2012 年第廿三屆國際生物奧林匹亞競賽
--理論試題
(3)
中華民國生物奧林匹亞競賽代表團
理論試題：
A 卷
生態學(續)
A46. 大 多數 的 潮 間 帶動 物 生 長 率一 般 隨 其 生活 處 的 高 度而 遞 減。Lim 及 Green (1991) 研 究 一 種 常 見 的 雙 枚 貝 稱 為 波 羅 的 海 貝(Macoma balthica) 分 布 在 加 拿 大 哈 德 遜 灣 海 岸 的 族 群, 又 因其 分 布 於 兩個 不 同 高 潮位 而 細 分 為兩 個 次 族 群。 貝 殼 上 的年 生 長 環 在 此 兩 個 不 同 的 次 族 群 間 有 明 顯 差 異(參 閱 下 圖 ) , 但 牠 們 的 遺 傳 特 徵 並 無 差 異。波 羅 的 海 貝 通 常 為 穴 居, 埋 在 泥 沙 中 來 躲 過 天 敵 , 牠 是 吸 蟲 類 的 中 間 宿 主 ; 而 此 寄 生 蟲 的 子 代 孢 狀 幼 蟲 主 要 出 現 在 此 貝 類 的 卵 巢 中 , 造 成 卵 巢 部 分 或 全 部 消 失 。 此 吸 蟲 的 終 寄 主 為 潮 間 帶 的 鳥, 會在 退 潮 時 大 量 聚 集 在海 灘 的 高 處。此外 , 退潮 時 哈 德 遜 灣 的 波 羅 的 海 貝 也 會 在 沙 灘 上 爬 行 並 留 下 明 顯 的 痕 跡 。 為 比 較 爬 行 型 與 穴 居 型 之 波 羅 的 海 貝 在 高、低 兩 處 海灘 的 個 體 之差 異, 研 究人 員 對 寄 生於 此 貝 類 殼的 內 表 面 之 囊 狀 幼 蟲(此 吸蟲 生 活 史 的下 一 階 段)之數 目 進 行 計算 。 結 果 如下 圖 : 爬 行 型 穴 居 型 高 海 灘
圖 中 的 符 號 代 表 貝 類 的 數 目: ○, 1; ●, 2; , ≥ 3。直 線 將 貝 類 依其 中 間 數 的長 度 分 為 小 型 及 大 型 個 體 。 判 斷 下 列 有 關 波 羅 的 海 貝 的敘 述 : 正 確者 以()代 表; 錯 誤 者 以()代 表 (A) 在 哈德 遜 灣 的 波羅 的 海 貝 之生 長 率 符 合一 般 在 潮 間帶 所 觀 察 的規 則, 即 在低 處 生 活 的 個 體 長 得 比 高 處 者 要 快 (B) 生 活在 越 高 處 潮區 的 貝 類 被寄 生 的 比 例相 對 高 於 生活 在 低 處 者 (C) 貝類的爬行行為有助於寄生蟲完成其生活史 (D) 不 論海 灘 高 低 , 埋 藏 在 沙 中的 貝 類 通 常有 較 多 的 囊狀 幼 蟲 (E) 在高海灘生活的貝類, 其與潮間帶活動鳥類(即吸蟲最終寄主)的接觸增加, 可能會造成 此二種次族群之貝類遭寄生蟲感染量的差異 (F) 高寄生蟲感染量促使貝類的個體長大, 係因吸蟲使寄主喪失生殖能力, 生殖投資下降所 致 (G) 環境因子可能對貝類在不同次族群之生長率表現的影響明顯的大於遺傳
生物系統分類學
A47. 將 下列 特 徵 對 應到 正 確 的 生物 Features: 特徵 I 具 書 肺; 原 先 由 3 部 分 所 組成 但 現 在 退化 僅 剩 2 部 分 的螯 爪 ; 砂 囊 II 退 化 的 肋 骨; 在個 體 發 生 時 進行 變 態 CRAWLERS 爬行 型 BURROWER 穴 居 型 低 海 灘III 貝後肢末端有鱗片覆蓋; 以通風氣囊作為呼吸器官; 可移動的上顎及下顎 IV 細 管 狀 的 排 泄 器 官 , 且 開 口 位 在 中 腸 與 後 腸 之 間 ; 軀 體 (tagmata)分 為 三 部 分 ;具 一 對 觸 角 V 特化的上皮肌肉細胞; 刺絲胞; 體制輻射對稱 VI 利用羅蘭氏囊來感覺電子磁場及溫度差異; 軟骨; 通氣孔 Organisms:有 機體 (A) 白鯊 (B) 蒼 蠅 (C) 水 鶇 (D) 腦紋 珊 瑚 (E) 蜘 蛛 (F) 青 蛙 A48. 下 圖為 質 體(plastids)之起 源 及演 化 的 假 說: 上 圖 中 的 數 字(1~4)代 表 所 發生 的 演 化 事件 ， 分 別 為: (1)初 級 的內 共 生 現 象; (2)喪 失 初 級 的 質 體; (3)及(4)次 級 的內 共 生 現 象。 這 些 過 程導 致 在 不 同分 類 群 中 出現 具 有 或 缺 乏 部 分 質 體 。 在 答 案 紙 上 將 分 類 群(a–d)與 不 同 種 質體 作 示 當 配對 後 生 動 物 真 菌 綠 色 植 物 眼 蟲 動 基 體 原 生 動 物 異 肉 足 原 生 動 物 矽 藻 紅 藻
A49.支 序 系 統 分 類 的 研 究 人 員 用 類 群 間 的 比 較 來 區 別 後 裔 衍 生 特 徵 及 共 享 原 始 祖 先型特 徵 。 他 們 還 用 一 個 與 所 研 究 的 材 料 親 源 相 近 的 類 群 來 當 作 外 群 。 條 件 ： 外 群 是 比所 研 究 對 象中 的 任 何 成員 彼 此 之 親源 關 係 都 較不 相 近 的 類群 假 設 ： 所 有 參 與 分 歧 為 兩 群 的 原 始 祖 先 型 特 徵 皆 屬 於 同 源 性 特 徵 。 基 於 上 述 理 論 概 念 ， 研 究 人 員 將 所 研 究 類 群 的 特 徵 資 料 列 如 下 表 中 。 雙 編 碼 的 動 物 種 類 特 徵 A1 A2 A3 A4 A5 A6 a. 毛 髮 0 0 0 0 1 0 b. 多 了額 外 的 胚膜 之 羊 膜 卵 0 1 0 0 1 0 c. 以 四 肢 運 動 0 1 0 0 1 1 d. 下 顎具 關 節 0 1 1 0 1 1 e. 脊 椎 0 1 1 1 1 1 f. .Notocord 脊 索 1 1 1 1 1 1 注 意: 表 中 的 0 代 表 沒 有 該特 徵 ; 1 代 表具 有 該 特 徵 49.1 經 由分 析 上 表 之資 訊 後 ， 指出 哪 一 個 動物 編 碼 是 外 群? (0.2 分) 49.2 哪 個特 徵(a–f)是外 群 與 研究 的 內 群 所共 有 的?。(0.2 分) 49.3 指 出 僅 在 內 群 中 的 所有 成 員 共 同具 有 的 一 個原 始 特 徵 。(0.2 分) 49.4 指 出 在 答 案 紙 上 的 支 序圖 中 最 後 分歧 點 的 特 徵, 寫 出 一 最適 當 者 。(0.2 分) 49.5 根 據 所 分 析的 資 訊, 最能 代 表 物 種 A1 ~ A6 之 親緣 關 係 的 支序 圖 如 答 案 紙 上 所 示, 在空 格 中 填入 物 種 的 編碼 。(1.8 分)
理論試題：
B 卷
細胞生物學
B1. 四 種微 生 物 的 混合 物 從 校 園裡 的 不 同 地點 蒐 集 而 來， 並 且 被 培養 於 含 有 所有 必 須 之 元 素（ 以 離 子 態 化 合 物 的 形 式 存 在 ）的 培 養 基（ 但 是 此 培 養 基 不 含 有 碳 源 ）。培 養 基 一 開 始 時 為 澄 清（ 亦 即：不 混 濁 ），接 著 於 黑 暗 中 搖 瓶 培 養 24 小 時（ 狀 態 一，Stage 1）。培 養 液 接 著於 光 亮 中 持續 培 養 24 小 時 （狀 態 二， Stage 2），然 後 再 回 復到 黑 暗中 接 續 培 養 24 小 時 （狀 態 三， Stage 3）。這 四 個 樣 品的 混 濁 度 ，在 每 一 個 培養 狀 態 之 後 都 被 觀 察 與 紀 錄 ， 結 果 如 下 ：
Sample End of Stage
I II III
1 Clear 澄 清 Clear澄 清 Clear澄 清
2 Clear澄 清 Slightly turbid有點 混 濁 Slightly turbid有點 混 濁 3 Slightly turbid有點 混 濁 More turbid 較 混 濁 Very turbid非 常混 濁 4 Slightly turbid有點 混 濁 Slightly turbid有點 混 濁 Slightly turbid有點 混 濁 在 樣 品 1 到 4 中 含 有下 列 哪些 微 生 物(A-D)。有 存 在的 請 打 勾()，不存 在 的請 打 叉 ()， 並 寫 於 答 案卷 上 。(3.2 分) (A) 光合 自 營 微生 物 (B) 化 學-有 機 異營 微 生 物 (C) 帶 有 細 胞 儲存 微 粒 （ 例如 ： 內 含 體(inclusion bodies)） 的 微生 物 (D) 其細 胞 帶 有類 囊 體 膜 的微 生 物 B2. 一 個桿 狀 的 細 菌細 胞 被 觀 察到 含 有 許 多的 線 毛（ 線毛 科 的 桿 菌(fimbriae)）長 於 其 表 面。這 些 結 構 似 乎 可 以 伸 長 和 縮 短。指 出 這 些 構 造 的 正 確 功 能(請 打 勾 )，不 正確 的 答 案 請 打 叉()。(1 分) (A) 遺傳 重 組 (B) 用 於 貼 附 於表 面 (C) 在 溶 液 中 的活 動 能 力 (D) 用於 防 禦 B3. 兩個細菌細胞被橫切開來，細菌 A 以單層膜包覆其細胞；然而細菌 B 被兩層膜所包 覆，並且此兩層膜被含有肽聚糖的狹小空間隔開。請於答 案卷寫出哪一個細菌為革蘭 氏陽性菌？哪一個細菌為革蘭氏陰性菌？（0.4 分） B4. 一 個 研 究 用 來 檢 驗 真 核 基 因 在 轉 錄 起 始 點 上 游 所 存 在 的 調 控 因 子 （ regulator element）。在 初 步 的 研 究 當 中，一 個 研 究 人 員 藉 由 多 重 排 列 900 個 不同 基 因之-37 到 -26 的核 苷 酸 序列 ， 來 執 行電 腦 分 析 。所 得 到 之 基因 同 源 性 的百 分 比 數 據如 下 表 所 示 ：
-37 (5’) -26 (3’) Base frequency (%) 鹼 基 出 現 的 頻 率 A 21 16 4 91 0 95 67 97 52 41 16 24 C 23 39 10 0 0 0 0 0 0 9 35 37 G 28 35 3 0 0 0 0 3 12 40 38 30 T 28 10 83 9 100 5 33 0 36 10 11 9 4.1 基 於 上 述 所給 的 數 據，推測 位 於-35 到-29 之 保守 區 域 內 的最 有 可 能 核苷 酸 序 列 (並 且此 序 列 是 其調 控 因 子 的功 能 所 必 須)。 請 在 答 案卷 上 之 空 格填 入 A, C, T, 或 G。（1.4 分 ） 4.2 刪 除 數 個 基因 之-50 到-26 的 核 苷 酸，會 顯 著 地降 低 RNA 聚 合 酶 結 合至 該 基 因。 請 指 出 答 案 卷 上 哪 些 序 列 的 功 能 特 性，可 以 用 來 代 表 -50 至-26 之核 苷 酸序 列 的 可 能 特 性 。 適 當 的 答 案 請 打 勾()， 不 恰當 的 答 案 請打 叉()。(1 分) B5. 荷 爾 蒙 調 控 生 理 作 用 於 不 同 的 特 化 細 胞 中 。 對 應 下 列 之 荷 爾 蒙 (a– e)所 調 控 之 對 應 的 生 理 作 用(I–VII)。注 意 ！有 些 作 用 可以 被 一 個 以上 的 荷 爾 蒙所 調 控 。（2.8 分 ）
Hormone 荷 爾 蒙 Physiological process 生 理 作用 a. Insulin 胰 島 素 I gluconeogenesis 糖 質 新 生 作用 b. cortisol 皮 質醇 II glycogenesis 肝糖 合 成 作 用 c. glucagon 升 糖素 III glycogenolysis 肝 糖分 解 作 用 d. thyroid hormone 甲 狀 腺 素 IV lipolysis 脂 質 分解 作 用 e. epinephrine 腎 上 腺 素 V lipogenesis 脂 質生 成 作 用
VI protein catabolism 蛋 白 質 異化 作 用 VII protein anabolism 蛋 白 質 同化 作 用 B6. 下 列哪 項 允 許 細胞 膜 在 冷 的溫 度 下 仍 能保 持 流 動 ？正 確 的 答 案請 打 勾()，不 正 確 的 答 案 請 打 叉()。(0.8 分) (A) 藉 由主 動 運 輸 (B) 藉 由葡 萄 糖 和 氫離 子 的 共 同運 輸 作 用 (C) 藉 由增 加 細 胞 膜上 不 飽 合 磷脂 質 的 百 分比 (D) 藉由 降 低 細胞 膜 內 疏 水性 蛋 白 質 的數 目
B7. 細 胞的 不 正 常 性會 導 致 我 們身 體 顯 現 出疾 病 和 功 能失 調 。 對 應下 列 之 細 胞不 正 常 性 (I–V)和其 所 造成 之 最 可 能的 功 能 失 調(A– E)。(1.5 分)
Cellular abnormalities: 細 胞的 不 正 常 性
I. altered cellular receptor 變 了樣 的 細 胞 受體 II. uncontrollable cell division 無法 控 制 的 細胞 分 裂
III. abnormal membrane transport protein 不 正常 的 膜 運 輸蛋 白 IV. enzyme absence 酵素 缺 失
V. absence of structural protein 結 構蛋 白 的缺 失 Disorders: 功 能失 調 (A) 一 位小 孩 有 慢 性的 呼 吸 感 染症 ； 這 位 小孩 之 腸 和 肺的 分 泌 物 是濃 厚 黏 稠 的， 並 且 他 的 汗 水 變 成 含 有 高 濃 度 的 鈉 離 子 （Na+） 和 氯 離 子 （Cl -） (B) 一 位年 輕 人 有 胸痛 。 切 片 檢查 顯 示 有 不正 常 的 、 未分 化 的 、 癌轉 移 的 細 胞 (C) 一 位外 表 型 正 常的 男 孩 被 診斷 出 對 男 性荷 爾 蒙 是 無感 的；但 是他 的 染 色 體 有 46 條 且 為XY (D) 一 位年 輕 男 孩 逐漸 的 虛 弱 ，並 且 小 腿 肌肉 持 續 地 肌肉 萎 縮 (E) 被 影 響 的 孩 童 逐 漸 地 失 去 行 為 能 力 與 視 力 ； 其 腦 細 胞 有 脂 肪 之 大 量 累 積 。 幼 年 即 會 死 亡 。 目 前 沒 有 治 癒 的 方 法 。 B8. 一 個複 製 中 的 細胞 群 被 一 種染 劑 染 色 ；此 染 劑 結 合上 DNA 後可 產 生 螢 光。 個 別 細 胞 之 DNA 含 量利 用 螢 光 活化 細 胞 分 選儀（fluorescence-activated cell sorting, FACS） 來 測 定 ， 結 果 如 下 圖 ：
(A) 從此圖可看出，哪一個細胞群（A 至 C）處於細胞週期的 S 時期？(0.9 分) (B) 哪 一個 細 胞 群 （A 至 C） 處於 細 胞 週 期之 最 長 的 時期 ？(0.9 分)
B9. 磷 脂質 是 一 種 脂質 ， 當 其 形成 脂 質 雙 層膜 時 也 是 所有 細 胞 膜 之主 要 成 份 9.1 正 確 的 敘 述請 打 勾()， 錯 誤 的 敘 述請 打 叉()。(1.2 分) (A) 疏 水性 的 尾 部 指向 細 胞 膜 的內 部 (B) 細 胞膜 上 的 脂 肪酸 不 具 有 雙鍵 (C) 一 但磷 脂 質 被 嵌入 之 後 ， 磷脂 質 將 永 遠停 留 於 細 胞膜 中 (D) 蛋 白質 被 雜 亂 無章 地 散 布 於此 雙 層 膜 9.2 哺乳 類 之 細胞 膜 被 鑑 定存 有 不 同 種類 的 磷 脂 質(分 成 SM, PC, PE, PS and PI 這 五 種)。下 圖 顯 示 出穿 過 人 類 紅血 球 細 胞 膜之 每 一 種 磷脂 質 的 百 分比 分 布 情 形： 正 確 的 敘 述 請 打 勾()， 錯 誤 的 敘 述 請 打 叉 ()。 圖 上 標 示 的 數 值 乃 是 大 概 值 。 (0.8 分) (A) 一 般來 說 ， 細 胞膜 可 以 被 認為 是 不 對 稱的 。 (B) 全 部膜 磷 脂 質 的百 分 之 24 含 有 SM， 百分 之 4 含 有 PI。 (C) 全 部內 膜 磷 脂 質的 百 分 之 80 含 有 PE， 百 分 之 16 含 有 PC。 (D) 大 部分 的 PC 被 侷 限 於 紅 血球 之 外 表 面， 然 而 大 部分 的 PE 和 PS 則 被 侷 限 於 紅 血 球 之 內 表 面 。 B10. 在 一個 水 稻 的 研究 中，吉 貝 素 gibberellins (GA)被 發現 在 小 苗 生長 時 期 扮 演一 個 重 要 的 角 色 。 吉 貝 素 抑 制 蛋 白 （GARP） 控 制 了 吉 貝 素 所 誘 導 之 基 因 的 表 現 。 此 蛋 白 質 含 有 兩 個 區 塊 （domains）： (i) 調 控 區 塊 (DELLA) 和 (ii) 抑 制 區 塊 (GRAS)。 吉 貝 素 （GA） 結 合 至 其 受 體 之 調 控 區 塊 (DELLA)時 ， 導 致 抑 制 區 塊 (GRAS)與 泛 素 連 接 酶 複 合 體（SCF ubiquitin ligase complex）結合。此 舉 導 致 GARP 被 標 定，並 且被 蛋 白 酶 體(proteasome)所 降 解。GARP 被 降 解後，將 導 致吉 貝 素 所 誘導 之 基 因 的表 現 與 小 苗 的 生 長 。
面 向 細 胞 內 部 的 那 一 層 分 布%
Cell surface layer 細胞表 面 層
% dis tr ibu tio n
基 於 這 些 訊 息 ， 於 存 在 吉 貝 素 gibberellins (GA) 或 缺乏 不 存 在 吉貝 素 之 狀 況下 ， 並 搭 配 DELLA 區 塊 或 GRAS 區 塊 有 功 能缺 失 時，小苗 可 生 長 者請 打 勾()，沒 有 生 長 者 請 打 叉()。 請於答 案 卷 作答 。(1.2 分) B11. 下 列酵 素(1–6) 催 化 化 學 鍵結(I to VI) 的形 成 。 酵 素 化 學 鍵 結 1. DNA 接 合 酶 I. 碳 -氧 鍵 2. 鎂 離子 螯 合 酶 II. 碳 -硫 鍵 3. 乙 酸輔 酶-A 合 成酶 III. 碳 -氮 鍵 4. 胺 基酸-tRNA 合 成 酶 IV. 碳 -碳 鍵 5. 丙 酮酸 羧 化 酶 V. 磷 酯 鍵 6. 穀 胱甘 肽 合 成 酶 VI. 氮 -金 屬 鍵 酵 素 催 化 的 反 應 如 下 ： 以 個 別 的 鍵 結 種 類 來 對 應 酵 素(1-6)及 其匹 配 的 酵 素反 應(A-F) (2.4 分) 穀 胺 酸 半 胱 胺酸 甘 胺 酸 穀 胱 甘 肽 絲 胺 酸 絲 胺 酸 -tRNA 鎂 -原 視 紫 質 IX 完 成 接 合 之 雙 股 DNA 原 視 紫 質 IX 乙 酸 輔 酶 -A 輔 酶 -A 草 醯 乙 酸 丙 酮 酸
植物解剖與生理學
B12. 植 物的 細 胞 壁 會限 制 細 胞 延伸 ， 生 長 中的 植 物 細 胞處 於 酸 性 條件 下 可 延 伸得 較 快 ， 且 一 群 稱 為 延 伸 酶(expansins)的 蛋 白 質 是 生 長 過 程 中 調 控 細 胞 壁 延 伸 的 關 鍵 角 色 。 在 實 驗 中，相 同 長 度 的 黃 瓜 下 胚 軸 先 以 四 種 不 同 方 式(1–4)處 理，再黏 接 在延 伸 測 量 器 上 ， 然 後 測 量 下 胚 軸 長 度 。 處 理 方 式 1 以 fusicoccin (一種 可 活 化 細胞 膜 上 的 酵素 H +–ATPase 之 藥 劑) 處 理 ， 並 放在 pH 7 的 緩 衝 液 中 2 以 fusicoccin (一 種 可 活 化 細胞 膜 上 的 酵 素 H +–ATPase 之 藥 劑) 處 理，加 熱 並放 在 pH 4.5 的 緩 衝液 中 3 先 加 熱 ， 然 後 放 在 pH 4.5 的 緩 衝液 中 4 先 加 熱 ， 然 後 放 在 pH 4.5 的 緩 衝 液 中， 且 該 緩 衝液 中 有 加 入萃 取 自 黃 瓜下 胚 軸(緊鄰 生 長 點)的均 質 液 下 胚 軸 的 長 度 可 增 加 或 維 持 不 變, 在 答 案 紙 上 指 出 各 種 處 理 的 結 果 , 以 (↑ )代 表 增 加; (=)代 表 維 持不 變 。 (待續 )轉 載 自 ： 中華民國生物奧林匹亞委員會網站Chinese Taipei Biology Olympiad, Taiwan, R.O.C http://www.ctbo.org.tw/
