2025年生物解题大赛试卷及答案

2025年生物解题大赛试卷及答案一、选择题（每题2分，共40分。每题只有一个正确答案，请将正确选项字母填在括号内）1.2024年诺贝尔生理学或医学奖授予“微RNA发现与应用”研究，下列哪项实验最能直接证明miRNA通过碱基配对抑制靶mRNA翻译？A.将let7miRNA与荧光素酶报告基因3′UTR完全互补后检测荧光强度下降B.在HeLa细胞中过表达Dicer酶后检测全局蛋白合成速率C.用CRISPR敲除AGO2后观察细胞增殖速率D.用Northernblot检测miRNA前体在细胞核内的积累【答案】A2.某团队构建了一条人工合成“叶绿体”膜系统，仅含光系统Ⅱ（PSⅡ）与细胞色素b6f复合体，在光照下可观察到腔侧pH降至5.5，基质侧保持7.8。若此时加入足量NADP+与FNR，仍无法生成NADPH，其最可能缺失的组分是A.P680反应中心B.放氧复合体（OEC）C.光系统Ⅰ（PSⅠ）D.ATP合酶【答案】C3.某罕见遗传病呈母系遗传，患者肌肉组织mtDNA中检测到8483G→A突变，而外周血mtDNA相同位点为野生型，下列技术组合最能解释该现象的是A.单细胞RFLP+全基因组甲基化测序B.激光捕获显微切割+高深度线粒体全基因组测序C.ChIPseq+RNAseqD.ATACseq+HiC【答案】B4.在拟南芥中，基因AGAMOUS（AG）是C功能基因，其启动子区存在WUS蛋白结合位点。若将WUS结合位点定点突变为不可结合序列，则转基因植株最可能出现的表型是A.心皮转为萼片B.雄蕊转为花瓣C.萼片数目增多D.花分生组织无限增殖【答案】D5.某海洋蓝藻在15℃、光照60μmol·m⁻²·s⁻¹条件下培养，其光合作用放氧速率随CO₂浓度升高呈双相曲线：低浓度区斜率陡，高浓度区趋于平台。若将温度提升至25℃，相同光照下平台值下降约18%，其主导限制因子最可能是A.Rubisco羧化酶活性B.光呼吸速率C.类囊体膜脂饱和度D.CO₂扩散速率【答案】C6.利用CRISPRCas12a进行单碱基编辑时，若将crRNAspacer设计为20nt且PAM为TTTV，下列哪项改造可最大限度减少旁切（offtarget）效应？A.将Cas12a的RuvC催化位点D917A突变B.使用化学修饰的crRNA（2′OMe+硫代磷酸骨架）C.缩短spacer至14ntD.瞬时低温（32℃）转染【答案】B7.某研究组在恒河猴大脑皮层注射AAV9PHP.eBsynjGCaMP8f，两周后通过双光子成像发现L2/3神经元对视觉刺激ΔF/F峰值可达3.2，但加入TTX后信号降至0.1，加入CNQX后降至2.9。该结果说明jGCaMP8f主要报告A.动作电位介导的Ca²⁺内流B.突触后膜AMAR介导的去极化C.反向运输的Ca²⁺通道D.星形胶质细胞Ca²⁺波【答案】A8.在酿酒酵母中，若将GAL1启动子替换为强组成型启动子ADH1，并敲除GAL80，在葡萄糖培养基中检测到的β半乳糖苷酶活性仍极低，其最可能原因是A.葡萄糖抑制Snf1激酶活性导致Mig1占据GAL1启动子B.Gal4p转录激活域被泛素化降解C.葡萄糖诱导GAL3降解D.葡萄糖导致GAL7启动子甲基化【答案】A9.某植物叶片在干旱胁迫下ABA含量升高，同时检测到SnRK2.6磷酸化水平增加。若利用CRISPR敲除SnRK2.6，再回补不可磷酸化的突变体SnRK2.6T175A，则下列哪项生理指标最不可能恢复至野生型水平？A.气孔开度B.叶片失水速率C.根冠比D.叶绿素荧光Fv/Fm【答案】C10.在斑马鱼胚胎发育中，若将Nodal信号抑制剂SB431542从50%外包期开始处理至90%外包期，最可能出现的表型是A.腹侧化，头部缺失B.背侧化，腹部组织缺失C.体轴缩短，脊索增粗D.左右不对称随机化【答案】A11.某研究利用单细胞ATACseq分析人外周血CD8+T细胞，发现效应记忆亚群在PRF1基因座开放区出现特异peak，其motif富集最可能为A.TbetB.Foxp3C.BATFD.NFAT【答案】A12.在果蝇翅原盘发育中，若将dppGal4驱动UASdad（Dpp拮抗剂）表达，则成虫翅最可能出现的表型是A.翅脉L2L4间距缩小B.翅缘缺刻C.翅面沿AP轴缩短D.翅面沿DV轴增宽【答案】C13.某细菌新发现的毒素抗毒素系统（TA）中，毒素MazFcat可特异性切割5′UACAU3′序列。若将大肠杆菌lacZmRNA的对应位点同义突变而不改变氨基酸，则在高表达MazFcat条件下，下列哪项结果最能证明其切割特异性？A.β半乳糖苷酶活性恢复B.lacZmRNA半衰期延长C.菌落呈蓝色D.细胞生长速率恢复【答案】D14.在哺乳动物精子发生中，若敲除PIWI蛋白MILI，最可能出现的分子水平变化是A.L1逆转座子DNA甲基化水平升高B.26ntpiRNA总量减少C.miR34c表达上调D.tRNA片段（tRF）减少【答案】B15.某团队利用冷冻电镜解析了人源γ分泌酶与APPC99复合物，发现PS1E280A突变导致β淀粉样蛋白Aβ42/Aβ40比例升高，其结构基础是A.底物β链与TM3夹角增大B.催化天冬氨酸间距缩小0.8ÅC.棕榈酰化位点缺失D.胞内loop无序度降低【答案】A16.在植物远红光信号中，phyA与FHY1形成复合物入核。若将FHY1核定位信号（NLS）删除，突变体在持续远红光下的表型为A.下胚轴缩短B.子叶展开角度增大C.花青素积累增加D.下胚轴极度伸长【答案】D17.某研究利用dCas9KRAB系统在iPSC中抑制增强子，发现当sgRNA靶向距离基因TSS+58kb处时，H3K27ac信号下降70%，但mRNA仅下降20%；若靶向TSS近端−200bp处，则mRNA下降65%。该现象说明A.远端增强子与启动子无物理接触B.增强子具有冗余性C.KRAB招募效率与距离无关D.dCas9结合导致染色质构象改变【答案】B18.在真核生物翻译起始中，若将eIF4E的Trp56突变为Ala，则下列哪项实验结果最能直接证明该残基对帽结构结合至关重要？A.帽类似物m⁷GTP与突变蛋白的ITC亲和力下降50倍B.多聚核糖体图谱显示40S峰升高C.报告基因荧光素酶活性下降D.eIF4G结合减弱【答案】A19.某病毒RNA基因组5′端无帽结构，但可在宿主细胞内高效翻译，其IRES元件位于前372nt。若将该IRES插入到双顺反子报告基因（RlucIRESFluc）的Rluc与Fluc之间，并突变其中第123–125nt（CCC→AAA），结果Fluc/Rluc比值下降90%，说明该三联体A.是IRES的II类假结核心B.与18SrRNA互补配对C.构成起始密码子D.是PTC位点【答案】B20.在哺乳动物线粒体中，若将tRNA^Ser(UCN)的TψC臂G19→C突变，则下列哪项生化指标最先出现异常？A.线粒体翻译产物COX1条带减弱B.tRNA^Ser氨基酰化水平下降C.线粒体DNA拷贝数下降D.呼吸链复合体Ⅰ活性升高【答案】B二、填空题（每空1分，共30分）21.2023年发表于《Cell》的研究发现，植物根部内皮层中________（填转录因子）通过激活________（填酶）基因表达，促进木质素局部沉积，形成“Casparianstrip”以限制重金属________（填离子符号）向维管束运输。【答案】MYB36；PER64；Cd²⁺22.在果蝇胚胎早期，Bicoid蛋白浓度梯度激活hunchback基因，其调控区包含________（填数量）个高亲和力结合位点和________（填数量）个低亲和力结合位点，从而实现________（填“阈值”或“同步”）调控模式。【答案】6；3；阈值23.人源UCP1蛋白在棕色脂肪线粒体内膜上形成________（填离子）通道，其活性受________（填脂肪酸）别构激活，导致氧化磷酸化解偶联，产热机制称为________（填“非战栗产热”或“战栗产热”）。【答案】H⁺；游离；非战栗产热24.利用PacBioHiFi测序对拟南芥Col0基因组进行组装，最终contigN50达到________（填数值）Mb，其关键原因是读长平均达到________（填数值）kb，且单碱基准确度超过________（填百分比）。【答案】45；25；99.925.在CRISPRprimeediting系统中，pegRNA的3′端延伸段与靶DNA________（填“PAM”或“非PAM”）链互补，其逆转录产物称为________（填“3′flap”或“5′flap”），随后由________（填“FEN1”或“LIG1”）切除未配对链完成修复。【答案】非PAM；3′flap；FEN126.某研究利用“单细胞CUT&Tag”技术发现，小鼠胚胎干细胞多能性基因Nanog的启动子区H3K4me3峰值宽度为________（填数值）bp，而分化后的神经前体细胞中该峰值宽度________（填“缩小”或“扩大”）至________（填数值）bp，提示染色质状态由________（填“开放”或“闭合”）转向________（填“开放”或“闭合”）。【答案】1200；缩小；600；开放；闭合27.在真核生物核糖体大亚基组装中，________（填“RRS1”或“RPL5”）蛋白作为组装因子负责将5SrRNA与________（填“RPL11”或“RPL35”）形成复合体，该步骤被________（填“MDM2”或“p53”）监控，若失败则触发________（填“核仁应激”或“内质网应激”）反应。【答案】RRS1；RPL11；MDM2；核仁应激28.植物叶片光合作用线性电子传递链每释放4个电子，可将________（填数值）个H⁺泵入类囊体腔，驱动ATP合酶合成约________（填数值）分子ATP，同时生成________（填数值）分子NADPH，其化学计量比称为________（填“Q”或“非循环光合磷酸化”）比值。【答案】8；3；2；非循环光合磷酸化29.某病毒利用“frameshifting”机制表达RNA聚合酶，其slipperysequence为________（填序列，5′→3′），核糖体在该序列上发生________（填“−1”或“+1”）位移，效率受________（填“tRNA^Pro”或“tRNA^Gly”）浓度调控，该机制可被________（填“核糖体结合抗生素”或“蛋白酶抑制剂”）抑制。【答案】UUUAAAC；−1；tRNA^Pro；核糖体结合抗生素30.在哺乳动物精子发生过程中，________（填“H3K4me3”或“H3K27me3”）标记在减数分裂前期被________（填“KDM4B”或“EZH2”）擦除，以确保________（填“父源”或“母源”）印记基因在受精后正确表达，该过程缺陷可导致________（填“葡萄胎”或“唐氏综合征”）。【答案】H3K27me3；KDM4B；父源；葡萄胎三、实验设计与分析题（共30分）31.（10分）某研究生发现新基因“X”在拟南芥根尖静止中心（QC）特异表达，其启动子区含一段保守的“TGTCGG”重复序列。请设计实验验证该序列为QC特异增强子核心元件，要求：（1）写出实验分组与载体构建策略；（2）给出定量检测指标与统计方法；（3）预测结果并说明如何排除位置效应。【答案】（1）分组：①pX::GUS（全长2kb启动子）；②pXΔcore::GUS（删除TGTCGG×4）；③pXcore35Smin::GUS（将TGTCGG×4融合至35S最小启动子）；④35S::GUS（阳性对照）。载体：Gateway入门载体pDONR207，目的载体pGWB433，农杆菌GV3101转化Col0。（2）指标：GUS染色面积（ImageJ像素计数）、GUS酶活（pmolMU·min⁻¹·μg⁻¹蛋白）；统计：单因素ANOVA+TukeyHSD，n=30株/组，α=0.05。（3）预测：①组在QC特异蓝色信号；②组信号消失；③组在QC恢复信号；④组全根信号。排除位置效应：随机插入≥5个独立转基因株系，Southernblot确认单拷贝，qPCR检测TDNA边界，确保插入位点差异但表型一致。32.（10分）为解析人源线粒体转录终止因子MTERF1是否结合于tRNA^Leu(UUR)基因下游，研究者提供：①纯化MTERF1His；②15bp生物素标记DNA探针（含tRNA^Leu下游序列）；③EMSA试剂。请：（1）写出EMSA反应体系（体积、缓冲液、对照）；（2）设计竞争实验区分特异/非特异结合；（3）若结果出现两条迁移带，如何验证哪一条含MTERF1？【答案】（1）体系：20μL，含20mMHEPESKOHpH7.9、50mMKCl、2.5%glycerol、1mMDTT、50ngpoly(dIdC)、0.1pmol探针、递增MTERF1（0–800nM）。对照：无蛋白空白、探针加热变性、无探针空白。（2）竞争：①加50×未标记野生型探针；②加50×突变探针（核心“ATGT”→ACGT）；③加50×非相关探针（COX1）。若野生型竞争使信号消失而突变/非相关不消失，则结合特异。（3）超迁移：加入抗MTERF1抗体（2μg）出现超迁移带；或进行WesternblotEMSA复膜，用抗His检测哪条带含MTERF1。33.（10分）某团队获得一株抗稻瘟病突变体“rbl1”，表现为活性氧（ROS）爆发提前。图位克隆将目标区间缩小至3号染色体120kb区间，含12个ORF。请设计混合池转录组（BSARNAseq）方案快速锁定候选基因，要求：（1）群体构建与取样策略；（2）数据分析关键参数（LOD、ΔSNPindex）；（3）如何验证候选基因功能。【答案】（1）构建F₂（rbl1×籼稻9311），接种稻瘟病菌孢子（1×10⁵mL⁻¹）24h后，取30株极端抗病（病级≤1）等量叶片混成抗病池，30株极端感病（病级≥4）混成感病池，同时取亲本各3株为对照。（2）测序深度≥30×/池，比对Nipponbare参考基因组，计算SNPindex，滑窗1Mb/10kb，LOD=|ΔSNPindex|/σ>3，预期在目标区间出现SNPindex≈1的峰值。（3）CRISPR敲除：在野生型9311背景设计2条sgRNA靶向候选基因CDS，获得纯合敲除系，接种稻瘟病评价病级；互补实验：将rbl1基因组片段（含自身2kb启动子）转入敲除系，观察ROS爆发恢复。四、综合论述题（共50分）34.（25分）2024年《Nature》报道，科学家在厌氧真核生物“CandidatusAzoamicus”中发现一种新型细胞器——“nitroplast”，可将N₂固定为NH₃。该细胞器源自与UCYNA蓝藻的内共生事件，保留约0.8Mb基因组，丢失光系统Ⅱ，但保留固氮酶（nifHDK）与电子传递链（petBD）。请结合内共生理论，论述：（1）nitroplast与线粒体、叶绿体起源的异同（8分）；（2）其基因组丢失光系统Ⅱ却保留固氮酶的进化驱动力（8分）；（3）若将该细胞器移植至高等植物，需克服哪些技术瓶颈与生物安全争议（9分）。【答案】（1）相同：均源自原核生物内共生→基因丢失→宿主控制；不同：nitroplast供体为蓝藻但非光合，线粒体供体为α变形菌，叶绿体供体为蓝藻光合分支；nitroplast保留固氮而非氧化磷酸化或光合磷酸化；基因转移程度：nitroplast仅0.8Mb，小于叶绿体120–160kb，说明事件更新。（2）驱动力：①宿主提供厌氧环境避免固氮酶氧失活；②光系统Ⅱ产O₂与固氮酶不兼容，负选择淘汰；③宿主提供碳源（如丙酮酸），蓝藻无需光合自养；④基因丢失减少ATP消耗，精简基因组加速复制。（3）瓶颈：①细胞器靶向信号肽重编码，需高通量筛选植物可识别的N端信号；②固氮需大量ATP与还原力，植物需改造根际低氧微环境；③nif基因簇含9kb，需拆分多载体共转化并保证共表达；④与植物原生固氮菌竞争生态位，可能破坏根际微生物组；⑤水平基因转移至病原菌风险，需引入自毁