제 12 회 전국 중․고등학생 수학․과학 경시대회 고등학생부문 시도 1차(지필) 문제

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제 12 회 전국 중․고등학생 수학․과학 경시대회

고등학생부문 시도 1차(지필) 문제

1. 오른쪽 그림과 같은 감자는 우리 나라 대관령의 고원지대에서 많이 경작된다. 그러나 다른 저지대의 밭에는 감자를 잘 심지 않는다. 저지대에서는 지상부의 줄기와 잎은 잘 자라지만 땅속의 감자는 크게 잘 자라지 않기 때문이다 이 까닭이 무엇인지 생각해 보기로 하자.

 

(1) 녹색식물의 광합성 과정을 간단히 나타내어라.

 

 

(2) 광합성에 영향을 주는 환경요인에는 어떤 것이 있는가?

 

 

(3) 광합성의 명(광)반응은 그라나의 어디에서 일어나며 그 산물은 무엇인가?

 

 

(4) 감자에 있어서 광합성의 암반웅 결과 생성되는 최초의 산물은 무엇이며 최종산 물은 무엇인가?

 

 

(5) 세포호흡이란 무엇인지 그 과정을 간단히 나타내어라.

 

 

(6) 녹색식물에 있어서는 광합성과 호흡이 어떻게 일어나는지 비교하여 설명하여라.

 

 

(7) 포도당 1분자가 완전히 분해될 때 호흡전자전달계를 거치기 전단계의 산물을 모두 기술하여라.

 

가 : 세포질 : ( )

나 : 미토콘드리아 : ( )

 

(8) 우리 나라 대관령 고원지대에서 감자농사가 잘되는 이유를 설명하여라.

 

 

2. 다음 그림은 30세된 정상적인 여성의 어느 기관에서 분비되는 호르몬의 혈중농도를 나타낸 것이다.

 

(1) 각 호르몬의 이름을 써라

A :

B :

C :

 

(2) FSH와 호르몬 A가 분비되는 곳은?

 

(3) 호르몬 B가 분비되는 곳은?

 

(4) 호르몬 C가 분비되는 곳은?

 

(5) 주기의 중간인 (가)시기에 난소에서 일어나는 현상을 무엇이라고 하는가?

 

(6) 위와 같은 주기적인 변화는 여성의 일생 중 어느 기간동안 일어나는가?

 

(7) 인공피임약을 매일 복용하는 동안 FSH와 호르몬 A의 농도는 어떻게 되는가? 그 이유는 무엇인가?

 

(8) 인공피임약을 매일 복용하는 동안 호르몬 B와 C의 농도는 어떻게 되는가? 그 이유는 무엇인가?

 

3. 다음의 그림은 1920년대 초 맹골드와 슈페만이 발생도중의 양서류의 일부분을 다른 배의 반대편에 이식한 결과를 나타낸 것이다.

 

(1) 이것은 발생의 어느 단계인가?

 

(2) 이식부위(A)는 배의 어느 부분인가? 그 명칭을 적어라.

 

(3) 이식의 결과를 설명하여라.

 

(4) A 부위에 의한 영향을 무엇이라고 하는가? 또, 슈페만은 위의 결과를 얻은 후A 부위를 무엇이라고 불렀는가?

 

(5) 열처리하여 죽인 A부위 또는 A부위에 수 시간 동안 밀착시킨 한천조각을 포배의 할강 속에 넣었을 때도 위의 이식실험과 같은 결과를 얻었다. 이것의 의미를 설명하여라.

 

4. 옆의 그림1, 2는 활동전위에 대한 이온 가설을 입증한 실험자료이다. 그림1은 오징어의 거대 신경축색을 자극하였을 때 시간(ms)에 따른 막 전위변화를 나타낸 것이다. 곡선1은 정상 해수(바닷물)에서, 곡선 2~5는 정상 해수의 Na+이온을 같은 양만큼 투과 불가능한 다른 양이온으로 대체한 인공 해수에서 자극을 차례로 반복하였을 때 나타난 막전위 변화이다.

그림2의 (나)는 신경축색의 세포막전압을 (가)와 같이 56mv로 고정하였을 때 축색막에서 이온 흐름에 따른 전류의 변화를 기록한 것이다. 그림(나)의 Y-축의 0 윗부분은 유출전류를, 아랫부분은 유입전류를 나타낸다. 그리고 (다)의 곡선 ⓒ는 (나)의 ⓐ, ⓑ 두 곡선의 차이 값을 나타낸 것이다. (나)에서 ⓐ는 정상 해수에서, ⓑ는 해수의 Na+이온의 농도가 축색 내부와 동일하게 한 상태에서 측정한 것이다. (단, 정상해수의 이온 조성은 NaCl 470mM, KCI 10mM, CaCl2 10mM, MgCl2 25mM이며, 축색막은 2가 양이온은 투과하지 않는다.)

 

(1) 그림1에서 곡선 2~5의 최고 막전위 값이 감소하는 이유를 전류의 흐름으로 설명하여라.

 

(2) 그림2에서 ⓐ곡선을 이루는 전류는 어떤 이온의 흐름 때문인가?

 

(3) 그림2에서 ⓑ곡선을 이루는 전류는 어떤 이온의 흐름 때문인가?

 

(4) 그림2에서 ⓐ곡선이 아래로 내려왔다가 올라가는 것은 무엇 때문인가?

 

(5) 그림1에서 곡선 1이 올라가는 과정과 내려오는 과정 각각을 그림 자료와 물음 (1)~(4)에 대한 답을 종합하여 설명하여라.

 

5. 유전자를 재조합하여 다른 종의 생물에 넣어주더라도 동일한 유용물질을 생산할 수 있는 이유를 다음 관점에서 설명하여라.

 

(1) 유전물질

 

(2) 유전자 발현과정

 

(3) 유전암호(genetic code)

 

(4) 단백질

 

6. 간염바이러스 같은 몇몇 바이러스는 바이러스 유전자 전체를 아래 그림과 같이 사람의 유전자에 삽입시킨다.

 

제한효소는 모든 DNA에 특정한 염기(예, EcoRⅠ은 GAATTC)가 있으면 DNA를 절단한다. 한 분자생물학자가 바이러스를 가진 환자의 세포에 바이러스의 어느 부분이 절단되어 사람유전자로 삽입되었는지 알아보기 위해 실험을 하였다. 다음 그림은 바이러스와 세포의 DNA를 세 종류의 제한 효소로 자른 후 DNA의 크기별로 나타낸 것이다. 단, 세포의 DNA는 바이러스 DNA가 삽입된 후 제한효소로 자르면 DNA 조각 중 일부라도 바이러스 DNA가 있으면 위 그림처럼 DNA조각을 알 수 있다.

 

위 실험결과로부터 바이러스의 a, b, c, d, e중 어느 부분이 절단되어 삽입되었는지 답하고 그 이유를 설명하여라.

 

7. 동물세포에 기생하는 바이러스는 숙주인 동물세포의 대사과정의 효소나 물질을 사용하기에 숙주인 동물세포에는 해를 주지 않고 바이러스에 특정적인 대사과정만 막는 물질을 사용하여 바이러스 치료제로 쓰인다. AZT는 잘 알려진 HIV 바이러스(AIDS를 일으키는 바이러스)에 쓰이는 치료제이다. AIDS환자에게 AZT를 투약하면 체내에서 3개의 인산이 붙은 후 복제중인 바이러스의 중합효소에 의하여 바이러스의 DNA에 결합된다 결합 후 AZT는 염기에 있는 3′-OH가 없어서 더 이상의 염기와 결합할 수 없기에 바이러스의 복제가 정지된다.

 

그런데 AZT로 치료받은 환자로부터 AZT가 작용하지 못하는 돌연변이 바이러스가 생겼다. 즉, HIV 바이러스 복제시 AZT가 있어도 DNA에 새로운 염기가 계속 연결된다는 것이다. 그렇다면 HIV 바이러스가 어떤 과정을 거쳐서 AZT가 작용하지 못하게 돌변변이 되었는지 한가지 이상의 기작을 설명하여라.

 

8. 다음 그림은 영희가 식물의 굴지성에 대해서 실시한 실험 장치를 나타낸 것이다. 영희는 이 실험으로부터 식물의 성장은 중력 자극에 대한 반응으로 줄기는 위쪽을 향해서 자라고 뿌리는 아래쪽으로 자란다고 결론을 내렸다.

 

(1) 영희가 이 실험에서 검증하고 있는 가설을 써라.

 

(2) 이 실험은 영희의 가설을 타당하게 검증하였는가? 그 이유를 설명하여라.

 

(3) 이 실험 설계를 개선한다면 어떻게 하겠는지 써라.

 

(4) 중력이 전혀 작용하지 않는 조건에서 식물을 재배한다면 식물의 줄기와 뿌리는 어떤 방향으로 자라겠는지 설명하여라.

 

9. 다음 그래프는 건강한 사람의 혈당량의 변화를 시간의 경과에 따라 나타낸 것이다.

 

(1) 다량의 식사를 한 직후 혈당량을 조절하기 위한 물질이 분비되기까지의 과정을 설명하여라.

 

(2) (가) 시기에 혈당량을 정상으로 유지하기 위해서 몸에서 일어나는 혈당량 조절 작용을 설명하여라.

 

(3) 운동을 하면 (나)에서처럼 혈당량이 감소한다. 이 자극이 간뇌의 시상하부에 전달되었을 때 혈당량을 정상으로 유지하기 위해서 일어나는 혈당량 조절 작용을 설명하여라.

 

(4) 운동을 하여 혈당량이 감소하고 이 자극이 간뇌의 뇌하수체 전염에 전달되었을때 일어나는 혈당량 조절 작용을 설명하여라.

 

제 12 회 전국 중․고등학생 수학․과학 경시대회고등학생부문 시도 2차(실험) 문제

 

1. 책상 위에 놓인 재료와 기구만을 사용하여 봉선화의 관다발을 관찰하여라.

 

준비물: 봉선화 줄기, 면도날, 샬레, 스포이트, 핀셋, 커버글라스, 슬라이드 글라스, 100-450배용 현미경, 증류수

 

 

2. 다음 준비물을 이용하여 물음에 답하여라.

 

준비물: 성숙한 수컷(♂)과 암컷(♀) 개구리, 현미경(100배, 400배), 슬라이드글라스, 커버글라스, 양서류 링거액, 스포이트, 해부기 세트(가위, 정소파쇄용 예리한 핀셋 1인당 2개, 샬레)

 

(1) 성숙한 암, 수의 외형적 특징(차이점)을 설명하여라.

 

(2) 수컷을 택해서 정소를 찾아라.

 

(3) 정소를 적출해서 정자를 관찰하여라.

 

 

3. 준비물을 이용하여 다음 물음에 답하여라.

 

준비물: 달개비, 동백잎, 양파, 당근, 현미경, 스포이트, 증류수, 면도날, 커버글라스, 슬라이드 글라스, 핀셋

 

(1) 실험대위의 재료들 중에서 잎의 책상조직을 가장 잘 관찰할 수 있는 재료를 선택하여 라.

 

(2) 그 재료로 프레파라트를 만들어라.

 

(3) 프레파라트를 재물대에 올려놓고 책상조직을 가장 잘 볼 수 있도록 배율, 조명상태 등을 조절한 다음 손을 들어라.

 

 

4. 사람과 mouse 세포를 융합하면 융합직후 융합세포에는 사람과 mouse의 모든 염색체가 있지만 세포분열이 시작되면서 사람의 염색체만 무작위적으로 없어지게 된다. 즉 각각의 융합세포는 몇 번의 세포분열을 거치면서 서로 다른 사람염색체를 가진 세포주(cell line이라 함)가 된다. (예, 세포주 α는 mouse의 모든 염색체와 사람 염색체 5, 10, 15, 20을 가지고 있고, 세포주 β는 mouse의 모든 염색체와 사람 염색체 4, 8, 12, 16, 20을 가지고 있다)

1985년 Carson이라는 과학자는 혈액응고에 관련된 blood coagulation factor Ⅲ를 만들어내는 사람 유전자 F3을 찾기 위하여 사람과 mouse의 세포를 융합하여 여러 종류의 세포주를 얻었다.

다음의 실험결과로부터 유전자 F3은 몇 번 염색체에 있는지 논리적으로 설명하여라.

 

<결과>

융합세포주 세포의 Factor Ⅲ 유무 융합세포에 있는 사람염색체
1 없음 8,14,7,X
2 없음 2,4,5,6,7,8,10,11,14,17,19,20,21,X
3 없음 2,3,5,6,8,10,11,13,14,17,18,21,X
4 없음 1,3,7,8,10,12,14,15,17,X
5 없음 1,2,3,4,5,6,7,9,10,11,12,13,16,17,18,19,20,21,22,X
6 없음 3,4,10,11,13,14,16,17,18,20
7 없음 2,3,5,6,10,12,17,18,21,22,X

 

5. 다음 내용을 읽고, 학생이 잣까마귀의 행동을 연구하는 생물학자라면 어떻게 연구하겠는지 그 방법을 고안해 보아라.

 

잣까마귀의 행동을 관찰한 결과, 잣까마귀는 가끔 열매를 땅 속에 묻어두고, 후에 그 곳에 다시 와서 숨겨둔 열매를 찾아 먹는다는 것을 발견하였다. 그러면 “잣 까마귀는 열매를 숨겨 놓은 위치를 어떻게 알아낼까?”잣까마귀의 행동을 더 자세히 관찰한 결과, 잣까마귀가 주로 통나무나 바위 근처에 열매를 묻어 두고 그런 장소를 가장 자주 뒤진다는 것을 알게되었다

 

탐구 문제: 잣 까마귀는 열매를 숨겨 놓은 위치를 어떻게 알아낼까?

 

(1) 가설:

 

(2) 실험을 위한 가설로부터의 예측 :

(3) 실험 설계 :

조상환

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