2025年高三生物高考代謝組學概念模擬試題一、選擇題（每題6分，共30分）代謝組學的核心研究對象是：A.生物體中所有基因的表達產物B.相對分子質量小于1000的內源性小分子代謝物C.細胞膜上參與物質運輸?shù)牡鞍踪|D.細胞內所有酶促反應的中間產物下列關于代謝組學與其他組學的區(qū)別，正確的是：A.基因組學比代謝組學更能直接反映生物當前的生理狀態(tài)B.轉錄組學通過分析mRNA水平預測代謝反應的發(fā)生，而代謝組學可驗證反應是否已發(fā)生C.蛋白質組學研究的分子種類遠少于代謝組學D.代謝組學的研究結果受環(huán)境因素影響較小在糖尿病患者的血清代謝組學分析中，可能觀察到的特征性變化是：A.葡萄糖水平降低，丙酮酸水平升高B.乳酸水平降低，脂肪酸β-氧化產物積累C.葡萄糖水平升高，酮體（如β-羥基丁酸）含量增加D.氨基酸代謝產物減少，三羧酸循環(huán)中間產物增多某研究團隊利用LC-MS技術分析植物在干旱脅迫下的代謝變化，最可能檢測到的差異代謝物是：A.葉綠素a（極性低、易揮發(fā)）B.脯氨酸（極性高、水溶性強）C.類胡蘿卜素（非極性、脂溶性）D.纖維素（大分子多糖）關于代謝組學研究技術的特點，下列敘述錯誤的是：A.NMR技術對樣品無損傷，可用于活體代謝物動態(tài)監(jiān)測B.GC-MS適用于分析熱穩(wěn)定性差、難揮發(fā)的代謝物C.LC-MS結合了液相色譜的分離能力和質譜的高靈敏度D.非靶向代謝組學可無偏向性地檢測樣本中未知代謝物二、填空題（每空2分，共20分）代謝組學根據研究目的可分為兩類：（無偏向性檢測所有代謝物）和（針對特定代謝物進行定量分析）。生物體內代謝物的種類因物種而異，其中__________的代謝物種類最豐富（填“植物”“動物”或“微生物”），這與其合成大量次生代謝物（如生物堿、黃酮類）的能力密切相關。在腫瘤代謝組學研究中，癌細胞的__________效應導致其即使在有氧條件下也優(yōu)先通過糖酵解供能，從而使培養(yǎng)液中__________（代謝物名稱）濃度顯著升高，這一特征可作為癌癥診斷的潛在生物標志物。代謝組學數(shù)據分析中，主成分分析（PCA）的主要作用是__________，而層次聚類分析（HCA）可通過__________直觀展示樣本間代謝物表達模式的相似性。三、簡答題（共30分）（10分）簡述代謝組學在精準醫(yī)療中的應用價值。代謝組學通過分析個體代謝物的動態(tài)變化，可為疾病診斷、治療方案優(yōu)化和預后評估提供依據。例如，在腫瘤治療中，通過監(jiān)測化療前后患者血清中特定代謝物（如核苷酸代謝產物、脂質）的變化，可早期評估藥物療效并調整劑量；在糖尿病管理中，結合血糖、胰島素水平與代謝組數(shù)據，能更精準地將患者分類并制定個性化飲食干預方案。此外，代謝組學可發(fā)現(xiàn)疾病早期的代謝標志物，如阿爾茨海默病患者腦脊液中β-淀粉樣蛋白代謝物的異常積累，有助于實現(xiàn)疾病的早診早治。（12分）比較GC-MS和LC-MS在代謝組學研究中的適用范圍及技術局限性。|技術|適用代謝物類型|優(yōu)勢|局限性||----------|----------------------------------|-----------------------------------|-------------------------------------||GC-MS|非極性、易揮發(fā)（如脂肪酸、氨基酸衍生物）|分離效率高，數(shù)據庫成熟，定量準確|需衍生化處理，無法檢測熱不穩(wěn)定物質||LC-MS|極性高、難揮發(fā)（如糖類、核苷酸、生物堿）|無需衍生化，覆蓋代謝物范圍廣|色譜分離時間長，基質效應可能干擾結果|（8分）為什么說代謝組學是系統(tǒng)生物學“下游的最終讀數(shù)”？系統(tǒng)生物學中，基因組學和轉錄組學分別從基因和mRNA層面預測生命活動的可能性，蛋白質組學反映執(zhí)行功能的分子基礎，而代謝組學直接分析代謝反應的終產物，是生物功能狀態(tài)的“最終輸出”。例如，某基因突變可能導致酶活性改變，但這種改變需通過代謝物濃度的變化（如底物積累、產物減少）才能在表型上體現(xiàn)；代謝物水平的變化還會放大上游組學的細微擾動，如一個基因的微小表達差異可能導致代謝物濃度數(shù)倍甚至數(shù)十倍的變化，從而更易被檢測。四、實驗題（共30分）（15分）為探究重金屬鎘（Cd2?）對水稻幼苗的毒性機制，某實驗室設計了以下代謝組學實驗：實驗材料：水稻幼苗（對照組：Hoagland營養(yǎng)液培養(yǎng)；實驗組：含50μmol/LCd2?的Hoagland營養(yǎng)液培養(yǎng)，處理7天）檢測技術：GC-MS數(shù)據分析方法：PCA、差異代謝物篩選（VIP>1，P<0.05）請回答：（1）若需比較兩組幼苗的整體代謝差異，應選擇__________（填“靶向”或“非靶向”）代謝組學策略，理由是__________。（2）實驗中，水稻幼苗樣本需經液氮研磨、甲醇-水提取、（填步驟名稱）后才能進行GC-MS分析，這一步驟的目的是。（3）PCA結果顯示對照組與實驗組樣本在得分圖上明顯分離，表明__________；進一步分析發(fā)現(xiàn)實驗組中脯氨酸、谷胱甘肽（GSH）含量顯著升高，推測其作用是__________。（15分）某研究團隊利用NMR技術監(jiān)測運動后人體血液代謝物的動態(tài)變化，部分結果如下圖所示（橫坐標為運動后時間，縱坐標為代謝物相對濃度）：請根據圖示及代謝組學知識回答：（1）運動初期（0-0.5h），乳酸濃度迅速上升的原因是__________，這一過程的生理意義是__________。（2）運動后1h，血糖濃度回升主要依賴__________（填“肝糖原分解”或“肌糖原分解”），判斷依據是__________。（3）運動后2h游離脂肪酸水平升高的代謝背景是__________，這一變化與胰島素分泌__________（填“增加”或“減少”）直接相關。五、論述題（共20分）結合實例論述代謝組學在農業(yè)生產中的應用前景。代謝組學在農業(yè)領域的應用已從基礎研究拓展到作物改良、病蟲害防治和品質調控等多個方面。例如，在抗逆育種中，通過分析耐旱小麥品種與敏感品種的根系代謝組，發(fā)現(xiàn)耐旱品種在干旱條件下可積累大量甜菜堿（滲透調節(jié)物質）和多胺（抗氧化劑），據此可通過分子標記輔助選擇培育高耐旱品種。在病蟲害防治中，水稻受稻瘟病菌侵染后，苯丙氨酸代謝途徑被激活，產生植保素（如momilactone）等抗菌代謝物，通過調控這些代謝物的合成關鍵酶基因，可增強水稻的抗病性。在品質改良方面，代謝組學可精準解析作物風味、營養(yǎng)成分的代謝基礎。以番茄為例，通過比較野生型與馴化品種的果實代謝組，發(fā)現(xiàn)馴化過程中鮮味氨基酸（如谷氨酸）含量下降，而甜味物質（如蔗糖）積累增加，這為通過基因編輯恢復野生番茄風味提供了靶點。此外，代謝組學還可用于農產品安全檢測，如通過分析蔬菜中農藥代謝物的殘留模式，評估農藥使用的安全性及降解效率。未來，隨著代謝組學與人工智能的結合，有望實現(xiàn)作物生長過程中代謝狀態(tài)的實時監(jiān)測和精準調控，推動智慧農業(yè)的發(fā)展。六、選做題（共20分，任選一題作答）（20分）【生物信息學方向】代謝組學數(shù)據通常包含大量噪聲和冗余信息，如何通過數(shù)據預處理（如歸一化、缺失值處理）和多元統(tǒng)計分析（如PLS-DA）提高差異代謝物篩選的準確性？（20分）【臨床醫(yī)學方向】某患者出現(xiàn)不明原因的肌肉無力和代謝性酸中毒，初步診斷為線粒體病。請設計一個基于代謝組學的診斷方案，包括樣本選擇、檢測技術、數(shù)據分析及潛在生物標志物預測。（注：全卷共150分，考試時間90分鐘）試題設計說明：知識覆蓋：整合代謝組學概念、技術方法（如NMR/LC-MS/GC-MS