2025年大學(xué)《化學(xué)》專業(yè)題庫——合成生物學(xué)在化學(xué)產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（請將正確選項的字母填在題后的括號內(nèi)。每小題2分，共20分）1.下列哪項不屬于合成生物學(xué)的主要研究范疇？A.設(shè)計和構(gòu)建新的生物部件B.重新設(shè)計現(xiàn)有的生物網(wǎng)絡(luò)C.理解和操控復(fù)雜的生物系統(tǒng)D.直接用化學(xué)方法合成目標(biāo)分子2.在合成生物學(xué)中，利用已存在的生物元件，按照預(yù)定的藍圖重新組裝，構(gòu)建新的生物功能模塊或系統(tǒng)，這種方法最符合：A.基因編輯技術(shù)B.代謝工程技術(shù)C.模塊化設(shè)計原則D.高通量篩選技術(shù)3.下列哪種微生物常被用作合成生物學(xué)中的底盤細(xì)胞，以生產(chǎn)生物基化學(xué)品？A.人表皮葡萄球菌B.大腸桿菌C.釀酒酵母D.竹節(jié)藻4.將異源基因?qū)胛⑸锘蚪M中，并使其能夠表達目標(biāo)產(chǎn)物，這個過程在合成生物學(xué)中被稱為：A.基因線路設(shè)計B.基因敲除C.基因表達調(diào)控D.外源基因轉(zhuǎn)化5.與傳統(tǒng)化學(xué)合成相比，利用合成生物學(xué)方法生產(chǎn)化學(xué)品的主要優(yōu)勢之一是：A.反應(yīng)條件通常更劇烈（高溫高壓）B.可以利用廉價的無機原料C.通常在溫和條件下進行，環(huán)境友好D.設(shè)備投資成本通常更低6.下列哪種物質(zhì)是利用合成生物學(xué)技術(shù)大規(guī)模生產(chǎn)的重要生物基平臺化合物？A.棕櫚油B.甘油C.乙醇D.葡萄糖7.在代謝工程中，為了提高目標(biāo)產(chǎn)物的產(chǎn)量，常常需要降低某些副產(chǎn)物的合成路徑，這可以通過：A.過表達關(guān)鍵酶B.引入反饋抑制機制C.敲除或抑制非必需的代謝分支D.使用高濃度的底物8.生物催化（酶催化）在合成生物學(xué)應(yīng)用中具有重要價值，其主要優(yōu)勢包括：A.反應(yīng)條件溫和，選擇性高B.可在高溫高壓下高效運行C.通常不需要特殊的催化劑D.成本通常低于化學(xué)催化劑9.下列哪項技術(shù)通常用于快速篩選和優(yōu)化合成生物學(xué)構(gòu)建體中的基因線路？A.基因測序B.基因芯片C.基因編輯D.高通量培養(yǎng)與檢測10.合成生物學(xué)的發(fā)展對化學(xué)產(chǎn)業(yè)可能帶來的長遠影響之一是：A.完全取代傳統(tǒng)的化學(xué)合成工藝B.推動綠色化學(xué)和可持續(xù)發(fā)展的進程C.導(dǎo)致化學(xué)工業(yè)對化石燃料的依賴大幅增加D.限制生物基產(chǎn)品的市場競爭力二、填空題（請將正確答案填在橫線上。每空2分，共20分）1.合成生物學(xué)是一門試圖__________、__________和__________生物系統(tǒng)的學(xué)科。2.基因工程是合成生物學(xué)的重要基礎(chǔ)，其核心技術(shù)之一是__________技術(shù)。3.代謝工程是合成生物學(xué)的一個重要分支，其目標(biāo)通常是通過__________或__________來改變生物體的代謝網(wǎng)絡(luò)，以生產(chǎn)目標(biāo)產(chǎn)物。4.在合成生物學(xué)中，__________是指能夠執(zhí)行特定生物功能的生物單元，如基因、啟動子、調(diào)控蛋白等。5.將多個生物元件按照特定的順序連接起來，形成一個能夠執(zhí)行特定功能的生物線路，這個過程稱為__________。6.利用合成生物學(xué)方法生產(chǎn)的許多化學(xué)品，如生物聚合物、生物燃料等，屬于__________化學(xué)品。7.為了使微生物能夠高效生產(chǎn)目標(biāo)產(chǎn)物，除了構(gòu)建合適的基因線路外，還需要考慮__________的選擇和__________的優(yōu)化。8.生物傳感器是合成生物學(xué)的一個重要應(yīng)用領(lǐng)域，它們通常由__________部分和__________部分組成。9.合成生物學(xué)的發(fā)展不僅帶來了技術(shù)進步，也引發(fā)了關(guān)于__________和__________等倫理和社會問題的討論。10.計算合成生物學(xué)利用__________和__________等工具，輔助進行生物系統(tǒng)的設(shè)計、分析和優(yōu)化。三、簡答題（請簡要回答下列問題。每題5分，共20分）1.簡述合成生物學(xué)與傳統(tǒng)化學(xué)合成在制備目標(biāo)化合物方面的主要區(qū)別。2.解釋什么是底盤細(xì)胞，選擇合適的底盤細(xì)胞進行合成生物學(xué)設(shè)計時需要考慮哪些關(guān)鍵因素？3.簡述利用合成生物學(xué)方法生產(chǎn)手性藥物分子的優(yōu)勢。4.合成生物學(xué)在生物燃料生產(chǎn)方面有哪些潛在的應(yīng)用？請列舉一例。四、論述題（請就下列問題展開論述。每題10分，共20分）1.論述代謝工程改造微生物用于生產(chǎn)生物基化學(xué)品的一般策略和面臨的挑戰(zhàn)。2.結(jié)合具體實例，論述合成生物學(xué)技術(shù)如何推動化學(xué)產(chǎn)業(yè)的綠色化轉(zhuǎn)型。試卷答案一、選擇題1.D2.C3.B4.D5.C6.B7.C8.A9.D10.B二、填空題1.構(gòu)建理解改造2.基因編輯（或PCR，或基因克隆等均可接受）3.調(diào)控改造4.生物元件5.基因線路組裝（或線路構(gòu)建）6.生物基7.底盤細(xì)胞營養(yǎng)代謝8.傳感元件信號轉(zhuǎn)換9.倫理安全10.計算機模擬生物學(xué)實驗三、簡答題1.答案：合成生物學(xué)是設(shè)計、構(gòu)建或重新設(shè)計生物系統(tǒng)，而傳統(tǒng)化學(xué)合成是直接在體外通過化學(xué)試劑和條件合成化合物。合成生物學(xué)方法通常利用生物體（細(xì)胞）作為“工廠”，在接近生理的溫和條件下進行合成，過程可能更綠色、特異性更高，尤其擅長手性化合物或復(fù)雜分子的合成；而傳統(tǒng)化學(xué)合成條件可能更劇烈，選擇性有時需要通過多步反應(yīng)和純化獲得。解析思路：考察對兩大領(lǐng)域基本概念和特點的理解。需要區(qū)分兩者的核心差異：合成生物學(xué)是“從下往上”構(gòu)建或改造生物系統(tǒng)，傳統(tǒng)化學(xué)合成是“從上往下”直接化學(xué)合成。比較兩者在反應(yīng)條件、環(huán)境友好性、特異性、適用范圍（尤其對復(fù)雜分子）等方面的異同。2.答案：底盤細(xì)胞是合成生物學(xué)中用于承載和表達基因線路、生產(chǎn)目標(biāo)產(chǎn)物的微生物或細(xì)胞。選擇合適的底盤細(xì)胞是合成生物學(xué)設(shè)計的關(guān)鍵第一步。需要考慮的因素包括：生長速度、代謝能力（底物利用、產(chǎn)物耐受性）、遺傳操作易感性、安全性（非致病性、環(huán)境兼容性）、現(xiàn)有改造基礎(chǔ)、成本效益等。解析思路：考察對底盤細(xì)胞概念及其選擇重要性的理解。明確底盤細(xì)胞的作用是“載體”和“工廠”。列出選擇時需要權(quán)衡的關(guān)鍵理化、生物學(xué)、操作性和經(jīng)濟性指標(biāo)。3.答案：利用合成生物學(xué)方法生產(chǎn)手性藥物分子具有顯著優(yōu)勢。首先，許多手性藥物分子是手性催化劑（酶）的底物或產(chǎn)物，利用工程改造的微生物細(xì)胞可以高效、高立體選擇性地生產(chǎn)其中一種異構(gòu)體（外消旋體中的一個對映異構(gòu)體）。其次，微生物系統(tǒng)可以提供高度的酶特異性，避免傳統(tǒng)化學(xué)合成中可能產(chǎn)生的副反應(yīng)和立體異構(gòu)體污染。此外，生物合成路線可能更短、更綠色。解析思路：考察對合成生物學(xué)在特定領(lǐng)域（手性化學(xué)）應(yīng)用優(yōu)勢的理解。需要結(jié)合手性藥物合成的特點（酶催化、立體選擇性要求）來闡述微生物（酶）系統(tǒng)相比化學(xué)合成（可能需要手性催化劑或拆分）的優(yōu)勢，如高選擇性、專一性、綠色環(huán)保等。4.答案：合成生物學(xué)在生物燃料生產(chǎn)方面有廣泛潛在應(yīng)用。例如，通過代謝工程改造大腸桿菌或酵母，使其能夠高效地將植物秸稈等非糧原料（如木質(zhì)纖維素）中的糖類發(fā)酵成乙醇，用于替代汽油等化石燃料?；蛘吒脑煳⑸镆陨a(chǎn)生物柴油前體（如脂肪酸甲酯）。解析思路：考察對合成生物學(xué)在生物燃料領(lǐng)域應(yīng)用的認(rèn)知。要求能列舉一兩個具體的、有代表性的應(yīng)用實例，并說明其基本原理（如利用代謝工程改變發(fā)酵途徑）。乙醇發(fā)酵是其中最經(jīng)典和成熟的例子。四、論述題1.答案：代謝工程改造微生物用于生產(chǎn)生物基化學(xué)品的一般策略包括：首先，分析目標(biāo)產(chǎn)物的生物合成途徑；其次，選擇合適的底盤細(xì)胞；然后，通過基因克隆、基因編輯等技術(shù)，過表達途徑中的關(guān)鍵酶，或敲除/抑制競爭性途徑中的非必需酶或分支點酶，以引導(dǎo)代謝流向目標(biāo)產(chǎn)物；接著，對細(xì)胞進行營養(yǎng)代謝改造，提高底物利用效率，減少副產(chǎn)物積累；最后，優(yōu)化培養(yǎng)條件（溫度、pH、通氣等）和細(xì)胞工廠（如構(gòu)建細(xì)胞株、發(fā)酵工藝優(yōu)化）。面臨的挑戰(zhàn)主要包括：目標(biāo)產(chǎn)物可能對細(xì)胞產(chǎn)生毒性；代謝途徑改造可能導(dǎo)致生長缺陷；通路重構(gòu)的復(fù)雜性及調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的不確定性；如何高效、低成本地實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)；以及環(huán)境釋放的安全性問題等。解析思路：考察對代謝工程核心概念、基本流程和實際挑戰(zhàn)的全面理解。需要系統(tǒng)性地闡述從目標(biāo)分析到工程改造再到優(yōu)化的整個過程，并能夠識別并論述其中遇到的主要困難和瓶頸。2.答案：合成生物學(xué)技術(shù)通過賦予生物系統(tǒng)新的或改進的功能，正在推動化學(xué)產(chǎn)業(yè)的綠色化轉(zhuǎn)型。首先，它使得利用可再生生物質(zhì)資源替代不可再生的化石資源生產(chǎn)化學(xué)品成為可能，例如通過工程菌生產(chǎn)乳酸、琥珀酸、氨基酸等。其次，合成生物學(xué)可以設(shè)計出在溫和條件下（常溫常壓、水相、中性pH）高效催化的生物催化劑（酶），替代傳統(tǒng)化學(xué)合成中需要高溫高壓、強酸強堿和有毒催化劑的方法，減少能耗和污染。此外，通過構(gòu)建生物傳感器，可以