个海草草甸弱的增长和死亡已很普遍。在不同的海水温度和氧饱和度下，记录顺着海草茎直径的氧分压。通常大气PO2=160 mmHg。

判断以下每个陈述是否正确。

A.海水温度升高是海草草甸损失的原因

B.这些实验在黑暗中进行

C.分生组织具有比周围组织更快的代谢速率

D.分生组织在30°C 时比5°C 时由更多的CO2

E.分生组织在波涛汹涌的海洋条件下比平静的海洋条件下获得更多的氧气

9.光合氧：Joseph Priestley（1733—1804）发现，植物消耗CO2。他也发现在此过程中产生氧元素。在叶绿体中，放氧复合物在暴露于光时会损失单个电子。在特定数量的电子丢失后，复合物在一个循环中从水中重新获得电子以产生氧。对叶绿体溶液照射连续的光脉冲，记录每个闪光产生的氧气量。

判断以下每个陈述是否正确。

A.2 个光脉冲足以完成放氧循环

B.复合物最多丢失4 个电子

C.在实验开始时，大多数复合物已丢失了1个电子

D.在实验结束时，对于相同的曝光亮，产生更多的氧

10.Frank-Starling 定律：William Harvey（1578—1657）发现心脏可将血液泵向全身完成循环。Ernest Starling（1866—1927）发现很多循环系统的基本特征，包括心输出量（特定时间内泵出血液的量）是如何控制的。Starling 将可跳动的心脏完全从身体内取出，安置在一个特定的装置上，他可利用该装置改变进入“静脉”血液的压力（图1）或从“动脉”流出血液的压力（图2）。然后，他测量了心输出量。心脏的左侧和右侧得到的结果类似。

针对一个不可操控的动物，判断以下每个陈述是否正确。

A.对锻炼的响应包括使静脉强健有力（平滑肌的收缩）

B.如果右侧心脏的流出速率增加，则需要神经或激素调节以改变左侧心脏的流出速率达到右侧水平

C.心脏搏动所需能量随静脉压力的增加而增加

D.在心脏病的早期，如果血液体积增加，心输出量仍可维持

（待续）