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 Sal I и Xho I линейной молекулы ДНК величиной 5kb представлена ниже.

 

Фрагменты ДНК величиной 3,5 kb, полученные расщеплением Xho I были сшиты с фрагментами ДНК величиной 1,0 kb, полученными расщеплением Sal I. Полученные молекулы ДНК величиной 4,5 kb были расщеплены Sal I. 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.

	< Локализация экспрессируемых белков в клетке > A. Цитоплазма B. Строма C. Мембрана тилакоида D. Люмен тилакоида < Наблюдаемые полипептиды > E. I-II-III F. I-III G. II-III H. III

 

 

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.