2025年高三生物高考仿生材料模擬試題一、選擇題（本題共6小題，每小題6分，共36分。在每小題給出的四個(gè)選項(xiàng)中，只有一項(xiàng)是符合題目要求的）1.仿生材料的設(shè)計(jì)通常以生物體的結(jié)構(gòu)與功能為原型。下列關(guān)于仿生材料的敘述，錯(cuò)誤的是（）A.模仿荷葉表面微納結(jié)構(gòu)制備的自清潔材料，其原理是利用表面張力實(shí)現(xiàn)疏水效應(yīng)B.基于蜘蛛絲蛋白的仿生纖維材料，通過(guò)模擬蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)（如β-折疊）提升力學(xué)性能C.人工合成的“仿生貝殼”材料，通過(guò)交替排列無(wú)機(jī)礦物層和有機(jī)基質(zhì)，實(shí)現(xiàn)硬度與韌性的平衡D.模仿壁虎腳掌剛毛結(jié)構(gòu)的黏附材料，僅依賴(lài)范德華力即可在真空中保持穩(wěn)定黏附2.生物膜的選擇透過(guò)性是細(xì)胞生命活動(dòng)的基礎(chǔ)。某團(tuán)隊(duì)模仿細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)了一種“仿生膜分離材料”，其結(jié)構(gòu)如圖所示。下列關(guān)于該材料的分析，正確的是（）（注：圖示中“仿生膜”由磷脂雙分子層、通道蛋白和糖蛋白組成，可用于海水淡化）A.該材料的磷脂雙分子層可通過(guò)自由擴(kuò)散運(yùn)輸水分子，無(wú)需消耗能量B.通道蛋白的氨基酸序列改變可能導(dǎo)致其對(duì)鈉離子的轉(zhuǎn)運(yùn)效率下降C.糖蛋白的糖鏈部分可特異性識(shí)別海水中的雜質(zhì)離子，實(shí)現(xiàn)主動(dòng)運(yùn)輸D.該材料模擬了細(xì)胞膜的“流動(dòng)性”，可通過(guò)變形直接吞噬海水中的顆粒物3.2025年某研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一種“仿生骨修復(fù)支架”，其結(jié)構(gòu)與人體骨小梁（海綿狀多孔結(jié)構(gòu)）高度相似，材料成分包括羥基磷灰石（無(wú)機(jī)相）和膠原蛋白（有機(jī)相）。下列關(guān)于該支架的生物學(xué)特性，錯(cuò)誤的是（）A.多孔結(jié)構(gòu)有利于骨細(xì)胞的遷移和增殖，為組織再生提供空間B.羥基磷灰石可通過(guò)離子交換與周?chē)M織液中的鈣離子形成穩(wěn)定結(jié)合C.膠原蛋白的降解產(chǎn)物（如甘氨酸、脯氨酸）可參與細(xì)胞外基質(zhì)的重建D.該支架需具備低免疫原性，避免引發(fā)T細(xì)胞介導(dǎo)的Ⅳ型超敏反應(yīng)4.仿生材料在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用需嚴(yán)格遵循生物安全性原則。下列關(guān)于仿生醫(yī)療器械的設(shè)計(jì)要求，不合理的是（）A.人工心臟瓣膜的葉片材料需模擬心臟瓣膜的彈性模量，避免血液湍流引發(fā)血栓B.仿生皮膚敷料應(yīng)模擬表皮細(xì)胞間的緊密連接，阻止細(xì)菌侵入同時(shí)允許氣體交換C.用于神經(jīng)修復(fù)的“仿生導(dǎo)管”需具備導(dǎo)電性，以促進(jìn)神經(jīng)沖動(dòng)的定向傳導(dǎo)D.可降解手術(shù)縫線的降解速率需與傷口愈合速率匹配，避免產(chǎn)生異物反應(yīng)5.下表列舉了四種仿生材料及其生物原型，其中匹配錯(cuò)誤的是（）仿生材料生物原型核心功能模擬A.鯊魚(yú)皮泳衣鯊魚(yú)皮膚盾鱗結(jié)構(gòu)減少水流摩擦阻力B.自修復(fù)混凝土含羞草葉片閉合機(jī)制裂紋處材料自動(dòng)填充愈合C.仿生太陽(yáng)能電池葉綠體類(lèi)囊體薄膜提高光吸收效率和電子傳遞速率D.防結(jié)霜涂層南極企鵝羽毛結(jié)構(gòu)降低表面冰點(diǎn)，減少冰晶形成6.某興趣小組探究“仿生材料表面結(jié)構(gòu)對(duì)細(xì)胞黏附能力的影響”，分別制備了光滑表面、微米柱陣列表面（模擬壁虎腳）和納米孔表面（模擬海綿骨），并接種成纖維細(xì)胞，24小時(shí)后檢測(cè)細(xì)胞黏附率。下列實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果分析，正確的是（）A.實(shí)驗(yàn)的自變量為材料表面的化學(xué)組成，因變量為細(xì)胞黏附率B.需設(shè)置空白對(duì)照組（僅接種細(xì)胞，無(wú)材料）以排除細(xì)胞自黏附的影響C.若微米柱陣列表面黏附率最高，說(shuō)明其表面粗糙度與細(xì)胞骨架張力匹配D.納米孔表面的細(xì)胞黏附可能依賴(lài)材料孔隙對(duì)細(xì)胞外基質(zhì)蛋白的物理吸附二、非選擇題（本題共5小題，共64分）7.（12分）荷葉表面的“超疏水自清潔效應(yīng)”是仿生材料設(shè)計(jì)的經(jīng)典案例。研究發(fā)現(xiàn)，荷葉表面由微米級(jí)乳突和納米級(jí)蠟質(zhì)晶體組成，乳突間距約10μm，蠟質(zhì)晶體直徑約100nm，這種結(jié)構(gòu)使水滴與表面的接觸角大于150°，且滾動(dòng)時(shí)能帶走表面灰塵。（1）從細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)角度分析，荷葉表面蠟質(zhì)晶體的化學(xué)本質(zhì)與細(xì)胞膜中的_________相似，二者均具有_________的特性。（2）某團(tuán)隊(duì)模仿荷葉結(jié)構(gòu)制備了一種“仿生玻璃”，其表面接觸角隨蠟質(zhì)晶體覆蓋率的變化如圖所示。若覆蓋率從30%提升至60%，接觸角顯著增大的原因是_________________________________。（3）該“仿生玻璃”在實(shí)際應(yīng)用中需解決低溫環(huán)境下蠟質(zhì)層脆化的問(wèn)題。請(qǐng)?zhí)岢鲆环N改進(jìn)方案，并說(shuō)明依據(jù)：_____________________________________________________________________。8.（14分）2025年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)授予“仿生催化材料”的研發(fā)團(tuán)隊(duì)，該材料模擬了細(xì)胞中酶的催化機(jī)制，在有機(jī)合成中展現(xiàn)出高效性和專(zhuān)一性。（1）酶的催化特性包括_________和_________，仿生催化材料通過(guò)模擬酶的_________（填“活性中心結(jié)構(gòu)”或“氨基酸組成”）實(shí)現(xiàn)功能。（2）某仿生催化劑模擬了細(xì)胞色素P450酶（一種單加氧酶）的鐵卟啉活性中心，可催化苯環(huán)羥基化反應(yīng)。與傳統(tǒng)化學(xué)催化劑相比，該仿生催化劑的優(yōu)勢(shì)有________________________（答出兩點(diǎn)即可）。（3）在生產(chǎn)實(shí)踐中，若該仿生催化劑用于大規(guī)模合成藥物中間體，需解決其循環(huán)利用問(wèn)題。請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)一種固定化仿生催化劑的方案，并說(shuō)明原理：_________________________________________。9.（10分）生物礦化是生物體形成硬組織（如骨骼、貝殼）的過(guò)程，其核心是在有機(jī)基質(zhì)調(diào)控下，無(wú)機(jī)礦物（如碳酸鈣、磷酸鈣）有序沉積。某團(tuán)隊(duì)模仿珍珠母的礦化過(guò)程，制備了“仿生陶瓷材料”。（1）珍珠母的層狀結(jié)構(gòu)由文石晶體（碳酸鈣）和貝殼素（蛋白質(zhì)）交替排列而成，這種結(jié)構(gòu)使材料兼具_(dá)________（填“高強(qiáng)度”或“高彈性”）和_________（填“高韌性”或“高導(dǎo)熱性”）。（2）研究發(fā)現(xiàn)，貝殼素中的天冬氨酸殘基（含—COOH）可與Ca2?結(jié)合，進(jìn)而誘導(dǎo)碳酸鈣結(jié)晶。請(qǐng)從化學(xué)鍵角度分析其作用機(jī)制：_____________________________________________________。10.（16分）閱讀下列材料，回答問(wèn)題。材料一：蜘蛛絲是自然界中力學(xué)性能最優(yōu)異的纖維之一，其拉伸強(qiáng)度是鋼的5倍，韌性是芳綸纖維的3倍。蜘蛛絲主要由蛛絲蛋白組成，一級(jí)結(jié)構(gòu)中富含甘氨酸（Gly）和丙氨酸（Ala），形成重復(fù)序列“Gly-Gly-X”（X為絲氨酸或酪氨酸），這些序列在二級(jí)結(jié)構(gòu)中折疊為β-折疊和無(wú)規(guī)卷曲，通過(guò)氫鍵和范德華力維持結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。材料二：2025年，我國(guó)科學(xué)家利用轉(zhuǎn)基因大腸桿菌表達(dá)蛛絲蛋白，通過(guò)“濕法紡絲”技術(shù)制備仿生蜘蛛絲。該技術(shù)模擬蜘蛛吐絲時(shí)的“剪切力誘導(dǎo)結(jié)晶”過(guò)程，在紡絲液中加入Ca2?，并通過(guò)噴頭快速拉伸，使蛛絲蛋白分子定向排列并形成β-折疊結(jié)構(gòu)。（1）根據(jù)材料一，蜘蛛絲的高韌性主要依賴(lài)_________（填“β-折疊”或“無(wú)規(guī)卷曲”）結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)通過(guò)_________（填化學(xué)鍵類(lèi)型）吸收外力能量。（2）材料二中，轉(zhuǎn)基因大腸桿菌合成蛛絲蛋白的場(chǎng)所是_________，Ca2?的作用類(lèi)似于蜘蛛絲腺細(xì)胞中的_________（填細(xì)胞器）分泌的鈣離子載體蛋白。（3）某同學(xué)提出“仿生蜘蛛絲可用于制備人工韌帶”，請(qǐng)從結(jié)構(gòu)與功能角度分析該應(yīng)用的可行性：_________________________________________________________________________。11.（12分）仿生材料的設(shè)計(jì)需兼顧“結(jié)構(gòu)-功能-環(huán)境適應(yīng)性”的統(tǒng)一。請(qǐng)以“沙漠植物的抗旱機(jī)制”為原型，設(shè)計(jì)一種“仿生保水材料”，用于干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，并回答下列問(wèn)題。（1）列舉沙漠植物的兩種抗旱結(jié)構(gòu)特征，并說(shuō)明其保水原理：①_________________________________________________________________________；②_________________________________________________________________________。（2）基于上述特征，該仿生保水材料的核心設(shè)計(jì)思路是：__________________________________________________________________________________________________________。參考答案及評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)（部分）一、選擇題D（解析：壁虎腳掌黏附依賴(lài)范德華力和毛細(xì)作用力，真空中毛細(xì)作用力消失，黏附力下降）B（解析：通道蛋白的氨基酸序列改變可能導(dǎo)致空間結(jié)構(gòu)破壞，影響離子轉(zhuǎn)運(yùn)）B（解析：羥基磷灰石與鈣離子的結(jié)合主要通過(guò)晶體結(jié)構(gòu)匹配，而非離子交換）C（解析：神經(jīng)修復(fù)導(dǎo)管的核心功能是引導(dǎo)軸突生長(zhǎng)，導(dǎo)電性并非必需）B（解析：自修復(fù)混凝土的原型是生物體內(nèi)的傷口愈合機(jī)制，如血液凝固）C（解析：自變量為表面結(jié)構(gòu)，空白對(duì)照組應(yīng)無(wú)材料僅培養(yǎng)基；納米孔表面黏附依賴(lài)細(xì)胞外基質(zhì)的錨定作用）二、非選擇題（部分要點(diǎn)）7.（1）磷脂/脂質(zhì)；疏水；（2）蠟質(zhì)晶體覆蓋率增加，表面粗糙度提高，空氣截留量增多，水滴與固體表面接觸面積減??；（3）摻入彈性聚合物（如聚氨酯），模擬植物蠟質(zhì)的柔韌性，降低低溫脆性8.（1）高效性、專(zhuān)一性；活性中心結(jié)構(gòu)；（2）反應(yīng)條件溫和（常溫常壓）、產(chǎn)物純度高（副反應(yīng)少）；（3）將仿生催化劑固定在多孔陶瓷載體上，利用物理吸附或共價(jià)鍵結(jié)合，實(shí)現(xiàn)重復(fù)使用9.（1）高強(qiáng)度；高韌性；（2）天冬氨酸的羧基（—COOH）解離后帶負(fù)電荷，與Ca2?形成離子鍵，作為晶體生長(zhǎng)的成核位點(diǎn)10.（1）無(wú)規(guī)卷曲；氫鍵；（2）核糖體；內(nèi)質(zhì)網(wǎng)；（3）可行性：仿生蜘蛛絲的高強(qiáng)度和韌性可承受關(guān)節(jié)活動(dòng)的拉力，β-折疊結(jié)構(gòu)穩(wěn)定且生物相容性好；需改進(jìn)：需提高材料的降解速率匹配韌帶再生周期11.（1）①仙人掌莖稈的儲(chǔ)水薄壁組織：細(xì)胞體積大，液泡發(fā)達(dá)，可儲(chǔ)存大量水分；②駱駝刺葉片的厚角質(zhì)層：脂質(zhì)成分密集，降低蒸騰作用；（2）設(shè)計(jì)多孔海綿狀結(jié)構(gòu)（模擬儲(chǔ)水組織），內(nèi)部填充高吸