2025年大學(xué)《化學(xué)生物學(xué)》專業(yè)題庫(kù)——水生植物資源與水域保護(hù)考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、名詞解釋（每題3分，共15分）1.次生代謝產(chǎn)物2.生物合成途徑3.植物修復(fù)4.生物指示物5.人工濕地二、簡(jiǎn)答題（每題5分，共20分）1.簡(jiǎn)述水生植物次生代謝產(chǎn)物的生物合成途徑中，甲羥戊酸途徑的主要作用。2.比較水生植物吸收和積累重金屬離子與其他污染物（如有機(jī)污染物）的異同點(diǎn)。3.簡(jiǎn)述利用基因工程改良水生植物修復(fù)能力的主要策略。4.闡述水生植物在構(gòu)建人工濕地中，對(duì)于維持生態(tài)系統(tǒng)功能所起的關(guān)鍵作用。三、論述題（每題10分，共30分）1.試述從水生植物中篩選和分離活性成分的化學(xué)生物學(xué)策略，并舉例說(shuō)明某種活性成分的應(yīng)用潛力。2.結(jié)合具體的污染物類型和水生植物種類，論述水生植物修復(fù)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)、局限性及其化學(xué)生物學(xué)基礎(chǔ)。3.設(shè)計(jì)一個(gè)利用水生植物監(jiān)測(cè)水體中特定內(nèi)分泌干擾物污染的方案，并詳細(xì)闡述其原理和關(guān)鍵步驟。四、分析題（每題12分，共24分）1.某研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)一種水生蕨類植物對(duì)水體中的高濃度氨氮具有顯著的凈化效果。請(qǐng)從化學(xué)生物學(xué)角度分析，這種植物可能存在哪些吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)和代謝氨氮的分子機(jī)制？2.某湖泊受到微囊藻水華污染，產(chǎn)生微囊藻毒素。探討利用化學(xué)生物學(xué)方法（如酶工程、基因工程等）抑制微囊藻生長(zhǎng)或降解微囊藻毒素的可行性，并簡(jiǎn)述其潛在的應(yīng)用前景。試卷答案一、名詞解釋1.次生代謝產(chǎn)物:指植物在生長(zhǎng)過(guò)程中，通過(guò)次生代謝途徑合成的一系列對(duì)自身生長(zhǎng)發(fā)育并非必需，但在適應(yīng)環(huán)境、防御脅迫、與生物相互作用等方面具有重要生理功能的有機(jī)化合物，如生物堿、皂苷、黃酮類、酚類等。**解析思路:*考察對(duì)基本概念“次生代謝”及其產(chǎn)物的理解。答案需包含合成特點(diǎn)（非必需）和功能特點(diǎn)（適應(yīng)、防御、互作）。2.生物合成途徑:指水生植物體內(nèi)次生代謝產(chǎn)物等復(fù)雜有機(jī)物通過(guò)一系列酶促反應(yīng)，以簡(jiǎn)單的碳骨架（如甲羥戊酸、乙酰輔酶A）為起始物質(zhì)，逐步合成目標(biāo)分子的代謝路徑。**解析思路:*考察對(duì)“生物合成途徑”定義的理解，需涉及合成起點(diǎn)（簡(jiǎn)單分子）、過(guò)程（酶促反應(yīng)）、終點(diǎn)（復(fù)雜產(chǎn)物）和特點(diǎn)（系列、逐步）。3.植物修復(fù):指利用植物的生命活力，通過(guò)植物吸收、轉(zhuǎn)化、積累、降解或穩(wěn)定環(huán)境中的污染物，降低污染物的濃度或毒性，從而改善環(huán)境質(zhì)量的一種生物修復(fù)技術(shù)。**解析思路:*考察對(duì)“植物修復(fù)”核心概念的理解，需包含利用主體（植物）、作用對(duì)象（污染物）、作用方式（吸收、轉(zhuǎn)化、積累、降解、穩(wěn)定）和最終目的（改善環(huán)境）。4.生物指示物:指能夠?qū)Νh(huán)境因子（特別是污染因子）的變化產(chǎn)生敏感反應(yīng)，從而可以用來(lái)監(jiān)測(cè)、評(píng)價(jià)環(huán)境質(zhì)量或污染程度的生物體（如植物、微生物）。**解析思路:*考察對(duì)“生物指示物”定義的理解，需包含關(guān)鍵特征（敏感反應(yīng)）、功能和用途（監(jiān)測(cè)、評(píng)價(jià)環(huán)境質(zhì)量/污染程度）。5.人工濕地:指人工建造的、模仿自然濕地結(jié)構(gòu)和功能，以土壤、基質(zhì)、水生植物和微生物共同構(gòu)成生態(tài)系統(tǒng)，用于處理污水、凈化水質(zhì)或作為生態(tài)景觀的工程。**解析思路:*考察對(duì)“人工濕地”概念的理解，需包含其構(gòu)成要素（土壤、基質(zhì)、植物、微生物、水）、功能和類型（污水處理、生態(tài)景觀）。二、簡(jiǎn)答題1.甲羥戊酸途徑在水生植物次生代謝產(chǎn)物生物合成中的主要作用是提供異戊二烯單位的碳骨架。該途徑是許多重要萜類化合物（如類胡蘿卜素、植物激素脫落酸、部分生物堿的前體）以及一些酚類化合物生物合成所必需的起始步驟或中間產(chǎn)物來(lái)源。**解析思路:*考察對(duì)核心代謝途徑（甲羥戊酸途徑）及其在次生代謝中角色的掌握。答案需點(diǎn)明途徑名稱、關(guān)鍵功能（提供異戊二烯單位）以及具體的應(yīng)用實(shí)例（萜類、植物激素、部分生物堿、酚類）。2.相同點(diǎn)：水生植物都能通過(guò)根系吸收環(huán)境中的污染物，并將其轉(zhuǎn)運(yùn)到地上部分。植物吸收污染物的過(guò)程通常涉及特定的轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白或通過(guò)被動(dòng)擴(kuò)散機(jī)制。**解析思路:*首先回答兩者共有的基本機(jī)制：吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)。指出可能的機(jī)制類型（轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白、被動(dòng)擴(kuò)散）。*不同點(diǎn)：水生植物吸收重金屬通常具有更高的選擇性（受離子種類、濃度、植物種類影響）和積累能力，且轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制可能更復(fù)雜，涉及跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的特定表達(dá)調(diào)控。而吸收有機(jī)污染物則可能受疏水性、脂溶性等因素影響較大，選擇性相對(duì)較低。此外，水生植物對(duì)重金屬的耐受性和解毒機(jī)制（如絡(luò)合、沉淀、排到水中）也與其對(duì)其他污染物的響應(yīng)不同。**解析思路:*對(duì)比兩者在吸收重金屬和其他有機(jī)污染物時(shí)的主要差異，從選擇性、積累能力、轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制、耐受與解毒機(jī)制等方面展開(kāi)論述。3.利用基因工程改良水生植物修復(fù)能力的策略主要包括：①篩選并克隆編碼高效吸收/轉(zhuǎn)運(yùn)/轉(zhuǎn)化/降解污染物相關(guān)酶（如轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白、氧化酶、水解酶）的基因，并將其轉(zhuǎn)入目標(biāo)修復(fù)植物中。②通過(guò)基因編輯技術(shù)（如CRISPR/Cas9）改造植物基因組，增強(qiáng)其耐受污染物的能力或提升相關(guān)代謝途徑活性。③將外源基因（如來(lái)自微生物的降解基因）整合到植物中，賦予其新的污染物降解能力。④通過(guò)調(diào)控植物次生代謝途徑相關(guān)基因的表達(dá)，增強(qiáng)其吸收和積累污染物（特別是重金屬）的能力。**解析思路:*考察對(duì)基因工程技術(shù)在環(huán)境修復(fù)中應(yīng)用的理解。答案需列舉主要策略，并簡(jiǎn)要說(shuō)明每種策略的技術(shù)手段和目標(biāo)（如轉(zhuǎn)入吸收/轉(zhuǎn)化基因、編輯耐受基因、賦予降解能力、調(diào)控積累能力）。4.水生植物在構(gòu)建人工濕地中發(fā)揮的關(guān)鍵作用體現(xiàn)在：①作為主要的初級(jí)生產(chǎn)者，通過(guò)光合作用固定CO2，釋放氧氣，維持濕地生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)。②通過(guò)根系吸收、富集水體中的營(yíng)養(yǎng)鹽（氮、磷）和部分重金屬，有效降低水體富營(yíng)養(yǎng)化程度和毒性。③根系及其分泌的粘液為微生物提供附著基質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，形成高效的生物膜系統(tǒng)，增強(qiáng)濕地的降解污染物能力。④不同水生植物（挺水、浮葉、沉水）構(gòu)成多層次植被結(jié)構(gòu)，提高濕地生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和生物多樣性。⑤某些特定植物具有凈化特定污染物的特殊能力（如蘆葦對(duì)磷的吸收、香蒲對(duì)酚類的吸附），可作為功能種植。**解析思路:*考察對(duì)水生植物在人工濕地生態(tài)系統(tǒng)功能中的作用理解。答案需從生產(chǎn)者角色（光合作用、物質(zhì)循環(huán)）、凈化功能（吸收營(yíng)養(yǎng)鹽、重金屬）、微生物棲息地、生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與穩(wěn)定性、功能植物應(yīng)用等多個(gè)維度進(jìn)行闡述。三、論述題1.從化學(xué)生物學(xué)角度，篩選和分離水生植物活性成分的策略通常包括：①初步篩選：利用生物活性測(cè)試（如細(xì)胞毒性、抗菌、抗氧化、酶抑制活性等）或化學(xué)方法（如紫外-可見(jiàn)光譜、色譜行為）從大量水生植物或其提取物中初步篩選出具有目標(biāo)活性的材料。②化學(xué)分離純化：采用系統(tǒng)化學(xué)方法（如反復(fù)硅膠柱色譜、凝膠柱色譜、制備型HPLC等）結(jié)合波譜學(xué)技術(shù)（如NMR、MS、IR）對(duì)目標(biāo)活性組分進(jìn)行分離純化，并確定其化學(xué)結(jié)構(gòu)。③生物合成途徑研究：通過(guò)代謝組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)等“組學(xué)”技術(shù)，研究活性成分的生物合成途徑，尋找關(guān)鍵酶基因或調(diào)控元件。④分子對(duì)接與模擬：利用計(jì)算機(jī)化學(xué)生物學(xué)方法，預(yù)測(cè)活性成分與生物靶標(biāo)（如受體、酶）的相互作用模式和結(jié)合位點(diǎn)，指導(dǎo)活性成分的結(jié)構(gòu)優(yōu)化或新類似物的設(shè)計(jì)。⑤作用機(jī)制研究：通過(guò)細(xì)胞生物學(xué)和分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)（如基因敲除/敲低、過(guò)表達(dá)、免疫共沉淀、熒光顯微鏡等），闡明活性成分在細(xì)胞或分子水平的作用機(jī)制。這一策略是一個(gè)從宏觀篩選到微觀機(jī)制逐步深入的過(guò)程，融合了化學(xué)、生物學(xué)和計(jì)算化學(xué)手段。**解析思路:*考察對(duì)活性成分發(fā)現(xiàn)與分離全流程的掌握，要求結(jié)合化學(xué)生物學(xué)多個(gè)層面（生物活性篩選、化學(xué)分離、生物合成研究、計(jì)算機(jī)模擬、作用機(jī)制探究）進(jìn)行系統(tǒng)論述，體現(xiàn)知識(shí)的整合應(yīng)用能力。需舉例說(shuō)明某類成分或某種策略。2.水生植物修復(fù)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于：①環(huán)境友好，操作簡(jiǎn)單，成本相對(duì)較低，對(duì)生態(tài)系統(tǒng)干擾較小。②可以同時(shí)去除多種污染物（協(xié)同效應(yīng)）。③易于管理（可通過(guò)收割等方式收獲吸收的污染物）。④美化環(huán)境，具有生態(tài)和景觀價(jià)值。局限性在于：①修復(fù)效率相對(duì)較低，尤其是對(duì)于低濃度或大面積污染。②修復(fù)周期較長(zhǎng)。③受環(huán)境條件（光照、溫度、水流等）影響較大。④對(duì)某些高毒性、高濃度污染物效果有限，甚至可能造成二次污染（如植物死亡后釋放）。⑤植物吸收的污染物不易進(jìn)一步處理和資源化利用。其化學(xué)生物學(xué)基礎(chǔ)主要涉及：①植物根系對(duì)污染物的吸收機(jī)制（特定轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白介導(dǎo)的主動(dòng)運(yùn)輸、離子交換、被動(dòng)擴(kuò)散等）。②污染物在植物體內(nèi)的轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制（木質(zhì)部蒸騰流、韌皮部裝載/卸載等）。③植物對(duì)污染物的耐受與解毒機(jī)制（如產(chǎn)生螯合劑清除重金屬、通過(guò)酶系統(tǒng)（如超氧化物歧化酶、過(guò)氧化氫酶）降解有機(jī)污染物）。④植物地上部分對(duì)污染物的富集能力。因此，理解這些化學(xué)生物學(xué)機(jī)制是評(píng)估和優(yōu)化水生植物修復(fù)技術(shù)的前提。**解析思路:*要求全面分析水生植物修復(fù)技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)，并從化學(xué)生物學(xué)角度解釋這些優(yōu)缺點(diǎn)的內(nèi)在原因。優(yōu)點(diǎn)部分強(qiáng)調(diào)環(huán)境友好、低成本等；缺點(diǎn)部分強(qiáng)調(diào)效率、周期、環(huán)境影響等；基礎(chǔ)部分深入到分子和細(xì)胞機(jī)制層面（吸收轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白、耐受解毒機(jī)制等）。3.設(shè)計(jì)利用水生植物監(jiān)測(cè)水體中特定內(nèi)分泌干擾物（如雙酚A）污染的方案：原理是利用某些水生植物對(duì)內(nèi)分泌干擾物具有高吸收或快速響應(yīng)的特性，通過(guò)檢測(cè)植物體內(nèi)該物質(zhì)的含量變化或植物表型/生理生化的改變來(lái)指示水體污染狀況。方案步驟：①篩選指示植物：選擇對(duì)目標(biāo)內(nèi)分泌干擾物（雙酚A）具有較高吸收富集能力或敏感響應(yīng)（如表型變化、抗氧化系統(tǒng)響應(yīng)）的水生植物種類（如某些水葫蘆、蘆葦、香蒲等）。②設(shè)置實(shí)驗(yàn)：在受控環(huán)境下（如水培或盆栽），設(shè)置不同濃度梯度的雙酚A添加水體處理組和一個(gè)空白對(duì)照組。③樣品采集與處理：定期采集植物根系和地上部分的樣品，清洗后烘干、研磨，采用合適的提取方法（如固相萃取、液-液萃?。┨崛≈参镏械碾p酚A。④檢測(cè)與分析：使用高靈敏度檢測(cè)技術(shù)（如高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法HPLC-MS/MS）定量分析植物樣品中雙酚A的含量。同時(shí)，可結(jié)合分子生物學(xué)方法（如檢測(cè)抗氧化相關(guān)基因表達(dá)）或表型觀察（如生長(zhǎng)抑制、形態(tài)變化）評(píng)估植物的響應(yīng)程度。⑤建立響應(yīng)關(guān)系：通過(guò)重復(fù)實(shí)驗(yàn)，建立植物體內(nèi)污染物含量/響應(yīng)程度與水體污染濃度的關(guān)系模型。⑥結(jié)果判讀：根據(jù)監(jiān)測(cè)到的植物響應(yīng)水平，結(jié)合建立的模型，評(píng)估水體中雙酚A的污染狀況和潛在風(fēng)險(xiǎn)。**解析思路:*考察設(shè)計(jì)性、綜合應(yīng)用能力。要求提出核心原理，選擇合適的方法和材料，詳細(xì)描述實(shí)驗(yàn)流程（篩選、設(shè)置、采樣、檢測(cè)、建模、判讀），并體現(xiàn)多技術(shù)融合（化學(xué)分析、分子生物學(xué)、表型觀察）。方案需邏輯清晰、步驟完整、技術(shù)合理。四、分析題1.水生蕨類植物對(duì)高濃度氨氮的凈化效果，從化學(xué)生物學(xué)角度可能涉及以下機(jī)制：①根系吸收：植物根系可能通過(guò)特定的氨基酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白（如AMT/AST）或離子交換機(jī)制吸收氨氣（NH?）或銨根離子（NH??）。②跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)：吸收進(jìn)入細(xì)胞后，可能通過(guò)質(zhì)子驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)運(yùn)體（如內(nèi)向轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白）或通過(guò)擴(kuò)散機(jī)制進(jìn)入液泡或細(xì)胞質(zhì)。③液泡區(qū)室化：高濃度的NH??可能被轉(zhuǎn)運(yùn)到液泡中，通過(guò)形成不溶性的磷酸銨鹽（如磷酸銨鎂、磷酸銨鈣）來(lái)降低細(xì)胞質(zhì)中的毒害濃度。④細(xì)胞內(nèi)轉(zhuǎn)化：細(xì)胞質(zhì)中的氨（或通過(guò)谷氨酰胺合成酶/GOGAT途徑產(chǎn)生的谷氨酸）可能被用于合成谷氨酰胺或天冬酰胺等含氮化合物，納入植物氮代謝循環(huán)。⑤根系分泌：植物根系可能分泌有機(jī)酸或酶（如尿素酶、谷氨酰胺脫氫酶）將吸收的銨態(tài)氮轉(zhuǎn)化為其他形態(tài)（如尿素、硝酸鹽），或直接分泌到水中參與轉(zhuǎn)化。⑥光合作用影響：高濃度氨氮可能影響光合作用相關(guān)酶（如RuBisCO）的活性，植物可能通過(guò)調(diào)節(jié)光合與氮代謝的平衡來(lái)適應(yīng)。**解析思路:*要求對(duì)植物處理氨氮的多種可能化學(xué)生物學(xué)機(jī)制進(jìn)行分析和整合。需要考慮吸收途徑（轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白、擴(kuò)散）、區(qū)室化（液泡），轉(zhuǎn)化途徑（氮循環(huán)、酶促反應(yīng)），以及分泌途徑。同時(shí)也要提及高濃度污染物對(duì)植物自身代謝（如光合作用）的潛在影響及植物的適應(yīng)策略。2.利用化學(xué)生物學(xué)方法抑制微囊藻生長(zhǎng)或降解微囊藻毒素的可行性分析與前景展望：①抑制微囊藻生長(zhǎng)：可行性較高。方法包括：a)利用植物提取物：篩選具有微囊藻抑制活性的次生代謝產(chǎn)物（如某些黃酮、酚類、生物堿），通過(guò)調(diào)控其合成或直接應(yīng)用。b)利用植物-微生物共生：篩選并利用能產(chǎn)生微囊藻毒素拮抗物質(zhì)（如抗生素、酶）或競(jìng)爭(zhēng)性抑制微囊藻生長(zhǎng)的植物根際微生物，通過(guò)基因工程增強(qiáng)這些微生物的功能或引入高效菌株。c)基因工程微囊藻：通過(guò)基因編輯技術(shù)（如CRISPR）敲低微囊藻關(guān)鍵生長(zhǎng)相關(guān)基因或增強(qiáng)其環(huán)境脅迫敏感性。前景：植物提取物來(lái)源廣泛但活性可能不穩(wěn)定；植物-微生物共生系統(tǒng)較復(fù)雜但環(huán)境友好；基因工程微囊藻直接作用于藻類，效果可能顯著，但存在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)和倫理爭(zhēng)議。②降解微囊藻毒素：可行性存在挑戰(zhàn)。方法包括：a)利用植物酶系統(tǒng)：篩選具有降解微囊藻毒素能力的植物酶（如過(guò)氧化物酶、多酚氧化酶、某些水解酶），通過(guò)基因工程將其高效表達(dá)于植物體內(nèi)或構(gòu)建酶工程菌。b)利用植物-微生物系統(tǒng)：篩選能降解微囊藻毒素的植物根際微生物（細(xì)菌、真菌），通過(guò)基因工程增強(qiáng)其降解酶的表達(dá)或構(gòu)建高效降解菌。c)植物介導(dǎo)的酶工程：將外源降解基因?qū)胫参铮弥参矬w系進(jìn)行毒素降解。前景：利用植物自身或共生的生物酶系進(jìn)行降解是環(huán)境