1、 华 中 师 范 大 学研 究 生 考 试 答 卷考试科目 现代生命科学进展 考试时间 2013 年元月 23 日 专 业 生物课程与教学论 年 级 2012 级 注：考试结束后，教师应及时完成评卷工作，并至迟在下学期开学后两周内将此试卷、试题以及成绩报告单一并交本单位研究生秘书存档。成 绩评卷人姓 名 王玉洁学 号 2012112279考试说明：1. 请完成下述 4 道题目，每题 25 分，共 100 分。2. 请查阅相关资料，总结整理成文，每题字数不超过 2000 字。简单的复制粘贴，内容雷同，视为抄袭，记为 0 分。3. A4 纸张双面打印，装订，要有研究生考试封面。考试题目：1、什么是
2、分子生物学研究共同遵循的三大基本原则？2、试述植物界现存的藻类、苔藓植物、蕨类植物和显花植物的物种多样性概况，并以其中一个类群为例说明其在生态系统结构和功能方面的作用。3、试述线粒体与细胞凋亡。4、 介绍一种模式动物在发育生物学方面的研究进展。1.什么是分子生物学研究共同遵循的三大基本原则？答：分子生物学（molecular biology)分子生物学从分子水平研究生物大分子的结构与功能从而阐明生命现象本质的科学。自 20 世纪 50 年代以来，分子生物学是生物学的前沿与生长点，其主要研究领域包括蛋白质体系、蛋白质-核酸体系 （中心是分子遗传学)和蛋白质-脂质体系（即生物膜） 。生物大分子，特
3、别是蛋白质和核酸结构功能的研究，是分子生物学的基础。现代化学和物理学理论、技术和方法的应 用推动了生物大分子结构功能的研究，从而出现了近 30 年来分子生物学的蓬勃发展。因此，在分子生物学研究上，往往遵循着下列三个基本原则：第一，构成生物大分子的单体是相同的。在动物、植物、微生物 3 大系统的所有生物物种间都具有共同的核酸语言，即构成核酸大分子的单体均是 A、T(U)、C、G 四种核苷酸。这四种核苷酸组成核酸，携带遗传信息，在生物体的遗传、变异和蛋白质的生物合成中具有极其重要的作用。所有生物物种间都具有共同的蛋白质语言，即构成蛋白质大分子的单体均是 20 种基本氨基酸。由 20 种基本氨基酸组
4、成蛋白质，承担着各种生命活动。第二，中心法则是相同的。无论是细胞生物，还是病毒，其遗传信息的流动，都遵循中心法则。传统的中心法则是 1957 年 F.H.C.克里克最初提出的： DNARNA蛋白质。它说明遗传信息在不同的大分子之间的转移都是单向的，不可逆的,只能从 DNA 到 RNA(转录)，从 RNA 到蛋白质（翻译）。这两种形式的信息转移在所有生物的细胞中都得到了证实。后来中心法则又得到了完善，1970 年 H.M.特明和 D.巴尔的摩在一些 RNA 致癌病毒中发现它们在宿主细胞中的复制过程是先以病毒的 RNA 分子为模板合成一个 DNA 分子,再以 DNA 分子为模板合成新的病毒 RNA
5、。前一个步骤被称为反向转录,是上述中心法则提出后的新的发现。因此克里克在 1970 年重申了中心法则的重要性，提出了更为完整的图解形式（见图）。中心法则的提出，为遗传信息的流动梳理出了清晰的脉络。第三，生物大分子里面，单体的排列是不同的。不同的核苷酸排列形成了不同的基因，不同的氨基酸排列形成了不同的蛋白。就是四种不同的核苷酸的排列顺序，比如-ATGGGGCCAT-，它的不同排列顺序可能会导致其表达出来的蛋白质结构的不同，从而使蛋白质的功能具有多样性。多种功能的蛋白质，直接是生命活动的承担者，演绎着丰富多彩的生命世界。2.试述植物界现存的藻类、苔藓植物、蕨类植物和显花植物的物种多样性概况，并以其
6、中一个类群为例说明其在生态系统结构和功能方面的作用。答：（1）蕨类植物蕨类植物（Pteridophyte ）是植物中主要的一类，是高等植物中比较低级的一门。是最原始的维管植物。大都为草本，少为木本。除了大海里、深水底层、寸草不生的沙漠和长期冰封的陆地外，蕨类植物几乎无处不在。从海滨到高山，从湿地、湖泊，到平原、山丘，到处都有蕨类的踪迹。它们有的在地表匍匐或直立生长，有的长在石头缝隙或石壁上，有的附生在树干上或缠绕攀附在树干上，也有少数种类生长在海边、池塘、水田或湿地草丛中。蕨类植物绝大多数是草本植物，极少数种类，比如桫椤，能长到几米至十几米高。现在地球上生存的蕨类约有 12000 种，分布世界
7、各地，但其中的绝大多数分布在热带亚热带地区。（2）藻类植物藻类分布的范围极广，对环境条件要求不严，适应性较强，在只有极低的营养浓度、极微弱的光照强度和相当低的温度下也能生活。不仅能生长在江河、溪流、湖泊和海洋，而且也能生长在短暂积水或潮湿的地方。从热带到两极，从积雪的高山到温热的泉水，从潮湿的地面到不很深的土壤内，几乎到处都有藻类分布。除轮藻门外的各门藻类都有海生种类。藻类植物的生殖有营养体生殖、无性生殖和有性生殖。营养体生殖方法很多，有特殊的营养枝，如黑顶藻的繁殖枝，掉地后则独立生长为新的个体；有依靠假根的繁殖方式，如海扇藻；也有依靠盘状幼体以度夏或度冬。无性生殖主要依靠游孢子,这些一般具有
8、 14 根鞭毛，叶绿体和眼点，没有细胞壁,有自由游动的能力；缺少鞭毛因而没有游动能力的孢子也不少，如蓝藻门的内孢子，红藻门的四分孢子，绿藻门的厚壁孢子等。有性生殖依靠配子，可以是同配或异配。同配由形状大小一样的配子相互接近，融合形成厚壁的合子，而异配则由大小不同，甚至形状不一样的配子融合形成合子。卵配是一种异配，其雌性细胞较大,一般不能游动,而其雄性细胞较小，有两根鞭毛，能自由游动。红藻的卵配尤其特殊，卵囊称果胞，为一瓶状构造，卵在瓶底，瓶颈即受精丝，而精子在精子囊内，不能游动，随水漂流，遇于受精丝则粘着上，精子破囊而出，顺着受精丝进入果胞与卵子结合成为合子，后者立即发育成为一个双倍体的果孢子
9、体，寄生在雌性个体上。果孢子体成熟产生果孢子，发育则成为独立的孢子体。（3）显花植物显花植物为形成花的植物综合分类群的总称，隐花植物的对应词。自然界中存在着超过20万种的显花植物，可以为害虫天敌提供极佳的栖息生境和丰富的营养物质。由于农业集约化生产引起的非作物生境减少和农业化学品的过量使用减弱了农田生态系统中害虫天敌的自然控制作用。食物对捕食性和寄生性节肢动物天敌的搜索效率、雌成虫寿命和繁殖能力有着极其重要的作用，特别是寄生性节肢动物天敌，一旦缺乏食物将严重影响其搜寻寄主的能力及其生殖力，雌性寄生蜂在食物缺乏到一定程度时，会从卵中重吸收营养物质，从而减少产卵量。许多捕食性和寄生性节肢动物可以觅
10、食许多非猎物性食物，如花粉、花蜜、蜜露等。这些非猎物性食物能够在它们找到猎物或寄主前提供额外的营养，帮助维持新陈代谢和提高整体的营养摄入，延长寿命及增强生殖力。（4）苔藓植物(Bryophyta)大自然中，苔藓植物在贫瘠的地形启动土壤的形成，保持土壤的湿度，并使营养物质在森林植被中反覆循环。苔藓植物可见于岩石、原木上及枯枝落叶层上，其生长形式与可获得的湿度和阳光等条件有关。 苔藓植物一般生长在潮湿和阴暗的环境中，它是从水生到陆生过渡形式的代表。苔藓植物含有多种化合物：脂类、烃类、脂肪酸、萜类、黄酮类等。下面以苔藓植物为例，简要说明其在生态系统结构和功能方面的作用。苔藓植物是一种结构相对简单的绿
11、色高等植物，是水生向陆生的过渡植物，能忍受恶劣的环境条件，在其他陆生植物难以生存的环境中繁衍，被誉为先锋植物和拓荒者，在整个植被生态系统中起着重要的作用。此外，它具有很强的吸附和保留重金属的能力，其对大气环境的敏感程度是种子植物的 10 倍，因此同时也是一种良好的环境监测植物。首先，苔藓植物是森林生态系统的重要组成部分，即使在养分限制和生态系统总体生产力下降的情况下，苔藓的生长依然不受影响，甚至能形成厚达 10 20 cm 的垫层，成为许多森林生态系统中非常重要的组分之一。其次，苔藓植物对气候变化的响应和指示作用，随着气候变化的发生和加剧，苔藓植物物种组成、分布、生物多样性、丰富度等方面均面临
12、着巨大变化。而随着土表温度的增加，生态系统内一些喜温苔藓的种类和生物量可能增加。气候变化引起的生态系统上层植被的变化可能导致林下小气候如辐射等的变化，这些变化均将对苔藓的生长造成巨大影响，一些苔藓小生境的破坏可能导致某些苔藓种类处于濒危状态，气候变暖间接导致的土壤 N/P 可利用性的增加，或者人为原因导致的大气氮沉降的增加，也可能使得适于贫营养环境的苔藓种类减少和一些适于富营养环境的苔藓种类增加。最后，苔藓植物在陆地生态系统物质循环( C、P、N) 中的作用。近年来，更多的学者开始关注叶附生苔藓在森林生态系统氮循环过程中的重要作用，尤其是叶附生群落内固氮菌对森林氮循环过程所产生的重要影响。另外
13、苔藓在陆地生态系统磷循环中的作用磷是生物有机体不可或缺重要元素，也是细胞内一切生物化学作用基础。总之，苔藓植物形体微小，但作为森林生态系统生产力和养分循环的重要组分，在生态系统的功能不可忽视。苔藓植物一方面对环境变化具有高度的敏感性; 另一方面，苔藓植物由于具有非常大的年净生产量和生物量，因而在降水截留、水土保持、气侯变化、生态系统碳/氮/磷循环等方面均具有重要作用。尤其在近年来 CO2 浓度升高、全球变暖及 CO2 失汇等背景下，研究苔藓植物的生态功能对于解决一些热点环境问题具有促进作用。3试述线粒体与细胞凋亡。答：细胞凋亡 (apoptosis) 亦称程序化细胞死亡 (programmed
14、 cell death)，是机体组织清除受损、衰老或多余细胞的一种自杀方式，它对于健康机体的维持、神经系统的正常发育、免疫系统正常功能的维持等方面具有重要意义。细胞凋亡的形态特征为胞质浓缩、核染色质凝缩、DNA 大规模断片化、细胞膜内陷并发泡形成凋亡小体 (apoptotic bodies)。线粒体是一层双层膜围成的囊状结构，外膜与内膜间的空腔称为外室，由内膜围成的腔称为内室或线粒体基质。线粒体具有介导细胞生和死的功能 ：线粒体具有氧化磷酸化、传递电子、贮存 Ca2+、能量代谢、抗活性氧化等重要生理作用，它为细胞的各种生命活动提供基础能量。研究发现，线粒体内也包含一些与细胞凋亡有密切关系的物质
15、，如细胞色素 C(CytC)、凋亡诱导因子 (AIF)、Ca 2+和活性氧自由基 (ROS)等。在凋亡信号的刺激下，线粒体膜通透性增加，由此产生一系列关键性变化，包括 CytC 的释放、线粒体跨膜电位(m) 的下降、细胞内氧化还原状的改变、Bcl 基因家族成员的介入等。不同信号的传导最终集中到线粒体上激活或抑制这些事件的发生，再经相应的信号传导通路调控凋亡（Green DR, Reed JC. Mitochondria and apoptois. Science，1999，281：13091313.）因此，线粒体在细胞凋亡的发生中起着重要作用，被形象地称为细胞凋亡的“燃烧室” 。目前研究发现，
16、凋亡的调节主要有两条主要途径：外源性途径（或称为死亡受体途径）和内源性途径（或称为线粒体途径） （Danial NN, Korsmeyer SJ. Cell death: critical control points. Cell，2004，116: 205219.）一、细胞凋亡的线粒体途径与线粒体通透性转换孔（MPTP）线粒体通透性转换孔被称为细胞生死开关的 MPTP，是由电位依赖性阴离子通道，即孔蛋白(porin)、腺苷酸移位酶及亲环素 D(CyP-D) 复合物在内外膜交接处构成的一种复合结构。VDAC 位于线粒体外膜中，为非专一性孔蛋白，其运输作用由专一性的反向转运载体(antiport
17、er)-ANT 来调节。ANT 是甲状腺素的专一受体，单独存在时对 Ca2+非常敏感。在健康的线粒体中， VDAC 和 ANT 形成了一个大分子复合物，在生成 ATP 的基质和消耗 ATP 的细胞质之间运送腺嘌呤核苷酸。但是在应激状态，如 Ca2+浓度升高、氧化应激、腺嘌呤核苷酸的耗竭、无机磷酸盐浓度升高、线粒体内膜的去极化和缺血再灌注损伤时产生的刺激物都能促使 MPTP 开放（Halestrap AP, McStay GP， Clarke SJ. The permeability transition pore complex: another view. Biochimie，2002，84
18、:153166.） 。尽管有报道促凋亡（Bax 和 Bak）和抗凋亡（Bcl-2 和 Bcl-xL）Bcl-2 家族蛋白能够与 ANT 和 VDAC 相结合，但这些连接的功能和作用目前还在争论之中（Brenner C, Cadiou H, Vieira HL. Bcl-2 and Bax regulate the channel activity of the mitochondrial adenine nucleotide translocator. Oncogene，2000，19(3): 329336.）CyP-D 属于分子伴侣 (molecular chaper-one)，有肽基- 脯
19、氨酸顺反异构酶活性，在线粒体嵴的基质面结合到 MPTP 上，与 MPTP 的环胞菌素敏感性有关。二、细胞凋亡的线粒体途径与细胞色素 C1996 年王晓东发现细胞色素 C 在胞浆中可启动细胞凋亡，目前研究认为：细胞色素 C 从线粒体释放后，不仅使线粒体呼吸链、电子传递受阻，细胞能量供应减少，而且细胞色素 C 进入胞质后，可水解 caspase-9 酶原成 caspase-9，又进一步水解 caspase-3 酶原， caspase-3 被激活后，细胞进入不可逆的死亡过程。此外，研究证实 : 细胞色素 C 在线粒体中还具有抗氧化功能。因此推测细胞色素 C 释放入胞浆后，必然导致细胞自由基水平上升，
20、进而引起细胞凋亡（Mronga T, Stahnke T, Goldbaum O. Mitochondrial pathway is involved in hydrogen-peroxide-induced apoptotic cell death ofoligodendrocytes. Glia，2004，46 (4): 446455.） 。因此，细胞色素 C 具有双重功能，除参与电子传递外，在细胞凋亡的启动中，作为凋亡起始因子，也起着重要作用。在线粒体损伤后，细胞色素 C 被释放到胞质中，从而引发细胞执行凋亡程序。虽然关于线粒体与细胞凋亡的关系，已有几种学说或模型说明，但还有许多问题尚待解决。另外线粒体基因改变与线粒体功能丧失的关系还缺乏更多的直接证据。这些都是有待研究的课题，对于这方面的深入研究可能成为新的研究热点。4介绍一种模式动物在发育生物学方面的研究进展。答：
