Анатомия и физиология растений
The 21st INTERNATIONAL BIOLOGY OLYMPIAD
Changwon, KOREA 11th – 18th July, 2010
ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ ТЕСТ: ЧАСТЬ B
Предоставляемое время: 150 минут
ОБЩИЕ ЗАМЕЧАНИЯ
1. Откройте конверт после звонка, обозначающего начало теста.
2. В конверте находятся тексты вопросов и лист ответов.
3. Впишите ваш четырехзначный код студента в каждую клетку для кода студента.
4. Вопросы в части В могут иметь больше чем один правильный ответ. Ответ на каждый вопрос представьте в Листе Ответов знаком (√), цифрами или обозначениями.
5. Используйте карандаши и ластики. Можно пользоваться предоставленными
линейкой и калькулятором.
6. Некоторые вопросы могут быть зачеркнуты. НЕ ОТВЕЧАЙТЕ на эти вопросы.
7. Прекратите работу и отложите карандаш немедленно после того как прозвенит заключительный звонок.
8. В конце практической работы вы должны оставить все ваши бумаги на вашем столе. Из лаборатории ничего нельзя выносить.
The 21st INTERNATIONAL BIOLOGY OLYMPIAD
ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ ТЕСТ: ЧАСТЬ B
Предоставляемое время: 150 минут
ОБЩИЕ ЗАМЕЧАНИЯ
1. Впишите ваш четырехзначный код студента в каждую клетку для кода студента.
2. Вопросы в части В могут иметь больше чем один правильный ответ. Ответ на каждый вопрос представьте в Листе Ответов знаком (√), цифрами или обозначениями.
3. Используйте карандаши и ластики. Можно пользоваться предоставленными
линейкой и калькулятором.
4. Некоторые вопросы могут быть зачеркнуты. НЕ ОТВЕЧАЙТЕ на эти вопросы.
5. Максимальное число баллов в Части В составляет 107,1
6. Прекратите работу и отложите карандаш немедленно после того как прозвенит заключительный звонок.
7. В конце практической работы вы должны оставить все ваши бумаги на вашем столе. Из лаборатории ничего нельзя выносить.
БИОЛОГИЯ КЛЕТКИ
B1. (2,7 балла) На рисунке ниже представлен Вестерн-блот, показывающий пробег пяти сигнальных молекул (a~e), принимающих участие в регулируемом гормоном роста пути передачи клеточного сигнала.
Для определения последовательности действия молекул (a~e) в передаче сигнала, который запускается при воздействии гормона роста, клетки были обработаны различными ингибиторами (I~IV) передачи клеточных сигналов. Следующие блоты показывают изменения в характере экспрессии сигнальных молекул, вызванные обработкой ингибиторами.
B1.1 (1,5 балла) Заполните квадратики в Листе ответов, указав последовательность белков (a~e) в сигнальном каскаде.
B1.2. (1,2 балла) Укажите в кружках в листе ответов место действия каждого ингибитора (I~IV).
B2. (2,7 балла) Сопоставьте молекулярные компоненты (a~f) справа с клеточными структурами, которые поддерживают клеточную морфологию (A-D) слева. Каждая клеточная структура может иметь больше одного молекулярного компонента.
| A. Цитоскелет B. Клеточная стенка C. Десмосомное соединение D. Внеклеточный матрикс | a. Кадгерин b. Целлюлоза c. Коллаген d. Актин e. Кератин f. Лигнин |
B3. (1,5 балла) Буква в каждой клетке на рисунке обозначает орган или ткань.
Внесите букву, обозначающую каждый орган или каждую ткань, в правильную клетку в листе ответов.
B4. (2,2 балла) При выращивании E. coli на среде, содержащей смесь глюкозы и лактозы, рост имеет сложную кинетику, как показано на графике ниже.
B4-1. ( 1 балл) Какая пара кривых правильно отражает изменения в концентрации глюкозы в среде и активность β-галактозидазы внутри клеток?
B4-2. ( 1,2 балла) На графике ниже показан характер экспрессии lac мРНК в клетках дикого типа и мутанта E. coli после добавления лактозы к истощенной по глюкозе среде.
Укажите в листе ответов знаком (√), может или не может каждый мутант демонстрировать показанный на рисунке мутантный характер экспрессии.
| Мутант |
| I. Мутант E. coli , у которого репрессор не экспрессируется |
| II. Мутант E. coli , у которого репрессор может связываться с оператором, но не с лактозой |
| III. Мутант E. coli , у которого оператор мутировал таким образом, что репрессор не может связываться с оператором |
| IV. Мутант E. coli , у которого РНК-полимераза не может связываться с промотором lac -оперона |
B5. (1,5 балла) На рисунке ниже изображены транскрипция и трансляция гена в прокариотической клетке.
Укажите в листе ответов знаком (√), является ли каждое описание верным или неверным.
| Описание |
| I. Транскрипции направлена от (B) к (A). |
| II. Конец (C) мРНК является 5'-концом. |
| III. Полипептид на рибосоме (D) длиннее, чем полипептид на рибосоме (E). |
B6. (2 балла) Показаны часть нуклеотидной последовательности одной цепи двуцепочечной молекулы ДНК и соответствующая аминокислотная последовательность. Находящаяся под последовательностями таблица показывает часть генетического кода.
| Положение кодона | a | b | c | d | ||
| Цепь ДНК | 5'…….. | TTT | AAG | TTA | AGC | …..3' |
| Полипептид | ………. | Phe | Lys | Leu | Ser | ……. |
| Кодон | Аминокислота |
| UUU | Phe |
| UUA | Leu |
| AAG | Lys |
| AGC | Ser |
Отметьте значком (√) в листе ответов, является ли каждое из следующих описаний правильными или неправильными? (Считайте, что число нуклеотидов ДНК соответствует таковому его первичного транскрипта.)
| Описание |
| I. Показанная цепь ДНК является матричной цепью. |
| II. Если содержание G+C представленной цепи ДНК составляет 40%, то содержание A+T ее комплементарной цепи составляет 60%. |
| III. Если содержание G+C представленной цепи ДНК составляет 40%, то содержание A+U ее первичного транскрипта составляет 60%. |
| IV. Нуклеотидная последовательность мРНК, транскрибируемой с указанной цепи ДНК следующая: 5' ....... UUU AAG UUA AGC ....... 3'. |
B7. (2 балла) На рисунке ниже показан процесс создания трансгенного растения, содержащего ген X, при помощи Ti-плазмиды Agrobacteria.
B7-1. (1 балл) Какое объяснение этого процесса является правильным или неправильным?
| Объяснение |
| I. Для образования рекомбинантной ДНК использовались рестрикционные ферменты и лигаза. |
| II. Для дифференциации дисков из листа в растение использовалась техника культивирования растительных тканей. |
| III. В геном растения была целиком интегрирована рекомбинантная Ti-плазмида, содержащая ген Х. |
| IV. Встраивание гена Х в геном трансгенного растения может быть подтверждена с использованием геномной ПЦР или анализом Саузерн-блотт.. |
| V. Экспрессия интродуцированного гена X может быть проверена с использованием ПЦР с обратной транскрипцией, анализом Нозерн-блотт или Вестерн-блотт. |
B7.2. (1 балл) Определите, являются ли следующие описания экспрессионного вектора у растений в целом правильными или неправильными?
| Описание |
| I. Он должен содержать селектирующий маркерный ген, необходимый для селекции трансформированных клеток. |
| II. Он должен содержать промотор, который может экспрессировать интродуцированный ген внутри растительной клетки. |
| III. Он обычно содержит сайт множественного клонирования, используемый для инсерции (вставки) чужеродного гена.. |
| IV. Он должен иметь такую же нуклеотидную последовательность, как специфическая часть растительного генома, так как чужеродный ген встраивается гомологической рекомбинацией. |
| V. Он должен содержать точку начала репликации, необходимую для клонирования в процессе получения и наработки рекомбинантного вектора. |
B8. (1,5 балла) У бактерии Caulobacter клеточное деление происходит по-особенному. Деление материнской клетки приводит к возникновению двух различных дочерних клеток: “подвижных” клеток (r) и “стебельковых” клеток (p). Подвижные клетки способствуют распространению Caulobacter. Стебельковые клетки неподвижные и используют стебелек для прикрепления на месте. На рисунке ниже показано, как делятся подвижные и стебельковые клетки.
Цикл деления, если оно начинается с подвижной клетки (r = 90 мин) длиннее, чем если он начинается со стебельковой клетки (p = 60 мин). Более длительный период (r) обусловлен тем, что подвижная клетка:
A. Образует больше ДНК, чем стебельковая клетка.
B. Образует стебелек перед делением.
C. Образует жгутик во время деления.
Отметьте знаком (√) в листе ответов, является ли каждое из вышеизложенных объяснений правильным или неправильным.
B9. (2 балла) В описанном ниже эксперименте клетки (1) были помещены в среду с меньшей концентрацией солей, чем в цитоплазме, что вызвало их набухание и разрыв в одной точке (2). Затем лопнувшие клетки были отмыты и «запечатаны» с образованием “теней” (3). Этот процесс также сопровождался образованием маленьких везикул, ориентация мембраны которых была либо правильной (4) либо вывернутой (внутренней стороной наружу) (5), в зависимости от ионного состава раствора, использованного для процедуры разрушения.
Каждая из приготовленных теней/везикул была смешана с радиоактивным реагентом для мечения, который является водорастворимым и может ковалентно связываться с белками (3~5). Затем белки, погруженные в мембрану, были солюбилизированы детергентом и подвергнуты электрофоретическому анализу в полиакриламидном геле с додецилсульфатом (SDS). Разделенные белки были визуализированы окраской Кумасси (I) и авторадиографией (II).
Какой/какие из белков (a~e) является/являются трансмембранным/ми белком/ами?
A. Белок b
B. Белок c
C. Белок d
D. Белки a~e
E. Белок a и белок e
B10. (1,5 балла) Субклеточные органеллы и их клеточные компоненты могут быть легко выделены путем фракционирования по размеру при дифференциальном центрифугировании, как показано ниже. При этом процессе образуются четыре осадка (ядро и 1~3).
В Таблице ниже приведены опитсания внутриклеточных органелл, полученных в виде осадков при разных центрифугированиях.
| Осадок | Описание |
| Ядро | Органелла, содержащая линейную ДНК, несущую теломерные последовательности |
| Осадок 1 | Органелла, генетическая информация которой наследуется путем наследования по материнской линии |
| Осадок 2 | Органелла, в которой осуществляется гликозилирование большинства белков |
| Осадок 3: | Органелла, состоящая из двух субъединиц и синтезирующая белки |
Учитывая, что субклеточные структуры не разрушились при центрифугировании, определите, являются ли описания А, В и С различных внутриклеточных структур в одних и тех же осадках верными или неверными. Внесите знак “√” в соответствующую клетку в листе ответов.
| Осадок | Описание | |
| A | Осадок 1 | Органелла, содержащая набор протеаз, липаз и нуклеаз |
| B | Осадок 2 | Органелла, катализирующая превращение перекиси водорода (H2O2) в воду и кислород. |
| C | Осадок 3 | Инфекционный внутриклеточный вирус, покрытый вирусной оболочкой. |
B11. (2 балла) Рестрикционная карта SalI и XhoI линейной молекулы ДНК величиной 5kb представлена ниже.
Фрагменты ДНК величиной 3,5 kb, полученные расщеплением XhoI были сшиты с фрагментами ДНК величиной 1,0 kb, полученными расщеплением SalI . Полученные молекулы ДНК величиной 4,5 kb были расщеплены SalI. Запишите длину всех фрагментов ДНК, которые можно получить такой обработкой. (Считайте, что рестрикционные ферменты полностью разрезают молекулы ДНК, а тупые концы не лигируются.)
B12. (1,5 балла) Следующие графики показывают количественные изменения в содержании ДНК на каждой из четырех стадий клеточного цикла (G1, S, G2, M).
Выберите графики (A~D), представляющие стадии, описанные в I~III.
| Клеточная активность и ответ |
| I. Обработка таксолом, который предотвращает деполяризацию микротрубочек, останавливает клетки на этой стадии. |
| II. При обработке митогеном, таким как эпидермальный фактор роста, остановившаяся на этой стадии клетка приступит к следующей стадии клеточного цикла. |
| III. Контрольная точка (чекпоинт) на этой стадии клеточного цикла подтверждает, что удвоение ДНК завершилось, прежде чем клетка перейдет к следующей стадии. |
АНАТОМИЯ И ФИЗИОЛОГИЯ РАСТЕНИЙ
B13. (2 балла) Трансгенное растение Arabidopsis (2n) имеет в сумме две копии гена устойчивости к канамицину в ядерном геноме, одну в хромосоме 1 и вторую в хромосоме 3. Укажите знаком (√) является каждое описание верным или неверным.
| Описание |
| I. Все пыльцевые зерна этого растения несут гены устойчивости к канамицину. |
| II. Эндосперм, образовавшийся при самоопылении этого растения, содержит 0~6 копий гена устойчивости к канамицину. |
| III. Если семена от самоопыления у этого растения прорастут, то соотношение проростков, устойчивых к канамицину, к проросткам, чувствительным к канамицину, составит 3 к 1. |
| IV. Среди клеток корня этого растения, находящихся в профазе митоза, присутствует клетка, содержащая 4 копии гена устойчивости к канамицину. |
B14. (1,5 балла) На Рисунке a показан путь передачи сигнала ABA в замыкающей клетке. На Рисунке b показаны изменения в (1) концентрации цитоплазматического Ca2+ в замыкающей клетке и (2) изменение размера устьица, происходящие после обработки ABA.
Для каждого описания относительно действия ABA укажите знаком (√), является ли оно правильным или неправильным?
| Описание |
| I. При обработке ABA Ca2+ поступает из окружающей среды внутрь замыкающей клетки. |
| II. При обработке ABA в цитоплазме замыкающих клеток концентрация K+ возрастает. |
| III. K+ -канал (I) обеспечивает поток ионов наружу, а K+ -канал (II) - внутрь. |
B15. (3 балла) Хлоропласт, растительнеая органелла, происходит от предшественников цианобактерий; однако многие белки хлоропласта кодируются генами ядерного генома.
B15-1. (1,2 балла) Для каждого из свойств ДНК хлоропластов укажите знаком (√) в листе ответов, является ли это свойство сходным с геномной ДНК прокариот или эукариот?
| Свойство |
| I. ДНК представляет собой кольцевую двойную цепь. |
| II. Имеются интроны. |
| III. Кодируются компоненты 70S рибосомы. |
| IV. Обычно транскрибируется полицистронная мРНК. |
B15.2. (1,8 балла) Белок X –это белок люмена тилакоидов, который транскрибируется в ядре и транслируется в цитоплазме. Затем белок переносится при помощи сигнального пептида I в строму хлоропластов. В строме сигнальный пептид I отщепляется и получившийся белок доставляется в люмен тилакоида при помощи сигнального пептида II. В люмене тилакоида сигнальный пептид II отщепляется, и там обычно наблюдается получившийся полипептид III.
В ядерный геном были введены и экспрессированы различные рекомбинантные векторы белка X. Для каждого рекомбинантного вектора заполните пустые клетки во 2-ой колонке таблицы, указав основную локализацию (A~D) в клетке экспрессируемых белков. Заполните пустые клетки в 3-ей колонке таблицы полипептидами (E~H), которые будут там присутствовать.
|
B16 (1,5 балла). Рисунок а показывает органогенез растительного каллуса, выращиваемого на среде, содержащей различные концентрации IAA (ауксин) и кинетина (цитокинин). В природе почвенная бактерия Agrobacterium индуцирует образование корончатых галл на корнях бобовых растений. Эта бактерия индуцирует опухолей (галл) путем интеграции своей T-ДНК в растительный геном и экспрессии группы генов необходимых для образования галл (Рисунок b).
Если инфицирующая Agrobacterium потеряет или сверх-экспрессирует гены биосинтеза ауксина или гены биосинтеза цитокина, предскажите наиболее ожидаемый фенотип каллюса (A~D) для каждого мутанта, описанного в представленной ниже таблице. Поставьте знак (Ö) в соответствующую клетку в листе ответов.
| <Ожидаемый фенотип каллюса> A. Каллус, дающий побеги B. Каллус, дающий корни C. Недифференциированный каллус D. Неспособный к росту каллус |
| Мутация гена |
| I. I. Делеция iaaH, сверхэкспрессия ipt |
| II. II. Сверхэкспрессия iaaH, делеция ipt |
| III. III. Делеция iaaH и ipt |
B17. (2,4 балла) Корни растения состоят из различных типов клеток. Тип клеток корня определяется делением и дифференциацией определенной стволовой клетки (меристемной клетки). На рисунке a показана полная микроскопическая структура первичного корня Arabidopsis на продольном срезе, а на рисунке b отражено расположение примордиальных (стволовых) клеток корня в прямоугольнике, выделенном на рисунке a.
Заполните таблицу, правильно сопоставив перечисленную функцию с правильным типом клеток корня (1~6 на Рисунке a) с соответствующей исходной клеткой (7~11 на Рисунке b).
B18. ( 1,5 балла) На рисунке ниже показано внутреннее строение семян сосны и хурмы.
Укажите знаком (√) являются ли следующие утверждения правильными или неправильными.
| I. Структуры a и b одинаковы по плоидности, но отличаются по генетическому составу. |
| II. Структуры a, b и c состоят из двух различных спорофитных структур и одной гаметофитной структуры. |
| III. Структуры x и y одинаковы как по плоидности, так и по генетическому составу. |
| IV. Структура z имеет в три раза большую плоидность, чем структура с. |
| V. Обе структуры a и x окружены завязью. |