2021全国中学生生物学联赛理论试卷详细解析
2021全国中学生生物学联赛理论试卷〃详细解析
1（1） 一般土壤条件下，NO―3是植物吸收N的主要形式。而硝态氮（NO―3）必须经过还原形成铵态氮才能被利用。硝酸根可以在根组织中被还原，但当植物吸收大量硝酸根时则大部分被运至叶片中被还原。在叶片的叶肉细胞中，硝酸根被还原成亚硝酸根的过程是在细胞质中进行的，然后亚硝酸根被运至叶绿体内被进一步还原为铵。所以，叶绿体参与氮同化。（具体过程可参考《植物生理学》[武]P105-107）有些同学认为此选项为碳同化的误印而没选择，实属幸运。
（2）叶绿体与线粒体同样属于半自主性细胞器，都含有DNA、核糖体。其DNA编码合成特异RNA与特异蛋白。其中，叶绿体DNA（chloroplast DNA）简写为cpDNA或ctDNA。 （3）ctDNA和mtDNA（线粒体DNA）同样不含组蛋白。所以，叶绿体没有合成组蛋白的必要。另一方面，在各种cpDNA中也从未发现含有合成组蛋白的基因。（2、3两条可参考《细胞生物学》或《遗传学》叶绿体、线粒体基因组部分。了解内共生假说有利于深入理解。 ）
（4）光反应中有ATP产生。不详述。 参考答案：C
2 蓝藻，现称蓝细菌，为一类能进行光合作用的原核生物。具有光合片层。其光合色素为叶绿素a、胡萝卜素、叶黄素、藻胆素等（其中藻胆素常形成颗粒状，称藻胆体）。光合产物为蓝藻淀粉和蓝藻颗粒体（一类蛋白质颗粒）。
类胡萝卜素指一类.具有共轭双键系统的四萜（tie）化合物。 其中包括番茄红素、胡萝卜素及其氧化物（如叶黄素、玉米黄质、虾青素、虾红素等）等。
（此题可参考《植物生理学》、《微生物学》、《生物化学》等。蓝细菌的具体内容可参阅专注，类胡萝卜素的具体内容可参阅 天然产物化学 植物化学 等。） 参考答案：D
3 PCR（Polymerase chain reaction），译为聚合酶链（式）反应。基本过程是通过DNA变性、退火、延伸等三个步骤多次循环获得大量的特异性DNA片断（具体内容可参考PCR操作手册）。其中温度在90℃-96℃，可称为高温，即使是延伸阶段温度也在70℃-75℃，参照一般生物体体温仍为高温（退火温度须要根据引物计算，在37℃-65℃之间而一般不低于55℃）。
PCR所用DNA聚合酶须是耐热性聚合酶，最早为分离自发现于美国黄石国家公园蘑菇池（高热温泉） 中的Thermus aquaticus 的培养基的TaqDNA聚合酶。Thermus
aquaticus译为水生栖热菌，为真菌的一种。 TaqDNA聚合酶没有校正功能，导致PCR产物易发生错误，已逐渐被多种具有校正功能的DNA聚合所取代。
PCR所用引物为DNA寡聚核苷酸。不使用RNA是因为DNA比RNA更为稳定，且没有使用RNA的必要。生物体内DNA合成需要RNA作引物一般认为是由于生物进化经历了RNA 世界有关。且DNA聚合酶有校对功能因而不能从无合成。DNA聚合酶的校对功能对保证遗传信息稳定性有很大作用。RNA聚合酶没有校对功能，因而不需要引物。生物体因此选择了以RNA为引物，再切除，切口平移，连接 这一系列复杂的过程来完成DNA 复制；甚至不惜以失去末端的核酸序列为代价。 PCR所用引物为人工由单个脱氧核苷酸合成，不使用DNA聚合酶作催化剂，整个过程在DNA合成仪中进行（具体过程可参考《生物化学》或DNA合成仪操作说明）。
PCR所用模版一般为DNA。以RNA为模版的要先由RNA逆转录为cDNA，再扩增，称RT-PCR（reverse transcription-PCR，译为逆转录PCR或反转录PCR）。
PCR 技术发展极其迅速，新体系、新技巧层出不穷。PCR仪也开始从科研机构、名牌大
学步入中学校园。PCR技术将成为和显微镜使用相似的基础、常规生物学技术。 参考答案：C
4 秋水仙素是一种微管特异性药物，它可阻断微管蛋白组装成微管。结合秋水仙素的微管蛋白可结合到微管末端，阻止其他微管蛋白加入。（微丝、微管及中等/间纤维的内容可参考《细胞生物学》细胞骨架部分。）
细胞骨架一般是指真核细胞质内的蛋白纤维网架系统，由微丝、微管及中等纤维三类蛋白质纤维组成。 参考答案：B
5 限制性核酸内切酶（restriction endonuclease）是一类能识别双链DNA中特殊核苷酸序列，并使每条链的一个磷酸二酯键断开的内脱氧核糖核酸酶。这类酶是生物细胞内限制性修饰系统的一部分，可防止外源DNA的入侵。
目前发现有限制性内切酶的生物主要是细菌，少数霉菌和蓝细菌中也发现有限制性核酸内切酶。
至今发现的限制性核酸内切酶分为三种类型，即Ⅰ型酶、Ⅱ型酶和Ⅲ型酶。 Ⅰ型酶是一类多亚基双功能酶（核酸内切功能和甲基化功能）；Ⅱ型酶是一类核酸内切酶和甲基化酶分开的酶； Ⅲ型酶是一类两亚基双功能酶。在基因工程中真正有用的是Ⅱ型酶，通常所说的限制性核酸内切酶是指Ⅱ型酶。
Ⅰ型酶的切割位点距离识别位点至少1000bp处随机切割；Ⅱ型酶的切割位点位于识别位点内或其附近，有特异的位点；Ⅲ型酶切割位点位于距离识别位点3，端（下游）24―26bp处。
DNA分子经限制性核酸内切酶（特指Ⅱ型酶）切割产生的DNA片段末端通常由两种形式：黏性末端和平（头）末端。
本题具体内容可参考《生物化学》、《分子生物学》、《基因工程》及《DNA分子克隆》等专著。 参考答案：B
6 从四种物质的吸收过程看：（1）钙是人体常量元素之一，约占体重2%。钙的吸收主要在十二指肠与空肠上段，是一个需要能量的主动吸收过程。钙与钙结合蛋白结合而被主动吸收。在小肠的其他部位，钙还可能通过被动的离子扩散被吸收。（2）铁是人体微量元素之一。膳食铁以血红素铁和非血红素铁两种形式存在，非血红素铁为主要吸收方式。非血红素铁必须在十二指肠和空肠上段才能被吸收。它先被酸性胃液离子化，还原为二价铁，并与溶解性物质和Vc、糖和含硫氨基酸等螯合，保证不在十二指肠（PH7以上）处沉淀。铁摄取障碍可在半年到一年内导致缺铁性贫血。（3）维生素B6在小肠中被动吸收。（4）食物中的维生素B12游离后，和胃液中的R结合蛋白形成稳定的复合物，当后者进入十二指肠又被消化，维生素B12游离后和内因子相结合。内因子是种糖蛋白，分子量50000，由胃壁细胞所分泌，与盐酸分泌量成正比。维生素B12-内因子复合物可防止蛋白酶的消化而进入远端回肠，和回肠绒毛刷状缘的粘膜受体结合，结合后的复合物被摄取进入回肠粘膜细胞；内因子被破坏，维生素B12和另一种运载蛋白--运钴
胺蛋白Ⅱ相结合。维生素B12运钴蛋白Ⅱ复合体被分泌入血液循环，即可被肝、骨髓和其他组织细胞所摄取。如图：
如发生摄取障碍体内B12将在约5年内耗尽。
从胃切除看：由于胃酸缺乏和食物排空过快可导致缺铁性贫血；由于内因子缺乏也可导致B12吸收障碍，最终导致巨幼（红）细胞性贫血(megaloblastic anemia)。 从贫血看：贫血类型和原因众多，不是一个适合的思考角度。（贫血类型和原因可参考《血液学》。）
补充：B12缺乏引发贫血的具体原因：维生素b12缺乏导致DNA合成障碍是通过叶酸代谢障碍引起的，维生素B12缺乏，细胞内N5甲基四氢叶酸不能转变成其他形式的活性四氢叶酸，并且不能转变为聚合形式的叶酸以保持细胞内足够的叶酸浓度。
图：维生素B12和叶酸代谢关系 图：叶酸代谢图解
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