第26屆國際生物學奧林匹克競賽試題理論A-3

佟向軍 范六民 劉寶玉 張 立

（1北京大學生命科學學院 北京 100871 2天津市第一中學 天津 300051 3北京師范大學生命科學學院 北京 100875）

19.在海洋里，沉積物中的氧氣從自由水向下擴散到含氧層的頂部，并在此發生還原反應產生水。缺氧層位于好氧層的下面，細菌介導的化學反應即在此層發生。細菌可以將H2S轉化為SO，這一過程與缺氧層中氧氣的還原反應是緊密聯系的。發生在含氧層和缺氧層之間的化學反應可以理解為“電流”將電子從H2S的氧化過程轉移到氧氣的還原過程。在實驗中，試圖鑒別出參與該過程的電子導體（下圖）。

在一個實驗裝置中，上層含氧（小于3 mm，藍色區域）和下層無氧沉積層（大于3 mm）為：A.用一把薄“小刀”切成2層（左圖為切之前，右圖為切之后）；B.上、下2層之間用2種不同孔徑的過慮器隔開（下面的水平線）。（資料來自 Pfefferet al.2012）圖中顯示了，氧氣濃度（紅色曲線），氧消耗速率（O2c.r.,灰色直方圖）。pH（藍色）。H2S（橙色線）和沉積物表面（上方數值為0的灰色線）。

指出下列每個陳述正確與否。

A.含氧層pH峰值的出現源于由氧氣產生水的過程

B.用“小刀”將沉積物切成2層，不影響氧的還原

C.通過過慮器操作，證明了任何特異的溶質都不運輸電子

D.用于氧氣還原的電子很可能來源于含氧層的供體

20.利用2種細菌菌株做接合實驗。菌株Ⅰ可以在缺乏精氨酸、缺乏尿嘧啶，以半乳糖為唯一碳源，以及含有卡那霉素（+KM）的培養基上生長；而菌株Ⅱ則不能。將2種菌株共同培養，對其中菌株Ⅱ進行取樣，并將其置于各種選擇培養基上培養成菌落。每隔5 min取樣一次，直至在各種培養基上均能獲得100個菌落時停止取樣。接合成功與否的測定結果見下表。

接合后菌株在培養基上的生長情況

判斷下列說法正確與否。

A.卡那霉素抗性基因（KM resistance）的轉移發生在合成尿嘧啶的基因之前

B.結果說明，細菌的整個基因組可以在15 min之內，通過接合的方式發生轉移

C.結果顯示，一小部分受體菌落可以在沒有接合的情況下，在含有卡那霉素的培養基上生長

D.共同培養15 min的所有菌落中，有多于20%的菌落能夠在既缺乏精氨酸又缺乏尿嘧啶的培養基上生長

21.霍亂由霍亂弧菌分泌的一個毒素所致（下圖A）。癥狀之一是嚴重腹瀉，導致脫水，甚至可能死亡。科學家測試了一個新的CFTR-抑制劑（CFTR：囊性纖維跨膜轉運調節子，氯離子通道），CFTR-172（下圖B），可作為潛在的治療霍亂的療法。

A.霍亂毒素對腸上皮細胞的影響。在圖中，A和B是霍亂毒素亞基；GM1（GM1 神經節苷脂受體）；Gsα（G 蛋白）；AC（腺苷酸環化酶）；Gi（G 蛋白）；cAMP（環 AMP）；CFTR（囊性纖維化跨膜電導cl-通道）；B.CFTR-172注射到體腔后，霍亂毒素誘導的液體分泌至腸袢的劑量依賴性反應。

2010 年海地地震后，霍亂的爆發引發有關傳染病起源的討論（下圖C）。提出了2種理論：或者傳染源來自秘魯的相似病例，或者是孟加拉國附近的聯合國士兵來救援時將霍亂攜帶到島上。

指出下列每個陳述正確與否。

A.霍亂患者的水分丟失是由于滲透作用

B.霍亂毒素結合于跨膜離子通道進而啟動一個級聯反應

C.基于圖B，可用CTFR抑制劑CFTR-172治療毒素誘發的腹瀉

D.圖C中的結果支持爆發的霍亂可能由聯合國士兵傳染

22.金黃色葡萄球菌（SA）導致人的皮膚感染，是一種常見的死因。局部表皮細胞的即時保護或介入，能限制感染的擴散。這些細胞產生抗微生物多膚（amp），例如 cathelicidin（Camp）。 最近發現，應對這種感染，宿主的反應是皮下脂肪組織的變化（下圖A～B）。有人用BADGE，一種抑制脂肪形成的酣，研究了這種抗菌多膚的作用（下圖C～E）。

A.感染金黃色葡萄球菌的小鼠皮膚，與對照（ctrl）的比較（紅色中括號部分：皮下脂肪層）。B.感染金黃色葡萄球菌3 d后脂肪細胞的數目和尺寸變化。

C～D.BADGE對傷口大小和SA CFU的影響 （乙醚標記BADGE抑制脂肪形成，CFU=菌落形成單位）。E.+和-Camp的影響（*顯著差異；n.s.沒有影響）。（來自Zhanget al.2015）

指出下列每個陳述正確與否。

A.金黃色葡萄球菌感染可誘發皮下脂肪細胞尺寸增加

B.脂肪細胞數目對感染的擴散有重要抵抗作用

C.Badge抵消Camp的影響

D.圖C～D和E中的結果很好地相互支持

23.根瘤菌對豆科植物百脈根生長的影響經常被研究，例如關于它們互相作用的酶/基因系統的研究（如下圖）。

A.根瘤及根瘤數量與土壤含氮量（N）間的關系。B.酶CaMK及其RNA和相關基因。激酶結構域（大的深灰色）可調節其他酶類。黑色條帶是CaM結構域，4個窄的灰帶是EF-手結構域。基因中的方框表示外顯子。

指出下列每個陳述正確與否。

A.根瘤形成主要發生在含氮量少的土壤

B.根瘤菌通過擴大根系的表面積，刺激百脈根的生長，進而導致 NO3-吸收的增加

C.圖B中3G突變抑制CaMK的轉錄

D.每個外顯子編碼蛋白的一個特異結構域

24.加拉帕戈斯群島因14種雀類的適應性輻射而聞名。這種輻射的驅動者或者在雀種群落中競爭食物（假說1），或者獲得多樣性食物，即種子和果實（假說2），或兩者兼而有之。食性的選擇取決于喙的大小和結構。用6種鳥喙差異較大的地雀驗證這些假說（如下圖）。

A.在一個棲息地內種子／果實的多樣性與該棲息地內一個地雀種群的（種子／果實）食譜寬度的關系。每個點代表一個棲息地內的一個地雀種群，不同形狀和顏色的點代表不同的地雀物種。B.同時出現的2種地雀鳥喙深度的比率與它們取食食物種類重合度的關系，每個點代表一對物種。地雀頭像插圖中的黃色箭頭表示的是鳥喙深度。（來自Abbott等，1977）

標明下列表述正確與否。

A.據圖A所示，假說2較假說1更為可能

B.據圖B所示，假說1較假說2更為可能

C.不同的地雀物種對種子和果實多樣性增加的反應程度是相同的

D.圖A～B表明食物種類的多樣化將使種間競爭維持在較低水平

25.粗糙皮膚的蠑螈（一種蠑螈）產生TTX毒素，該毒素對其他脊椎動物是致命的。不同蠑螈個體產生TTX的水平不同。花蛇吃幾乎所有獵物包括蠑螈，不同花蛇個體對TTX的抗性有所不同。蠑螈群體的TTX水平越高，相應蛇對TTX的抗性越高。盡管如此，這種蛇仍然可能拒食有劇毒的蠑螈（下圖）。

蛇的抗性水平與蠑螈毒性的關系。每個點代表一個互相作用的蛇和蠑螈群體的地點。在白色區域，蛇吃蠑螈，但以運動性損失為代價。灰色區域的點代表毒性/抗性不匹配。每個數據點的上下誤差線代表群體中個體間水平的變化。50%的虛線反映了減低蛇50%活動所需的 TTX劑量；15%和85%線限定了所有取樣地點蛇的取食相關的TTX劑量的范圍。

指出下列每個陳述正確與否。

A.蠑螈和蛇間的協同進化／交互選擇主要發生在白色區域

B.該圖與“聰明的捕食者法則”一致，即在被捕食者-捕食者相互作用中，生存較對食物的需要處于更強的選擇之下

C.對個體而言，抗性似乎較毒素產生代價更小

D.很可能，在圖的最右邊的2個“綠色”和 2個“黃色”地點的蛇群體贏得軍備競賽

（待續）