2025國際兒童及青少年生物知識大賽2025 International Children and Youth Biology Knowledge Competition 

2025國際兒童及青少年生物知識大賽題目範圍

本次大賽全面覆蓋生物學核心領域，從基礎知識到前沿應用，旨在考察參賽者的生物探究能力、生態思維與創新實踐能力，具體內容如下：

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一、生物基礎知識

（一）生命科學核心領域

物理與物質結構

1. 細胞結構與功能：掌握細胞膜、細胞核、線粒體等 organelle（細胞器）的結構與功能，能解釋細胞代謝的基本過程。例如，分析葉綠體中光合作用的光反應與暗反應階段，或解釋細胞膜流動鑲嵌模型與物質跨膜運輸（如主動運輸、被動運輸）的關係。

2. 分子生物基礎：理解 DNA 雙螺旋結構、基因表達（轉錄與翻譯）的基本規律，熟悉蛋白質的結構與功能。如通過鹼基互補配對原理解釋 DNA 複製的準確性，或分析酶的活性中心與底物特異性結合的機制。

3. 細胞生命活動：瞭解細胞分裂（有絲分裂、減數分裂）與細胞凋亡的過程，如探討有絲分裂中染色體行為與遺傳物質傳遞的關係，或分析細胞凋亡在胚胎髮育中的調控作用。

個體生物學與生理學

1. 植物生理：掌握植物光合作用、呼吸作用、水分運輸的原理，能解釋植物生長調節的機制。例如，通過控制變數法探究光照強度對植物蒸騰作用速率的影響，或分析生長素的極性運輸與植物向光性的關係。

2. 動物生理：理解人體消化、呼吸、循環等系統的協作機制，如解釋小腸絨毛的結構與營養物質吸收的適應性，或分析血液中紅細胞的結構與氧氣運輸功能的關係。

3. 微生物生理：瞭解細菌、真菌等微生物的代謝特點，如探討酵母菌無氧呼吸產生酒精的生化過程，或分析抗生素抑制細菌細胞壁合成的作用機制。

生態與進化生物學

1. 生態系統結構：掌握生態系統的成分（生產者、消費者、分解者）與營養結構（食物鏈、食物網），能分析生態系統的物質循環與能量流動。例如，繪製草原生態系統的食物網並計算能量傳遞效率（約 10%-20%），或解釋碳迴圈中生物群落與無機環境的物質交換過程。

2. 種群與群落動態：理解種群數量變化（J 型、S 型曲線）與群落演替的規律，如分析環境容納量（K 值）對種群數量的限制作用，或探討初生演替中從裸巖到森林的群落結構變化。

3. 生物進化理論：掌握達爾文自然選擇學說與現代進化理論的核心內容，如用自然選擇解釋工業黑化中胡椒蛾的體色變化，或通過 DNA 序列同源性分析不同物種的親緣關係。

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（二）生物與技術應用

生物技術與工程實踐

1. 經典生物技術：瞭解發酵技術、雜交育種的基本原理，能設計簡單的生物技術實驗。例如，用酵母菌發酵製作果酒並控制發酵條件（溫度、氧氣），或通過豌豆雜交實驗驗證孟德爾分離定律。

2. 現代生物技術：掌握基因工程、細胞工程的基礎技術，如分析 PCR（聚合酶鏈式反應）的原理與引物設計要點，或探討植物組織培養中脫分化與再分化的條件控制。

3. 生物醫學技術：理解醫學檢測與治療中的生物技術應用，如解釋抗原抗體反應在新冠病毒檢測（ELISA 法）中的作用，或分析疫苗接種誘導機體產生特異性免疫的過程。

生物數據與計算思維

1. 生物數據分析：使用 Excel、生物資訊軟體（如 BLAST）進行數據處理與分析，如繪製不同年齡段人群的血糖濃度變化曲線並分析代謝規律，或通過 BLAST 比對不同物種的同源蛋白序列。

2. 生物模型構建：運用數學模型描述生物現象，如用邏輯斯蒂方程模擬種群數量的 S 型增長，或通過生態位模型預測物種在氣候變化下的分佈範圍變化。

3. 生物資訊學基礎：理解生物資料庫（如 GenBank）與生物資訊工具的應用，如查詢特定基因的核苷酸序列並分析其編碼蛋白的結構域，或用序列比對工具（ClustalW）分析基因的進化保守性。

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二、生物研究方法與實踐

（一）生物實驗與數據採集

實驗設計與操作

1. 對照實驗設計：能獨立設計控制變數的生物實驗方案，如探究 “溫度對酶活性的影響”，需設定不同溫度梯度、控制 pH 等無關變數，並選擇澱粉與唾液澱粉酶作為實驗材料。

2. 生物實驗操作：規範使用顯微鏡、天平、培養箱等儀器，如用光學顯微鏡觀察洋蔥表皮細胞的質壁分離現象，或用平板劃線法分離培養土壤中的好氧細菌。

3. 實驗誤差分析：識別生物實驗中的誤差來源，如分析 “用樣方法調查植物種群密度” 中樣方大小與數量對結果的影響，並提出減小誤差的改進方案（如增加樣方數量）。

數據處理與建模

1. 生物圖表繪製：使用 Origin、GraphPad 等工具繪製實驗數據圖表，如繪製光合作用速率 - 二氧化碳濃度關係的雙曲線並標註飽和點，或用柱狀圖比較不同處理組的實驗結果差異。

2. 統計方法應用：運用統計學工具分析生物數據，如通過 t 檢驗判斷兩組實驗數據的差異是否顯著（P < 0.05），或用卡方檢驗驗證孟德爾雜交實驗的理論比例與實際結果是否吻合。

3. 生物仿真實驗：利用模擬軟體實現生物現象的模擬，如用 PhET 模擬軟體探究細胞膜的物質運輸過程，或通過生態模擬軟體模擬人類活動（如過度捕撈）對海洋生態系統的影響。

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（二）生物模型與問題解決

生物過程建模

1. 生理過程建模：用圖解或數學公式描述生物生理過程，如繪製有氧呼吸的三階段（糖酵解、三羧酸循環、氧化磷酸化）能量產生示意圖，或用方程式表示光合作用中二氧化碳固定的反應式。

2. 生態系統建模：構建生態系統的動態模型，如設計 “草原生態系統物質循環” 的概念模型，需包含太陽能輸入、生物群落內物質流動與分解者的物質迴歸過程，或用系統動力學模型模擬生態系統的穩定性。

3. 遺傳與進化建模：通過模型分析遺傳與進化現象，如用 Punnett 方塊預測雙雜交實驗的後代基因型比例，或用進化樹（系統發育樹）展示物種的進化關係與分化時間。

生物問題解決

1. 現實生物問題：運用生物知識解決實際問題，如設計 “校園綠化植物的選擇方案”，需綜合考慮植物的生態適應性（光照、土壤）、景觀價值與生態功能（如淨化空氣），或提出 “城市內澇中水生植物的選種與種植方案”，利用植物根系的固土與凈化作用改善水環境。

2. 生物技術應用：結合生物技術解決產業或環境問題，如設計 “農業廢棄物（如稻草）的生物降解方案”，需選擇合適的微生物（如纖維素分解菌）並優化降解條件（溫度、濕度），或探討 “基因編輯技術（CRISPR）在抗蟲作物培育中的應用”，分析其技術原理與生態安全性。

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三、生物與可持續發展

（一）生態保護與環境問題

生物多樣性保護

1. 生物多樣性現狀：理解生物多樣性（遺傳多樣性、物種多樣性、生態系統多樣性）的價值與威脅，如分析棲息地破壞（如熱帶雨林砍伐）對物種滅絕的影響，或列舉生物多樣性的直接價值（如藥用植物）與間接價值（如生態系統調節）。

2. 保護策略與實踐：掌握就地保護（自然保護區）、遷地保護（動植物園）的方法，如設計 “珍稀物種（如大熊貓）的保護規劃”，需包含棲息地修復、種群監測與社區參與措施，或探討動物園人工繁育中遺傳管理（如避免近親繁殖）的重要性。

3. 生態修復技術：瞭解生態系統修復的生物技術與工程方法，如用生物浮床技術（種植水生植物）淨化污染水體，或通過微生物復墾技術修復礦山廢棄地的土壤生態。

環境污染與生物淨化

1. 水污染生物處理：理解水體污染（如富營養化、重金屬污染）的生物淨化原理，如分析活性污泥法處理生活污水中微生物的降解作用，或探討水生植物（如鳳眼蓮）對水中氮、磷的吸收機制。

2. 大氣污染生物響應：掌握植物對大氣污染（如二氧化硫、臭氧）的響應與指示作用，如通過葉片傷斑觀察判斷空氣污染程度，或分析苔蘚植物作為大氣污染指示生物的原因（無根、葉薄）。

3. 壤污染生物修復：瞭解土壤重金屬（如鉛、鎘）與有機污染的生物修復技術，如利用超積累植物（如蜈蚣草）吸收土壤中的砷，或通過微生物降解（如假單胞菌）分解土壤中的石油烴類污染物。

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（二）生物科技前沿與未來挑戰

醫學與健康生物技術

1. 基因治療與細胞治療：理解基因治療的基本原理與應用案例，如分析腺相關病毒（AAV）載體在遺傳病（如血友病）治療中的應用，或探討間充質幹細胞在創傷修復中的作用機制。

2. 免疫治療技術：掌握免疫檢查點抑制劑（如 PD-1 抗體）與 CAR-T 細胞療法的原理，如解釋 PD-1/PD-L1 抑制劑解除腫瘤免疫逃逸的機制，或分析 CAR-T 細胞療法在血液腫瘤（如白血病）治療中的優勢與挑戰。

3. 精准醫學基礎：理解精准醫學中生物標誌物與個體化治療的關係，如通過基因檢測（如 BRCA1 基因）預測乳腺癌發病風險，或根據腫瘤基因突變類型選擇靶向藥物（如 EGFR 抑制劑）。

生態與合成生物學

1. 合成生物學應用：掌握合成生物學的基本概念與技術，如設計工程菌（如大腸桿菌）生產醫用蛋白（如胰島素），或構建生物感測器（如基於細菌的重金屬檢測系統）。

2. 氣候變化與生物適應：分析氣候變化（如溫度升高、極端降水）對生物的影響與適應策略，如探討珊瑚白化現象中溫度升高對共生藻的影響，或研究植物通過基因突變適應干旱環境的分子機制。

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四、挑戰題與創新思維

（一）開放性生物問題

現實生物問題解決

1. 設置真實場景任務，如 “如何利用生物技術設計校園廚餘垃圾處理方案”，要求參賽者從微生物降解（如選用腐殖質菌）、堆肥工藝（溫度控制、通氣）與資源循環（如堆肥用於校園綠化）多維度提出方案，並評估處理效率與環境效益。

2. 創新需求應對，如 “設計一款便攜式水質生物檢測裝置”，需綜合運用生物指示物（如大型溞的急性毒性實驗）、感測器技術（如溶解氧檢測）與資料傳輸功能，確保裝置的便攜性與檢測準確性。

未來生物科技構想

1. 前瞻性設計任務，如 “構思 2050 年的城市生態農業系統”，要求結合垂直農業技術（無土栽培）、生物防治（如利用天敵昆蟲）與迴圈經濟理念，描繪系統的物質迴圈與能量流動模型，並分析其解決城市糧食安全與環境污染的潛力。

（二）跨學科生物挑戰

生物與其他領域融合

1. 生物 + 工程：運用生物與工程知識解決實際問題，如設計 “仿生機器人（如仿蝴蝶翅膀的微型飛行器）”，需綜合考慮生物翅膀的流體力學特性、材料輕量化與驅動系統設計。

2. 生物 + 電腦：開發生物教育或研究工具，如用 Python 編寫 “遺傳概率計算程式”，實現不同雜交組合的後代基因型與表型比例自動計算，或設計 “生態系統模擬遊戲” 幫助理解食物網動態。

3. 生物 + 藝術：結合生物知識與藝術創作，如用顯微攝影技術拍攝微生物（如草履蟲、藻類）並進行藝術化處理，或通過 3D 列印技術還原生物器官（如心臟）的立體結構，兼具科學性與美感。

 

參賽者需兼具扎實的生物知識、科學探究能力與跨學科創新思維，在解決現實問題的過程中展現生物學的系統性、實踐性與應用價值，同時體現對生態保護、人類健康與未來生物科技的深度思考。