第27屆國際生物學奧林匹克競賽試題理論A－1

2019-05-25 03:31:46陶若婷張雁云范六民戴俊彪

生物學通報 2019年4期

陶若婷張雁云范六民戴俊彪張立

（1 北京十一學校北京 110000 2 北京師范大學生命科學學院北京 100875 3 北京大學生命科學學院北京 100871 4 清華大學生命科學學院北京 100084）

理論考試A 共3 h。

1～10 題：細胞生物學；11～17 題：植物解剖和生理；18～30：動物解剖和生理；31～32：習性學；33～42：遺傳和演化；43～47：生態；48～50：生物分類學。

每個正確答案得1 分。一個問題中4 個答案都正確，得1 分；只有3 個答案正確，得0.6 分；只有2個答案正確，得0.2 分；只有1 個答案正確，得0 分。

1.Weel 激酶和Cdc25 磷酸酶的活性決定了M－Cdk 組分中Cdk1 第15 位酪氨酸的磷酸化狀態。當第15 位酪氨酸被磷酸化后，M－Cdk 失去活性；當第15 位酪氨酸未被磷酸化，M－Cdk 被激活（圖A），Weel 激酶和磷酸酶Cdc25 的活性也受磷酸化的調控。這些酶活性的調控可利用蛙卵母細胞的提取物進行研究。在這種提取物中，激酶Weel 處于活化狀態，而Cdc25 磷酸酶處于失活狀態。其結果導致M－Cdk 因為Cdk1 第15 位酪氨酸的磷酸化而失去活性。這種提取物中的M－Cdk 可以通過加入絲氨酸/蘇氨酸蛋白磷酸酶的強效抑制劑岡田酸而被迅速激活。使用Cdkl 的特異性抗體，可以通過凝膠電泳（圖B）中遷移率的變化，以檢查它們的磷酸化狀態。帶有磷酸化的蛋白通常比未被磷酸化的蛋白遷移的更慢。

A.通過Weel 激酶和Cdc25 磷酸酶控制M－CDK 活性；B.岡田酸對Cdk1、Weel 激酶和Cdc25 磷酸酶的磷酸化狀態的影響

指出以下每個描述是否正確。

A.當它被磷酸化后，Weel 激酶處于活化狀態

B.控制Wee1 激酶和Cdc25 磷酸酶磷酸化的磷酸酶是酪氨酸特異性的

C.岡田酸直接影響Cdk1 的活化

D.如果M－Cdk 能夠磷酸化Wee1 激酶和Cdc25磷酸酶，那么少量激活的M－Cdk 會導致其快速和完全被活化

2.一個mRNA 的翻譯速率可以通過SDS－PAGE進行估計。在本實驗中，一種煙草花葉病毒（TMV）的mRNA（編碼了一個分子量為116 kDa 的蛋白），在兔網織紅細胞裂解物里，在35S－甲硫氨酸存在的情況下被翻譯成蛋白。兔網織紅細胞裂解物含有蛋白質翻譯所需的所有組分。樣品以1 min 的間隔取出，進行SDS－PAGE 分析。分離后的翻譯產物通過放射自顯影被顯現。如下圖所示，可檢測出的最大多肽隨時間增加而不斷增大，直至大約25 min 時蛋白質全長的出現。

分子量（kDa）隨時間（min）的變化TMV蛋白在兔網織紅細胞裂解物中合成的時程分析

指出以下每個描述是否正確。

A.煙草花葉病毒蛋白合成的速率與時間成指數比例

B.假設每個氨基酸的平均分子量為110 Da，蛋白合成的速率約為每分鐘35～40 個氨基酸

C.兔網織紅細胞裂解物中還有甲硫氨酸氨酰tRNA 合成酶

D.該mRNA 在其序列中可能包含2 個以上的稀有密碼子

3.科學家分離獲得了3 種必須在培養基中添加脯氨酸（proline）才能生長的菌株ProA－，ProB－和ProC－。其中一株為冷敏感型，一株為熱敏感型，另外一株含有一個基因缺失。將這些菌株在僅含有微量脯氨酸的基本培養基的瓊脂板劃線，開展交叉互養實驗。在交叉互養實驗中，從一種菌株中滲透出來的代謝物可以為旁邊另一個菌株提供營養。當它們在3 個不同溫度下培養后，其生長情況如下圖所示。

粗黑線條表示細胞進行高速生長；灰色線條代表細胞生長緩慢或不生長；WT，野生型

3 株脯氨酸生物合成缺陷菌株的交叉互養實驗結果

指出以下每個描述是否正確。

A.在ProC－菌株中積累的代謝中間物來自于ProA－菌株中代謝阻斷的產物

B.在ProB－菌株中積累的代謝中間物來自于ProA－菌株中所代謝阻斷的產物

C.至少存在3 個不同的基因可以影響脯氨酸的生物合成

D.至少在某一種條件下，細胞合成的脯氨酸被快速用于蛋白質的合成，防止脯氨酸的過量合成

4.當分離后的線粒體懸浮在含有ADP，Pi 和可氧化底物的緩沖液中時，可以發生3 種容易測定的反應：底物被氧化；O2被消耗以及ATP 的合成。氰根離子（CN－）可以抑制電子到O2的傳遞。寡霉素（oligomycin）可以抑制ATP 合成酶。2，4-二硝基酚（DNP）可以透過線粒體膜并釋放質子進入基質，從而消除質子梯度。

實線表示所消耗的氧氣量；虛線表示ATP 的合成量線粒體中氧氣的消耗和ATP 的合成

指出以下每個描述是否正確。

A.x 是可氧化的底物

B.y 是寡霉素（oligomycin）或氰根離子（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，則ATP 的合成不會穩定

5. 假設你正在研究下圖中所表示的膜蛋白。你準備了膜中只含有這種蛋白質人工囊泡。然后用能夠靠近膜進行切割的蛋白酶處理囊泡（2）或先將囊泡進行透化，然后用蛋白酶處理（3）。所得肽段隨后利用SDS-PAGE 凝膠電泳進行分離。

1.未處理的對照；2.蛋白酶裂解后的肽段；3.透化后經蛋白酶切割后的肽段；箭頭指示了肽段的遷移方向膜蛋白（a，b，c，d，e 結構域）和SDS-PAGE 凝膠圖

指出以下每個描述是否正確。

A.在泳道3 中的較大的片段是親水性的

B.在泳道2 中的較小的片段代表了膜外突出的蛋白質結構域

C.結構域a 富含亮氨酸或異亮氨酸

D.結構域a，c 和e 伸向囊泡的內腔中

6.乙醇抑制微生物的生長。然而，一些釀酒酵母菌株能適應高濃度的乙醇。許多研究證明乙醇的存在可以造成細胞內脂類組成的變化。在本研究中，通過敲除編碼去飽和酶的OLE1 基因，從而系統性的改變酵母脂肪酸的組成。 OLE1 可催化形成單不飽和的棕櫚油酸（palmitoleic acid）（Δ9-C16∶1）和油酸（oleic acid）（Δ9-C18∶1）。隨后，在敲除OLE1 的酵母菌株中（1）轉化入YEpOLE1 質粒回補OLE1 基因；（2）分別轉化入YEp -Δ9Hz，YEp -Δ9Tn，YEp -Δ11Hz 和 YEp -Δ11Tn 質粒。 YEp-Δ9Hz，YEp-Δ9Tn，YEp-Δ11Hz和YEp-Δ11Tn 表示來自棉鈴蟲（Helicoverpa zea）（Hz）或粉紋夜蛾（Trichoplusia ni）（Tni）Δ9 或者Δ11去飽和酶。各個轉化株中脂肪酸的組成和生長曲線如下表和下圖所示：

在對數中期，釀酒酵母菌株中主要脂肪酸的組成（%）

A.YPD 培養基；B.含有5%乙醇的YPD 培養基；OLE1（×），Δ9Hz（●），Δ11Hz（■），Δ9Tn（○）以及△11Tn（□）轉化有不同質粒釀酒酵母的生長曲線

指出以下每個描述是否正確。

A.轉化有OLE1 基因的酵母菌，因為有內源去飽和酶的存在，所以在YPD 培養基中的延滯期（lag phase）比其他所有菌株都短

B.所有菌株的去飽和酶都具有相同的活性

C.單不飽和脂肪酸的含量是釀酒酵母乙醇耐受性的良好指標

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

7.Poly（3-hydroxybutyrate）（PHB）是一種材料儲存物，通常在各種細菌中，當營養物質如氧、氮、磷、硫或鎂等受限，但同時存在過量的碳時大量積累。下圖表示Ralstonia eutropha 中從乙酰輔酶A（acetyl-CoA）到PHB 的合成途徑。該途徑受到反饋抑制的調控。此外，acetyl-CoA 也可以進入三羧酸循環。

指出以下每個描述是否正確。

A.提高檸檬酸合成酶的活性會降低PHB 的合成

B.當細胞內HSCoA 濃度高時，PHB 合成速率將增加

C.當PHB 的合成速率增加時，Ralstonia eutropha 細胞的生長速度也會增加

D.低比率的（NADPH+H+）／NADP 促進PHB的合成

PHB合成途徑

8.一個科學家分離了5 種不同的多肽（1～5）。每種多肽由5 種不同氨基酸（命名為A，B，C，D，E）組成。他測定了各個多肽的分子量和氨基酸序列。所獲得的數據如下表所示。

每個氨基酸的分子量如下表所示。

注意：一個水分子的質量為18 Da。

指出以下每個描述是否正確。

A.題中氨基酸C 為絲氨酸

B.題中氨基酸A 是酪氨酸

C.題中氨基酸E 是半胱氨酸

D.題中氨基酸B 是甘氨酸

9.從蝦的腸道中分離出4 種不同的細菌，用于研究它們降低Vibrio harveyi 毒性的益生菌效力。Vibrio harveyi 是一種常見的對蝦感染菌。在第1個實驗中，4 株分離的菌被接種到交叉劃線的平板上，以觀察對4 種細菌的抑制（圖A）。在第2 個實驗中，測定了在Vibrio harveyi 和各個細菌共同存在5 d 后，對蝦的存活率（圖B）。

指出以下每個描述是否正確。

A.1 號候選菌（P1）可產生抑制革蘭氏陰性和革蘭氏陽性菌的抗微生物化合物

B.2 號候選菌（P2）能夠減少Vibrio sp.的致病性，但不能殺滅他們

C.3 號候選菌（P3）所產生的抗微生物化合物以細胞外膜為靶向

D.4 號候選菌（P4）通過抑制革蘭氏陰性菌，從而對對蝦存活有良好的效果

A.K=對照（在虛線框中沒有細菌），P1-P4= 候選益生菌1-4，a=Streptococcus sp.（革蘭氏陽性），b=Vibrio harveyis（革蘭氏陰性），c=Bacillus sp.（革蘭氏陽性），d=Salmonella sp.（革蘭氏陰性）. B.U=僅對蝦培養，U+V=對蝦和Vibrio harveyis 共培養，U+V+P1-4=對蝦和Vibrio harveyis 以及某一種候選益生菌P1-4 共培養。

10.為了觀察酵母菌株細胞周期的長度設計了一個實驗。活化后的酵母細胞以106個細胞／mL 的初始濃度被轉接到的新鮮培養基中。 40 h 后，細胞數量增加至4×106個細胞/mL。從中取出部分培養液用于另一實驗。在該實驗中，細胞先在含有放射性標記的胸苷（thymidine）培養基中培養15 min，隨后細胞被清洗，并重新在不含有放射性胸苷的培養基中繼續培養。培養過程中，細胞樣品在不同時期采取，用于測量含有放射性胸苷的有絲分裂的細胞的百分比。下圖顯示了實驗結果。在每個所取樣品中，約1%的細胞正在進行有絲分裂。

有絲分裂細胞中包含帶有放射性標記細胞的比例

指出以下每個描述是否正確。

A.組蛋白（histone proteins）的合成速度在放射性標記的胸苷加入后6～10 h 之間相對較高

B.細胞周期的S 期長度約為5 h

C.細胞周期的M 期長度超過1 h

D.大多數放射性胸苷的是在細胞周期的S 期被吸收利用

11.盡管日常光合蒸騰失水導致水勢劇烈變化，細胞壁給植物細胞提供相當程度的體積穩態。植物細胞的水勢（ψw）由溶質勢（ψs）和膨壓（ψp）組成。相對細胞體積與細胞水勢和其組成成分相關，如下圖所示。

指出以下每個描述是否正確。

在答題卡上指出下列陳述正確與否。

A.植物細胞水勢的改變通常伴隨著膨壓和細胞體積的大變化

B.膨壓消失表明，細胞體積已經減少了約15%，細胞質壁分離結束

C.當細胞體積減少10%時，細胞水勢的變化主要由細胞溶質勢的降低引起，而膨壓變化很小

D.在細胞重新水合的過程中，當細胞壁產生等同于膨壓的壓力、細胞水勢達到零時，細胞體積膨大停止

12.用高粱（Sorghum bicolor）和大豆（Glycine max）植物進行響應低溫的實驗。植物在25℃下生長數周，然后在10℃生長3 d，整個實驗過程中，日照長度、光強度和環境二氧化碳濃度保持恒定，除非特別說明。 2 個植物物種在25℃的凈光合如下圖所示。

單位葉片干重的二氧化碳吸收量（mg CO2／g干重）

指出以下每個描述是否正確。

A.如果放在35℃下，大豆的光合速率會降低，而且高粱不會變化

B.在涼爽的條件下，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減少主要是由于酶的活性在低溫下降低

13.大豆慢生根瘤菌可以感染大豆（Glycine max）的根并形成根瘤。在根瘤發生由固氮酶催化的固氮作用，固氮酶活性不用通過氮還原測量，而可以很容易地通過乙炔還原進行測量。科學家制備了催化產生丙酮酸和NADH 的NAD 依賴的蘋果酸酶的缺失突變體（dme 突變體），并用野生型和突變型細菌感染大豆幼苗根系。幼苗在無氮的培養基中生長，接種14 d 和28 d 后，記錄幼苗中根瘤的數目和重量以及乙炔還原活性。