2025年大學(xué)《地球系統(tǒng)科學(xué)》專業(yè)題庫——生物地學(xué)研究的新視角考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共20分。請將正確選項(xiàng)的字母填在題干后的括號內(nèi)）1.下列哪項(xiàng)技術(shù)通常不直接用于分析環(huán)境樣本中的宏基因組或宏轉(zhuǎn)錄組？A.高通量測序(High-throughputsequencing)B.原位雜交(Insituhybridization)C.熒光定量PCR(QuantitativePCR)D.穩(wěn)定同位素分析(Stableisotopeanalysis)2.在生物地球化學(xué)循環(huán)研究中，環(huán)境DNA(eDNA)技術(shù)的主要優(yōu)勢在于？A.直接觀察生物個體的行為模式B.無需捕捉或標(biāo)記生物即可進(jìn)行群落組成分析C.精確測量生物體的生理代謝速率D.直接獲取生物體的遺傳物質(zhì)進(jìn)行測序3.遙感技術(shù)在生物地學(xué)研究中的主要應(yīng)用局限在于？A.無法提供大范圍、長時間序列的數(shù)據(jù)B.獲取的數(shù)據(jù)精度通常低于地面觀測C.解譯結(jié)果易受云層覆蓋和傳感器分辨率的限制D.無法與地面生物多樣性調(diào)查數(shù)據(jù)進(jìn)行整合4.機(jī)器學(xué)習(xí)算法在生態(tài)學(xué)研究中通常被用于？A.直接進(jìn)行野外實(shí)地調(diào)查B.自動化采集生物樣本C.分析復(fù)雜生態(tài)系統(tǒng)數(shù)據(jù)并識別模式、進(jìn)行預(yù)測D.設(shè)計(jì)新的生物地球化學(xué)循環(huán)理論5.“生物地學(xué)研究的新視角”最核心的內(nèi)涵是？A.完全拋棄傳統(tǒng)的研究方法和理論B.更加關(guān)注生物因素在地球系統(tǒng)各圈層相互作用中的驅(qū)動作用和響應(yīng)機(jī)制C.僅使用昂貴的進(jìn)口設(shè)備進(jìn)行實(shí)驗(yàn)D.將生物學(xué)研究完全獨(dú)立于地球科學(xué)領(lǐng)域之外6.以下哪項(xiàng)屬于典型的跨學(xué)科融合在生物地學(xué)研究中的體現(xiàn)？A.單純使用地質(zhì)學(xué)方法研究巖石圈對生物圈的影響B(tài).結(jié)合生態(tài)模型和地球系統(tǒng)模型（ESMs）研究氣候變化對森林碳匯的影響C.僅在實(shí)驗(yàn)室條件下研究植物生理生態(tài)過程D.利用傳統(tǒng)野外調(diào)查方法統(tǒng)計(jì)物種多樣性7.宏轉(zhuǎn)錄組學(xué)相較于宏基因組學(xué)，其研究重點(diǎn)更側(cè)重于？A.物種群落的遺傳多樣性構(gòu)成B.特定環(huán)境條件下生物群落活躍的功能基因表達(dá)C.樣本中所有微生物的總DNA組成D.環(huán)境樣品中所有生物的總RNA組成8.同位素示蹤技術(shù)在研究水體中營養(yǎng)鹽（如氮、磷）遷移轉(zhuǎn)化路徑時，主要利用了同位素的什么特性？A.化學(xué)性質(zhì)相同但物理性質(zhì)不同B.物理性質(zhì)相同但化學(xué)性質(zhì)不同C.在生物地球化學(xué)過程中具有不同的分餾特征D.無法在樣品中穩(wěn)定存在9.下列哪項(xiàng)是“地球系統(tǒng)科學(xué)”視角下理解生物多樣性變化的關(guān)鍵要素？A.僅關(guān)注物種數(shù)量和分布的時空變化B.強(qiáng)調(diào)生物多樣性與其他地球系統(tǒng)圈層（大氣、水、巖石、土壤等）以及人類活動的相互作用C.主要通過野外樣方調(diào)查獲取數(shù)據(jù)D.側(cè)重于物種分類鑒定工作10.利用遙感數(shù)據(jù)估算區(qū)域植被凈初級生產(chǎn)力（NPP），其間接反映的是？A.植物群落中的物種多樣性水平B.植物光合作用固定碳量與呼吸作用釋放碳量的差值C.土壤中微生物的活性強(qiáng)度D.植物群落中葉綠素a的含量二、填空題（每空1分，共15分。請將答案填在橫線上）1.利用高通量測序技術(shù)分析環(huán)境樣本中的________和________，是當(dāng)前微生物生態(tài)學(xué)研究的重要“新視角”。2.遙感影像的解譯通常需要結(jié)合________和________等地理信息數(shù)據(jù)，以獲得更全面的生態(tài)學(xué)信息。3.機(jī)器學(xué)習(xí)算法中的________模型在預(yù)測物種分布方面應(yīng)用廣泛，它能夠模擬物種與環(huán)境因子之間的復(fù)雜關(guān)系。4.________技術(shù)是利用生物體活動對環(huán)境元素的同位素分餾效應(yīng)，來追蹤物質(zhì)在生物地球化學(xué)循環(huán)中的遷移路徑。5.生物地學(xué)研究的新視角強(qiáng)調(diào)將生物過程納入________的框架下進(jìn)行整體性、系統(tǒng)性研究。6.________是指從環(huán)境中提取微量生物樣本的DNA，用于分析群落組成，無需直接觀察或捕捉生物個體。7.在生物地球化學(xué)循環(huán)模型中，對生物過程進(jìn)行準(zhǔn)確參數(shù)化是提高模型模擬精度的關(guān)鍵，這需要整合來自________和________等多源數(shù)據(jù)。8.跨學(xué)科研究推動生物地學(xué)發(fā)展，例如將生態(tài)學(xué)模型與________模型耦合，可以更全面地評估全球變化的影響。三、簡答題（每題5分，共20分）1.簡述利用環(huán)境DNA（eDNA）技術(shù)進(jìn)行生物多樣性研究的優(yōu)勢。2.比較遙感影像分析與地面生物多樣性調(diào)查方法在獲取信息類型和空間尺度上的主要異同。3.簡述同位素示蹤技術(shù)（如δ1?N,δ13C）在研究植物營養(yǎng)生理方面的基本原理。4.解釋什么是“地球系統(tǒng)科學(xué)視角”，并說明其如何改變了我們對生物地學(xué)問題的理解。四、論述題（每題10分，共30分）1.論述高通量測序技術(shù)在揭示微生物驅(qū)動生物地球化學(xué)循環(huán)過程中的作用、優(yōu)勢與潛在挑戰(zhàn)。2.結(jié)合具體實(shí)例，論述遙感與地理信息系統(tǒng)（GIS）技術(shù)如何被用于監(jiān)測和評估生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的變化。3.探討人工智能（AI）和機(jī)器學(xué)習(xí)在生物地學(xué)大數(shù)據(jù)分析中的應(yīng)用前景，并分析其可能帶來的機(jī)遇與挑戰(zhàn)。---試卷答案一、選擇題1.B*解析思路：原位雜交技術(shù)主要用于在組織切片或細(xì)胞水平上檢測特定核酸序列的原位分布，不直接用于大規(guī)模環(huán)境樣本的宏基因組或宏轉(zhuǎn)錄組分析。高通量測序是核心技術(shù)，熒光定量PCR可用于定量特定基因表達(dá)，穩(wěn)定同位素分析是研究生物地球化學(xué)循環(huán)的重要手段。2.B*解析思路：eDNA技術(shù)的核心優(yōu)勢在于通過檢測環(huán)境中釋放的微量DNA來推斷生物存在，無需直接捕捉或標(biāo)記，即可實(shí)現(xiàn)對群落組成的評估，尤其適用于難以捕捉或分布廣泛/稀有的物種。3.C*解析思路：遙感數(shù)據(jù)受傳感器、大氣條件（云層）、分辨率等因素影響，其解譯精度和可靠性受限制，這是其相比地面觀測的主要局限之一。其他選項(xiàng)描述的限制相對較小或不是主要局限。4.C*解析思路：機(jī)器學(xué)習(xí)的優(yōu)勢在于處理高維、復(fù)雜、非線性數(shù)據(jù)的能力，能夠從海量生態(tài)數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)隱藏模式、建立預(yù)測模型，如預(yù)測物種分布、環(huán)境變化影響等。其他選項(xiàng)描述的功能不屬于機(jī)器學(xué)習(xí)的范疇。5.B*解析思路：“新視角”的核心在于認(rèn)識到生物過程是地球系統(tǒng)運(yùn)行不可或缺的驅(qū)動力和響應(yīng)者，強(qiáng)調(diào)從整體和系統(tǒng)層面理解生物與地球各圈層（大氣、水、巖石、土壤等）以及人類活動的相互作用。6.B*解析思路：將生態(tài)模型（描述生物過程）與地球系統(tǒng)模型（描述整個地球系統(tǒng)）耦合，是典型的跨學(xué)科融合，旨在更全面地模擬和預(yù)測全球變化情景下生態(tài)系統(tǒng)的發(fā)展變化。其他選項(xiàng)或僅涉及單一學(xué)科，或描述不夠深入。7.B*解析思路：宏轉(zhuǎn)錄組學(xué)研究的是特定環(huán)境下活著的生物體正在表達(dá)的基因（功能基因），反映了群落的功能活動狀態(tài)。宏基因組學(xué)則包含所有遺傳物質(zhì)，不區(qū)分活躍與沉默基因。8.C*解析思路：同位素示蹤利用的是不同同位素在生物地球化學(xué)循環(huán)中因物理化學(xué)性質(zhì)微小差異而導(dǎo)致的分餾效應(yīng)（如δ1?N,δ13C值的變化），據(jù)此追蹤物質(zhì)路徑。9.B*解析思路：地球系統(tǒng)科學(xué)強(qiáng)調(diào)各圈層相互作用，因此理解生物多樣性變化必須考慮氣候變化、土地利用、污染物等與其他圈層及人類活動的耦合影響，這是其核心視角。10.B*解析思路：遙感數(shù)據(jù)（如NDVI）反映植被生長狀況，結(jié)合生理學(xué)知識，可以估算光合作用吸收的CO?量與呼吸作用釋放的CO?量之差，即NPP。二、填空題1.宏基因組，宏轉(zhuǎn)錄組*解析思路：高通量測序主要應(yīng)用于分析樣本中的所有微生物基因組（宏基因組）和轉(zhuǎn)錄組（宏轉(zhuǎn)錄組）。2.GIS，環(huán)境因子*解析思路：遙感影像需要與地理信息系統(tǒng)（GIS）數(shù)據(jù)（如海拔、坡度、土壤類型、氣候數(shù)據(jù)等）結(jié)合，才能更準(zhǔn)確地解釋生態(tài)現(xiàn)象和環(huán)境背景。3.生態(tài)回歸（或Maxent）*解析思路：生態(tài)回歸模型（EcologicalRegressionModels）和Maxent算法是機(jī)器學(xué)習(xí)中最常用的用于物種分布建模（SpeciesDistributionModeling,SDM）的幾種方法。4.同位素*解析思路：同位素示蹤技術(shù)正是利用生物活動引起的環(huán)境元素同位素組成的變化來進(jìn)行追蹤。5.地球系統(tǒng)*解析思路：生物地學(xué)研究的新視角要求將生物納入整個地球系統(tǒng)框架下進(jìn)行綜合考察。6.環(huán)境DNA*解析思路：eDNA技術(shù)的核心就是從環(huán)境中提取DNA。7.野外觀測，遙感*解析思路：模型參數(shù)化需要地面實(shí)測數(shù)據(jù)（野外觀測）和宏觀格局?jǐn)?shù)據(jù)（遙感等）來約束和驗(yàn)證。8.地球系統(tǒng)（或ESMs）*解析思路：生態(tài)模型與地球系統(tǒng)模型（EarthSystemModels）耦合是跨學(xué)科融合的重要體現(xiàn)。三、簡答題1.簡述利用環(huán)境DNA（eDNA）技術(shù)進(jìn)行生物多樣性研究的優(yōu)勢。*解析思路：優(yōu)勢主要包括：①無需捕捉或標(biāo)記生物，對保護(hù)對象干擾小，尤其適用于瀕危、罕見或難以捕捉的物種；②可檢測到生物的代謝痕跡，即使生物不在現(xiàn)場也能發(fā)現(xiàn)其存在；③可評估群落組成和豐度；④適用環(huán)境范圍廣（水、土、氣）；⑤技術(shù)發(fā)展迅速，可應(yīng)用于多物種同步調(diào)查。2.比較遙感影像分析與地面生物多樣性調(diào)查方法在獲取信息類型和空間尺度上的主要異同。*解析思路：相同點(diǎn)：①都可用于研究生物多樣性及其空間分布格局。不同點(diǎn)：①信息類型：遙感主要獲取宏觀、間接的生態(tài)信息（如植被指數(shù)、冠層結(jié)構(gòu)、水體范圍等），屬于“間接”或“指標(biāo)”數(shù)據(jù)；地面調(diào)查直接獲取物種鑒定、豐度、多度、行為等“直接”或“本體”數(shù)據(jù)。②空間尺度：遙感覆蓋范圍廣，可達(dá)區(qū)域、景觀乃至全球尺度，但分辨率有限，信息較粗；地面調(diào)查通常在較小尺度（樣方、樣線）進(jìn)行，精度高，但覆蓋范圍有限，難以反映大尺度格局。3.簡述同位素示蹤技術(shù)（如δ1?N,δ13C）在研究植物營養(yǎng)生理方面的基本原理。*解析思路：基本原理是利用不同來源或不同生物過程利用的同位素（如大氣氮、土壤有機(jī)質(zhì)碳）具有不同的同位素組成（δ值差異），通過分析植物組織中的δ1?N和δ13C值，可以推斷植物氮素的吸收來源（如大氣固氮、土壤硝態(tài)氮、有機(jī)質(zhì)）和碳素代謝途徑（如C3/C4光合作用、光合作用與呼吸作用貢獻(xiàn)）。例如，δ1?N值越低，通常表示更多地利用了氮?dú)饣蛲寥乐泻枯^低的有機(jī)物。4.解釋什么是“地球系統(tǒng)科學(xué)視角”，并說明其如何改變了我們對生物地學(xué)問題的理解。*解析思路：地球系統(tǒng)科學(xué)視角是指將地球視為一個由大氣圈、水圈、巖石圈、生物圈和冰雪圈等相互關(guān)聯(lián)、相互作用的整體系統(tǒng)，強(qiáng)調(diào)各圈層之間的物質(zhì)、能量和信息的流動與循環(huán)。它改變了我們對生物地學(xué)問題的理解：①認(rèn)識到生物不僅受環(huán)境驅(qū)動，更是地球系統(tǒng)運(yùn)行的關(guān)鍵驅(qū)動因素和反饋環(huán)節(jié)；②強(qiáng)調(diào)必須跨學(xué)科、多尺度地整合不同過程的知識；③關(guān)注人類活動作為外部強(qiáng)迫對整個地球系統(tǒng)（包括生物圈）的全面影響；④目標(biāo)是理解整個地球系統(tǒng)的動態(tài)變化、耦合機(jī)制和未來演變。四、論述題1.論述高通量測序技術(shù)在揭示微生物驅(qū)動生物地球化學(xué)循環(huán)過程中的作用、優(yōu)勢與潛在挑戰(zhàn)。*解析思路：作用：①揭示了土壤、水體、沉積物等環(huán)境中微生物群落結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和多樣性；②鑒定了參與關(guān)鍵生物地球化學(xué)循環(huán)（碳、氮、磷、硫等）的特定功能基因和操作子；③量化了功能基因的豐度與活性，評估了微生物在循環(huán)中的相對貢獻(xiàn)；④追蹤了微生物群落對環(huán)境變化的響應(yīng)及其對循環(huán)速率的影響。優(yōu)勢：①前所未有的規(guī)模和分辨率，可檢測到低豐度關(guān)鍵功能微生物；②能直接評估功能潛力而非僅依賴形態(tài)分類；③加速了新功能基因和新代謝途徑的發(fā)現(xiàn)。潛在挑戰(zhàn)：①數(shù)據(jù)量巨大，需要強(qiáng)大的生物信息學(xué)分析能力；②從基因豐度/活性到實(shí)際生態(tài)功能貢獻(xiàn)的轉(zhuǎn)化仍需結(jié)合實(shí)驗(yàn)和模型；③環(huán)境因素對微生物功能的影響機(jī)制復(fù)雜，難以完全解析；④標(biāo)準(zhǔn)化流程和數(shù)據(jù)庫建設(shè)仍在進(jìn)行中。2.結(jié)合具體實(shí)例，論述遙感與地理信息系統(tǒng)（GIS）技術(shù)如何被用于監(jiān)測和評估生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的變化。*解析思路：遙感與GIS是監(jiān)測生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)（如碳匯、水源涵養(yǎng)、土壤保持、生物多樣性）變化的重要工具。應(yīng)用方式：①利用遙感指數(shù)（如NDVI、LAI、FVC）監(jiān)測植被覆蓋、生長季長度、生物量等，評估碳儲量和固碳潛力變化（如監(jiān)測森林砍伐、恢復(fù)對碳匯的影響）；②通過多時相遙感影像分析土地利用/覆蓋變化（LULCC），評估其對水源涵養(yǎng)、土壤保持功能的影響（如監(jiān)測城市擴(kuò)張對流域水