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DSE 生物练习卷：细胞分裂、DNA 与蛋白质合成（12 题・100 分・75 分钟）
练习卷 · DSE 生物全卷：细胞分裂、DNA 与蛋白质合成
HKDSE 生物练习卷：12 题 100 分 75 分钟，涵盖显微镜放大率、细胞周期、有丝分裂指数、DNA 碱基配对与半保留复制、转录与翻译、减数分裂与遗传变异、突变与癌症，附完整计算步骤与评分要点，适合中四至中六操练。
卷面资料 年级：中四至中六（S4–S6） ｜ 科目：生物 ｜ 时限：75 分钟 ｜ 总分：100 分 ｜ 题数：12
甲部（第 1 至 4 题，共 32 分）
细阅下列各题，写出公式、代入数字，并注明单位。
| # | 题目 | 答案与评分要点 |
|---|---|---|
| 1 | 某显微照片显示一个洋葱表皮细胞，细胞影像直径为 60 毫米，细胞实际直径为 30 微米。(a) 求该照片的放大率。(b) 另一视野直径 0.5 毫米，横向可数到 25 个细胞，求细胞的平均直径（微米）。(c) 若细胞核的影像直径为 12 毫米，求细胞核的实际直径。(d) 解释观察线粒体时为何须使用电子显微镜而非光学显微镜。 | (a) 放大率＝影像直径 ÷ 实际直径＝60 毫米 ÷ 30 微米＝60,000 微米 ÷ 30 微米＝2,000 倍〔2 分〕(b) 视野直径 0.5 毫米＝500 微米，细胞平均直径＝500 ÷ 25＝20 微米〔2 分〕(c) 细胞核实际直径＝12 毫米 ÷ 2,000＝12,000 微米 ÷ 2,000＝6 微米〔2 分〕(d) 线粒体直径仅约 0.5–1 微米，接近光学显微镜的分辨率极限（约 200 纳米）；电子显微镜以电子束成像，分辨率可低于 0.5 纳米，能清楚显示线粒体内部的嵴，故须使用。〔2 分〕评分要点：先统一单位（1 毫米＝1,000 微米）；放大率没有单位。 |
| 2 | 某动物细胞的细胞周期为 24 小时，其中间期 22 小时（G1 期 10 小时、S 期 8 小时、G2 期 4 小时），有丝分裂期 2 小时。(a) 求有丝分裂期占整个周期的百分比。(b) 求 S 期占整个周期的百分比。(c) 若样本有 600 个细胞，理论上处于有丝分裂期的细胞有多少个？(d) 解释为何 S 期最适合用放射性胸腺嘧啶核苷标记。 | (a) 有丝分裂期百分比＝2 ÷ 24 × 100 ≈ 8.3%〔2 分〕(b) S 期百分比＝8 ÷ 24 × 100 ≈ 33.3%〔2 分〕(c) 600 × 2 ÷ 24＝50 个细胞〔2 分〕(d) S 期正在进行 DNA 复制，胸腺嘧啶是 DNA 特有而 RNA 以尿嘧啶取代的碱基；标记的胸腺嘧啶核苷只会并入新合成的 DNA，故只有 S 期细胞被明显标记。〔2 分〕评分要点：百分比＝所占时间 ÷ 周期总时间；S 期是唯一大量合成 DNA 的时期。 |
| 3 | 某 DNA 样本中腺嘌呤占全部碱基的 30%。(a) 求胸腺嘧啶、鸟嘌呤及胞嘧啶的百分比。(b) 求嘌呤与嘧啶的比例。(c) 另一样本含胞嘧啶 22%，求其腺嘌呤的百分比。(d) 解释为何 G 与 C 比例较高的 DNA 需要较高温度才能分开双链。 | (a) 腺嘌呤 A＝30%，按 A–T 配对，胸腺嘧啶 T＝30%；余下 40% 由 G 与 C 平分，故 G＝20%、C＝20%。〔2 分〕(b) 嘌呤（A＋G）＝50%，嘧啶（T＋C）＝50%，比值＝50 ÷ 50＝1.00。〔2 分〕(c) 第二样本 C＝22%，故 G＝22%，A＋T＝100%－44%＝56%，A＝28%。〔2 分〕(d) G–C 之间有三个氢键，A–T 之间只有两个；G＋C 比例较高的 DNA 须吸收更多热能才能拆开双链，故变性温度较高。〔2 分〕评分要点：A＝T、G＝C；氢键数目决定双链稳定性。 |
| 4 | 某细菌每 20 分钟分裂一次；另一实验中，一段长 5,100 个碱基对的 DNA 由两个复制叉双向复制，每个复制叉每秒加入 50 个核苷酸。(a) 由 1 个细菌开始，3 小时后有多少个细菌？(b) 此时共有多少个 DNA 分子？(c) 求该段 DNA 完成复制所需的时间（秒）。(d) 说明 Meselson–Stahl 实验如何证明半保留复制。 | (a) 3 小时＝180 分钟，世代数＝180 ÷ 20＝9，细菌数目＝2⁹＝512 个。〔2 分〕(b) 每个细菌含一个 DNA 分子，故共 512 个 DNA 分子。〔2 分〕(c) 需加入的核苷酸＝5,100 × 2＝10,200 个；两个复制叉合共每秒 50 × 2＝100 个核苷酸；所需时间＝10,200 ÷ 100＝102 秒（约 1.7 分钟）。〔2 分〕(d) 先以 ¹⁵N 标记亲代 DNA，再在 ¹⁴N 培养基中复制一代，所得 DNA 全部为杂合密度，即每分子含一条重链与一条轻链；复制两代后出现杂合与全轻两种 DNA，证明复制是半保留的。〔2 分〕评分要点：世代数＝时间 ÷ 世代时间；双向复制须乘以 2。 |
乙部（第 5 至 8 题，共 36 分）
回答下列各题，须展示完整步骤及所用公式。
| # | 题目 | 答案与评分要点 |
|---|---|---|
| 5 | 某 mRNA 长 1,200 个核苷酸，其中 5′ 非转译区 60 个、3′ 非转译区 90 个，末端另有一个由 3 个核苷酸组成的终止密码子。(a) 求可译成氨基酸的密码子数目。(b) 求多肽链的氨基酸数目。(c) 翻译过程至少需要多少个 tRNA 参与（每次结合计一个）？(d) 说明遗传密码的简并性及其意义。 | (a) 可译码核苷酸＝1,200－60－90－3＝1,047 个，密码子数目＝1,047 ÷ 3＝349 个。〔2 分〕(b) 每个密码子对应一个氨基酸，故氨基酸数目＝349 个。〔2 分〕(c) 每次搬运一个氨基酸需要一个 tRNA，故至少 349 个 tRNA 参与（同一 tRNA 可重复使用）。〔2 分〕(d) 64 个密码子中 3 个是终止密码子，其余 61 个只编码 20 种氨基酸，故多个密码子可编码同一种氨基酸，此即简并性；其意义是第三个碱基的点突变往往不改变氨基酸，减低突变对蛋白质功能的影响。〔3 分〕评分要点：先减去非转译区与终止密码子，才除以 3。 |
| 6 | 人类体细胞有 46 条染色体（2n＝46）。(a) 求减数第二次分裂中期一个细胞的染色体数目及染色单体数目。(b) 求初级精母细胞在减数第一次分裂中期的染色单体数目。(c) 若不考虑互换，人类因独立分配可产生的配子类型有多少种？(d) 解释互换如何进一步增加遗传变异。 | (a) 减数第二次分裂中期有 23 条染色体，每条含 2 条染色单体，共 46 条染色单体。〔2 分〕(b) 初级精母细胞在中期 I 有 46 条染色体，每条含 2 条染色单体，共 92 条染色单体。〔2 分〕(c) 配子类型数目＝2²³＝8,388,608 种。〔3 分〕(d) 前期 I 同源染色体的非姊妹染色单体互换片段，把母源与父源的等位基因重新组合到同一条染色体上，产生新的基因组合，令配子类型远超独立分配的数目。〔2 分〕评分要点：中期 II 的染色体数目已减半（23）；互换发生于前期 I。 |
| 7 | 某洋葱根尖压片在 600 个细胞中数得 45 个处于有丝分裂期；该根尖细胞的细胞周期约为 20 小时。(a) 求有丝分裂指数。(b) 以百分比表示该指数。(c) 估计一个细胞停留在有丝分裂期的平均时间（小时）。(d) 解释为何根尖适合观察有丝分裂，以及压片前用盐酸处理的作用。 | (a) 有丝分裂指数＝45 ÷ 600＝0.075〔2 分〕(b) 以百分比表示＝0.075 × 100＝7.5%〔2 分〕(c) 停留在有丝分裂期的时间＝0.075 × 20＝1.5 小时〔2 分〕(d) 根尖分生组织细胞不断进行有丝分裂，处于分裂期的细胞比例高，各时期都容易找到；盐酸可分解细胞壁的中胶层，使细胞彼此分离，压片后成为单层，方便在显微镜下数算。〔3 分〕评分要点：指数＝分裂期细胞数 ÷ 细胞总数；指数反映分裂活跃程度。 |
| 8 | 某基因长 1,800 个碱基对，每个碱基对每次复制的突变率为 5 × 10⁻⁶。(a) 求每次复制时该基因出现至少一个突变的概率。(b) 以百分比表示。(c) 求经过 100 代后该基因至少出现一次突变的概率。(d) 解释为何大部分点突变不会改变蛋白质的氨基酸序列。 | (a) 每次复制的突变概率＝1,800 × 5 × 10⁻⁶＝0.009〔2 分〕(b) 以百分比表示＝0.9%〔2 分〕(c) 100 代后至少一次突变的概率＝1－(1－0.009)¹⁰⁰ ≈ 59.5%〔3 分〕(d) 遗传密码具简并性，密码子第三个碱基改变常仍编码同一氨基酸；若突变位于非编码区、内含子或属同义突变，氨基酸序列不变，蛋白质功能亦不受影响。〔2 分〕评分要点：多代概率用 1－(1－p)ⁿ，不可把 0.009 乘以 100。 |
丙部（第 9 至 12 题，共 32 分）
就下列各题作较详细的计算与解释，答案须注明单位。
| # | 题目 | 答案与评分要点 |
|---|---|---|
| 9 | 某实验以不同浓度的秋水仙素处理洋葱根尖，每组数 1,000 个细胞。对照组的有丝分裂指数为 0.06；0.01% 组 0.13；0.1% 组 0.28；1.0% 组 0.31。(a) 比较 0.31 与 0.06，求有丝分裂指数的倍数增幅。(b) 求 0.1% 组相对对照组的百分比增幅。(c) 解释秋水仙素令有丝分裂指数上升的原因。(d) 解释为何 1.0% 组的指数只略高于 0.1% 组。 | (a) 倍数＝0.31 ÷ 0.06 ≈ 5.17 倍〔2 分〕(b) 百分比增幅＝(0.28－0.06) ÷ 0.06 × 100 ≈ 366.7%〔2 分〕(c) 秋水仙素抑制纺锤丝形成，染色体虽已复制但不能被拉向两极，细胞停滞于中期；进入分裂的细胞不断累积，故有丝分裂指数上升。〔2 分〕(d) 当进入分裂的细胞大多被阻停时指数已接近上限，再提高浓度不能令更多细胞停留在分裂期；过高浓度反而抑制分裂启动或伤害细胞，故升幅放缓。〔2 分〕评分要点：指数上升反映中期停滞，不是分裂加快。 |
| 10 | 一条多肽链由 349 个氨基酸组成，氨基酸的平均相对分子质量为 110，水的相对分子质量为 18。(a) 求肽键数目。(b) 求缩合反应释出的水分子数目。(c) 求该多肽链的相对分子质量（Da），并以 kDa 表示（1 kDa＝1,000 Da）。(d) 说明缩合反应进行的位置及酶的角色。 | (a) 肽键数目＝氨基酸数目－1＝349－1＝348 个〔2 分〕(b) 每形成一个肽键释出一分子水，故水分子数目＝348 个〔2 分〕(c) 相对分子质量＝349 × 110－348 × 18＝38,390－6,264＝32,126 Da ≈ 32.1 kDa〔2 分〕(d) 缩合反应在核糖体上进行；肽基转移酶催化一个氨基酸的羧基与邻接氨基酸的氨基缩合，形成肽键并释出水，多肽链因而逐个氨基酸延长。〔2 分〕评分要点：n 个氨基酸形成 n－1 个肽键；计质量时须扣除释出的水。 |
| 11 | 以不少于四点比较有丝分裂与减数分裂，并解释两者在生物体中的角色。 | (a) 有丝分裂发生于体细胞，一次分裂产生 2 个子细胞，子细胞染色体数目与母细胞相同（2n），遗传组合亦相同。〔2 分〕(b) 减数分裂发生于生殖细胞，两次连续分裂产生 4 个子细胞，染色体数目减半（n），因独立分配与互换而遗传组合各异。〔2 分〕(c) 有丝分裂负责生长、组织修复与无性繁殖，并维持染色体数目恒定；减数分裂产生配子，令受精后恢复 2n，同时产生遗传变异，是自然选择的基础。〔2 分〕(d) 有丝分裂的染色体复制一次、分裂一次；减数分裂复制一次、分裂两次，故染色体数目减半。〔2 分〕评分要点：比较须涵盖发生位置、子细胞数目、染色体数目及遗传组合。 |
| 12 | (a) 解释细胞周期的检查点如何防止细胞不受控地分裂。(b) 说明致癌基因与抑癌基因突变如何导致癌症。(c) 举出一项抑制细胞分裂的医学应用并说明其原理。 | (a) G1 检查点检查细胞大小、养分及 DNA 有无损伤，不合则不进入 S 期；G2 检查点确认 DNA 复制完整无损；中期检查点确认所有染色体正确附着于纺锤丝才进入后期，避免染色体分配错误。〔3 分〕(b) 致癌基因突变后持续活化，令细胞不断分裂；抑癌基因（如 p53）突变后失去刹停作用；多个突变累积，令细胞不受控分裂、逃避凋亡并可入侵其他组织，形成癌症。〔3 分〕(c) 例如以秋水仙素或紫杉醇抑制纺锤丝，令快速分裂的癌细胞停滞于中期而死亡；癌细胞分裂较正常细胞频繁，故受影响较大。〔2 分〕评分要点：检查点是“通过／不通过”的关卡；癌症由多个突变累积而成。 |
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