2025年大學(xué)《化學(xué)生物學(xué)》專業(yè)題庫——生物能源生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共20分。請(qǐng)將正確選項(xiàng)字母填入括號(hào)內(nèi)）1.在光合作用中，將光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能并儲(chǔ)存在ATP和NADPH中的主要場所是？A.細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)B.葉綠體外膜C.基質(zhì)D.類囊體膜2.下列哪種酶是纖維素降解過程中的關(guān)鍵酶？A.脂肪酸合成酶B.淀粉酶C.纖維素酶D.乳糖酶3.微生物燃料電池（MFC）中，電子從有機(jī)底物傳遞到陽極的過程通常由什么催化？A.陰極上的氧氣還原酶B.陽極上的產(chǎn)電菌分泌的酶C.質(zhì)子交換膜D.外部電路4.代謝工程中，通過改造生物體使其積累目標(biāo)產(chǎn)物（如生物燃料），通常需要？A.提高分解途徑中酶的活性B.阻斷目標(biāo)產(chǎn)物合成途徑的旁路分支C.降低目標(biāo)產(chǎn)物合成途徑中酶的表達(dá)量D.以上都不對(duì)5.光生物制氫過程中，氫化酶的作用是？A.將水分解為氧氣和質(zhì)子B.將NADPH和ATP轉(zhuǎn)化為NADP?和ADPC.將電子和質(zhì)子結(jié)合生成氫氣D.吸收光能6.生物柴油的主要成分是？A.甘油和脂肪酸B.甲醇和脂肪酸酯C.乙醇和脂肪酸酯D.丙酮和脂肪酸7.在生物能源生產(chǎn)中，使用固定化酶相比游離酶的主要優(yōu)勢之一是？A.酶的穩(wěn)定性降低B.酶的重復(fù)使用性差C.酶的催化效率可能提高D.酶的生產(chǎn)成本更高8.CRISPR-Cas9技術(shù)常被用于生物能源研究，其主要應(yīng)用目的是？A.提高宿主細(xì)胞的呼吸作用效率B.通過基因編輯改造微生物，優(yōu)化生物燃料合成途徑C.促進(jìn)植物快速生長以增加生物質(zhì)產(chǎn)量D.增強(qiáng)微生物對(duì)重金屬的耐受性9.下列哪項(xiàng)不屬于當(dāng)前生物能源技術(shù)面臨的主要挑戰(zhàn)？A.成本過高B.能源轉(zhuǎn)換效率偏低C.原料來源有限且可持續(xù)性差D.對(duì)環(huán)境具有顯著的正面影響10.將生物質(zhì)中的糖類轉(zhuǎn)化為乙醇的主要途徑是？A.酶催化糖異生途徑B.酶催化三羧酸循環(huán)C.酶催化EMP途徑和HB解偶途徑D.化學(xué)合成途徑二、填空題（每空1分，共15分。請(qǐng)將答案填入橫線上）1.光合作用的光反應(yīng)階段主要發(fā)生在葉綠體的______上，其核心產(chǎn)物是ATP和______。2.生物燃料的生產(chǎn)過程通常涉及生物質(zhì)預(yù)處理、______和后處理三個(gè)主要步驟。3.在MFC中，電子從陽極傳遞到陰極的驅(qū)動(dòng)力是______的濃度差。4.通過蛋白質(zhì)工程改造酶，可以提高酶在______條件下的穩(wěn)定性和活性。5.代謝工程的核心思想是通過對(duì)生物體______的修飾，改變其代謝流向和產(chǎn)物合成。6.利用微藻生產(chǎn)生物燃料，相比傳統(tǒng)作物的主要優(yōu)勢之一是______。7.厭氧消化過程中，有機(jī)物在______微生物的作用下分解產(chǎn)生沼氣。8.纖維素酶通常由多個(gè)亞基組成，其作用機(jī)制涉及______水解和β-糖苷鍵水解。9.合成生物學(xué)利用工程化的方法設(shè)計(jì)和改造______，以實(shí)現(xiàn)特定功能。10.提高生物能源生產(chǎn)效率的關(guān)鍵在于降低______成本并提高能量轉(zhuǎn)換效率。三、簡答題（每題5分，共20分。請(qǐng)簡要回答下列問題）1.簡述光反應(yīng)階段中，光能是如何轉(zhuǎn)化為ATP和NADPH的。2.簡述酶固定化常用的幾種方法及其基本原理。3.簡述代謝工程中，通過“代謝途徑分析”優(yōu)化生物燃料合成的思路。4.簡述生物柴油生產(chǎn)過程中，油脂或脂肪酸甲酯化的基本反應(yīng)。四、論述題（每題10分，共20分。請(qǐng)結(jié)合化學(xué)生物學(xué)知識(shí)，深入闡述下列問題）1.論述提高光合作用效率在生物能源生產(chǎn)中的重要性，并至少提出三種基于化學(xué)生物學(xué)原理的潛在提升策略。2.論述代謝工程在構(gòu)建高效生物燃料生產(chǎn)菌株中的應(yīng)用潛力，并舉例說明如何通過代謝工程改造微生物以生產(chǎn)目標(biāo)生物燃料。---試卷答案一、選擇題1.D2.C3.B4.B5.C6.B7.C8.B9.D10.C二、填空題1.類囊體膜,NADPH2.微生物發(fā)酵（或酶工程轉(zhuǎn)化）3.質(zhì)子（或H?）4.高溫、高酸堿度（或極端）5.基因組（或遺傳調(diào)控網(wǎng)絡(luò)）6.不與農(nóng)作物爭奪耕地資源（或光合效率高、油脂含量高）7.厭氧（或產(chǎn)甲烷）8.外切9.細(xì)胞（或生物系統(tǒng)）10.制造成本（或生產(chǎn)）三、簡答題1.答案：光反應(yīng)階段，光能被光系統(tǒng)吸收，激發(fā)電子躍遷。在PSII中，水分解提供電子，同時(shí)釋放氧氣和質(zhì)子。高能量電子經(jīng)過質(zhì)體醌、細(xì)胞色素復(fù)合體等傳遞至PSI，被進(jìn)一步激發(fā)。來自PSI的高能電子與NADP?和質(zhì)子結(jié)合生成NADPH。同時(shí)，在類囊體膜上，質(zhì)子通過ATP合成酶積累形成質(zhì)子梯度，驅(qū)動(dòng)ADP和磷酸合成ATP。最終，ATP和NADPH將光能以化學(xué)能形式儲(chǔ)存，用于暗反應(yīng)。解析思路：考察對(duì)光反應(yīng)核心過程的掌握。需要明確光能吸收、電子傳遞鏈、水裂解、NADPH生成和ATP合成（光合磷酸化）等關(guān)鍵步驟及其與質(zhì)子梯度的關(guān)系。2.答案：常用方法包括：①包埋法，將酶包埋在凝膠、多糖、蠟等載體中；②化學(xué)結(jié)合法，通過共價(jià)鍵將酶固定在載體表面或水不溶性基質(zhì)上；③物理吸附法，利用范德華力或氫鍵將酶吸附在載體表面；④交聯(lián)法，利用交聯(lián)劑使酶分子之間或酶與載體之間形成共價(jià)網(wǎng)絡(luò)。基本原理是使酶分子與水溶性環(huán)境隔離，增加酶的穩(wěn)定性、可重復(fù)使用性，或改變酶的動(dòng)力學(xué)性質(zhì)。解析思路：考察對(duì)酶固定化技術(shù)的了解。需要知道至少三種常用方法，并能簡述其原理和目的（提高穩(wěn)定性、重復(fù)使用性）。3.答案：代謝途徑分析優(yōu)化生物燃料合成的思路是：首先，利用基因組測序和代謝組學(xué)等技術(shù)，全面了解目標(biāo)微生物的現(xiàn)有代謝網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和功能；其次，通過構(gòu)建和分析代謝網(wǎng)絡(luò)模型，識(shí)別限制目標(biāo)產(chǎn)物合成的瓶頸步驟（如關(guān)鍵酶活性低、底物供應(yīng)不足、產(chǎn)物抑制等）；最后，基于分析結(jié)果，設(shè)計(jì)并實(shí)施代謝工程策略，如過表達(dá)關(guān)鍵酶基因、敲除負(fù)反饋基因或代謝分支、引入新的酶促反應(yīng)路徑等，以重塑代謝流向，增加目標(biāo)產(chǎn)物的產(chǎn)量。解析思路：考察對(duì)代謝工程核心方法的掌握。需要理解從“分析”到“設(shè)計(jì)策略”的流程，涉及技術(shù)手段（基因/代謝組學(xué)）、分析內(nèi)容（瓶頸識(shí)別）和改造措施（基因操作/路徑改造）。4.答案：生物柴油生產(chǎn)通常指油脂或脂肪酸的酯交換反應(yīng)。以油脂為例，在催化劑（通常是強(qiáng)堿如NaOH或KOH）存在下，油脂（甘油三酯）與甲醇發(fā)生反應(yīng)，水解生成甘油和脂肪酸甲酯（即生物柴油）。其基本反應(yīng)式可簡化為：甘油三酯+3甲醇?甘油+3脂肪酸甲酯。脂肪酸乙酯與甲醇反應(yīng)類似。解析思路：考察對(duì)生物柴油核心化學(xué)反應(yīng)的掌握。需要知道基本反應(yīng)物（油脂/脂肪酸、甲醇）、催化劑、產(chǎn)物（生物柴油、甘油）以及反應(yīng)類型（酯交換）。四、論述題1.答案：提高光合作用效率對(duì)于生物能源生產(chǎn)至關(guān)重要，因?yàn)楣夂献饔檬撬猩锬茉矗ㄗ罱K源自太陽能）的初級(jí)生產(chǎn)過程，其效率直接影響生物質(zhì)的產(chǎn)量和能源密度?；诨瘜W(xué)生物學(xué)原理的潛在提升策略包括：①光系統(tǒng)工程的分子改造：通過蛋白質(zhì)工程或基因編輯（如CRISPR）優(yōu)化光系統(tǒng)II或I中關(guān)鍵捕光蛋白復(fù)合體（LHCs）和反應(yīng)中心蛋白的結(jié)構(gòu)，提高光能捕獲效率和電子傳遞速率；②酶活性的提升：篩選或改造參與光合作用關(guān)鍵步驟（如Rubisco、卡爾文循環(huán)酶）的基因，提高其催化效率和底物親和力，克服現(xiàn)有酶的效率瓶頸；③代謝流調(diào)控：通過代謝工程手段，將更多碳流導(dǎo)向目標(biāo)生物能源產(chǎn)物（如淀粉、油脂、乙醇）的合成，同時(shí)減少不必要的呼吸消耗；④人工光系統(tǒng)：利用合成生物學(xué)和納米技術(shù)構(gòu)建模擬自然光系統(tǒng)的人工結(jié)構(gòu)，更高效地轉(zhuǎn)換光能。解析思路：考察對(duì)光合作用限制因素及其化學(xué)生物學(xué)解決方案的理解。需要從整體效率出發(fā)，結(jié)合光系統(tǒng)、關(guān)鍵酶、代謝調(diào)控、前沿交叉技術(shù)等多個(gè)層面，提出具體且有依據(jù)的提升策略，并闡述其化學(xué)生物學(xué)原理。2.答案：代謝工程在構(gòu)建高效生物燃料生產(chǎn)菌株中具有巨大潛力，通過定向改造微生物的遺傳背景和代謝網(wǎng)絡(luò)，可以顯著提高目標(biāo)生物燃料的產(chǎn)量、生產(chǎn)速度和成本效益。應(yīng)用潛力體現(xiàn)在：①優(yōu)化現(xiàn)有生產(chǎn)菌株：例如，改造大腸桿菌或酵母中負(fù)責(zé)乙醇發(fā)酵的代謝途徑，通過過表達(dá)關(guān)鍵酶、敲除分解途徑基因、引入高活性異源酶等策略，提高乙醇產(chǎn)量和糖利用率；②構(gòu)建新型生產(chǎn)菌株：利用合成生物學(xué)設(shè)計(jì)全新的代謝通路，將非天然碳源或前體高效轉(zhuǎn)化為目標(biāo)燃料；③提高底物利用效率：改造微生物的轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)，使其能利用更廉價(jià)的底物（如農(nóng)業(yè)廢棄物水解液中的五碳糖、乳酸等）；④增強(qiáng)耐受性：提高菌株對(duì)