2025年大學《生物技術》專業(yè)題庫——生物能源的開發(fā)與利用考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每小題2分，共20分。請將正確選項字母填在題干后的括號內(nèi)）1.下列哪一項不屬于生物質(zhì)能的主要來源？（）A.農(nóng)作物秸稈B.森林采伐剩余物C.城市生活垃圾D.化石燃料2.在纖維素生物降解過程中，首先被攻擊的是？（）A.木質(zhì)素B.半纖維素C.纖維素D.甘油3.乙醇發(fā)酵通常使用的微生物是？（）A.乳酸菌B.釀酒酵母（Saccharomycescerevisiae）C.酪蛋白球菌D.產(chǎn)氣腸桿菌4.生物柴油主要通過下列哪種化學反應制備？（）A.酯化反應B.酯交換反應C.水解反應D.加氫反應5.沼氣工程中，產(chǎn)甲烷階段的主要功能是？（）A.產(chǎn)生大量二氧化碳B.將有機酸轉化為甲烷和二氧化碳C.產(chǎn)生乙醇D.分解木質(zhì)素6.將基因工程技術應用于微生物以提升其產(chǎn)氫能力的策略屬于？（）A.發(fā)酵工程優(yōu)化B.酶工程應用C.代謝工程改造D.合成生物學設計7.下列哪種生物能源形式被認為是最清潔的液體燃料之一？（）A.甲醇B.乙醇C.生物柴油D.丙烷8.纖維素酶中，主要承擔從非還原端開始切割β-1,4-葡萄糖苷鍵的是？（）A.外切β-葡萄糖苷酶（CBH）B.內(nèi)切β-1,4-葡萄糖苷酶（CMC）C.β-葡萄糖苷酶（BGL）D.轉葡萄糖基酶（TPG）9.生物質(zhì)預處理的主要目的是？（）A.增加生物質(zhì)的水分含量B.提高生物質(zhì)的燃燒效率C.使生物質(zhì)中的糖類更容易被微生物利用D.減少生物質(zhì)中的灰分含量10.生物能源發(fā)展面臨的主要挑戰(zhàn)之一是？（）A.技術過于成熟B.原料供應不穩(wěn)定C.成本過高D.環(huán)境影響非常小二、填空題（每空1分，共15分。請將答案填在橫線上）1.生物能源是指來源于生物體的可再生能源，主要包括______、生物燃料和生物電等。2.木質(zhì)素是植物細胞壁中的主要成分，其結構復雜，阻礙了______的獲取和利用。3.將微生物的基因組進行改造，以優(yōu)化其代謝途徑，生產(chǎn)目標產(chǎn)物，屬于______的范疇。4.利用微生物在厭氧條件下分解有機物的過程產(chǎn)生沼氣，這個過程稱為______。5.在生物柴油的生產(chǎn)過程中，油脂與醇在催化劑作用下發(fā)生______反應，生成脂肪酸甲酯（生物柴油）和甘油。6.______酶是纖維素降解過程中的關鍵酶，能夠水解β-1,4-糖苷鍵。7.為了提高纖維素酶的效率，常采用______酶的混合使用策略。8.合成生物學利用工程化方法設計并構建新的生物部件、設備和系統(tǒng)，在生物能源領域可用于______的設計與優(yōu)化。9.評估一種生物能源技術經(jīng)濟可行性的關鍵指標包括原料成本、______和產(chǎn)品售價。10.生物能源的開發(fā)與利用對于實現(xiàn)______和應對氣候變化具有重要意義。三、名詞解釋（每小題3分，共12分。請給出簡潔、準確的定義）1.生物質(zhì)預處理2.代謝工程3.生物柴油4.厭氧消化四、簡答題（每小題5分，共20分）1.簡述酶法水解纖維素生產(chǎn)葡萄糖的基本原理。2.比較乙醇發(fā)酵和生物柴油生產(chǎn)在原料來源上的主要差異。3.簡述合成生物學在提高生物乙醇產(chǎn)量方面的潛在應用途徑。4.提出生物能源開發(fā)利用可能帶來的環(huán)境效益。五、論述題（10分）論述代謝工程在克服生物能源生產(chǎn)瓶頸（如底物特異性、產(chǎn)物抑制等）方面的主要策略及其應用實例。試卷答案一、選擇題1.D2.B3.B4.B5.B6.C7.C8.A9.C10.C二、填空題1.生物燃料2.纖維素3.代謝工程4.厭氧消化5.酯交換6.纖維素酶7.多種8.生物能源生產(chǎn)過程9.生產(chǎn)成本10.可持續(xù)發(fā)展三、名詞解釋1.生物質(zhì)預處理：指通過各種物理、化學或生物方法處理生物質(zhì)，以改變其物理結構或化學組成，使其更容易被微生物或化學試劑轉化利用的過程。2.代謝工程：指通過基因工程技術或其他方法，對生物體的代謝途徑進行修飾、改造或引入新的代謝途徑，以改變其代謝產(chǎn)物類型或產(chǎn)量的學科。3.生物柴油：指由植物油、動物脂肪或微藻等生物質(zhì)資源，通過酯交換或直接酯化反應生成的脂肪酸甲酯或乙酯，是一種可再生的液體生物燃料。4.厭氧消化：指在無氧或厭氧條件下，微生物通過發(fā)酵作用分解復雜有機物的過程，同時產(chǎn)生沼氣（主要成分為甲烷和二氧化碳）和消化液。四、簡答題1.酶法水解纖維素生產(chǎn)葡萄糖的基本原理是利用纖維素酶（主要包括外切酶、內(nèi)切酶和β-葡萄糖苷酶）的作用。外切酶從纖維素鏈的末端開始切割，釋放纖維二糖；內(nèi)切酶在纖維素內(nèi)部隨機切割糖苷鍵，產(chǎn)生寡糖；β-葡萄糖苷酶則水解纖維二糖和寡糖，最終釋放出葡萄糖單體。通過這一系列酶促反應，將不溶于水的纖維素轉化為可溶性的葡萄糖。2.乙醇發(fā)酵主要利用富含糖類的原料，如玉米、小麥、糖蜜、淀粉等，通過微生物（主要是酵母）將糖類發(fā)酵為乙醇。而生物柴油生產(chǎn)主要利用油脂類原料，如動植物油脂、微藻油脂、廢棄油脂等，通過酯交換反應制備生物柴油。因此，在原料來源上，乙醇發(fā)酵側重于糖類資源，而生物柴油側重于油脂資源。3.合成生物學在提高生物乙醇產(chǎn)量方面的潛在應用途徑包括：①設計合成新的代謝途徑，繞過或增強現(xiàn)有的瓶頸步驟，將更多底物碳流向乙醇合成；②構建能夠高效利用非糧原料（如木質(zhì)纖維素）的微生物菌株，通過工程化改造降解酶系統(tǒng)和轉運系統(tǒng)，提高對復雜底物的利用率；③設計智能調(diào)控網(wǎng)絡，根據(jù)發(fā)酵過程實時變化調(diào)整基因表達，優(yōu)化乙醇合成條件；④創(chuàng)建能夠耐受高濃度乙醇或其他抑制物的工程菌株，延長發(fā)酵時間，提高產(chǎn)率。4.生物能源開發(fā)利用可能帶來的環(huán)境效益主要體現(xiàn)在：①減少溫室氣體排放，生物能源來源于生物質(zhì)，其燃燒釋放的二氧化碳與植物生長過程中吸收的二氧化碳相抵消，實現(xiàn)碳循環(huán)，有助于緩解全球變暖；②降低對化石燃料的依賴，減少因開采和使用化石燃料造成的環(huán)境污染（如空氣污染、水土污染）；③改善農(nóng)村環(huán)境，有效處理農(nóng)業(yè)廢棄物，減少焚燒帶來的空氣污染；④促進土壤改良和碳匯功能，某些生物能源作物（如能源草）的種植和耕作有助于固碳和提高土壤肥力。五、論述題代謝工程是生物能源開發(fā)的重要策略，旨在通過改造生物體（通常是微生物）的基因組或代謝網(wǎng)絡，克服生物能源生產(chǎn)中的瓶頸，提高目標產(chǎn)物（如生物燃料）的產(chǎn)量、選擇性和效率。主要策略包括：1.敲除（Knockout）或下調(diào)（Downregulation）負面途徑：許多生物體天然存在與目標產(chǎn)物合成無關甚至產(chǎn)生抑制物的代謝途徑（如乙醇發(fā)酵中的乙醛脫氫酶途徑、乳酸途徑等）。通過基因敲除或降低相關基因的表達量，可以減少能量和底物的消耗，將代謝流更有效地導向目標產(chǎn)物合成。2.增強（Overexpression）關鍵限速步驟：代謝途徑中通常存在限速步驟，其速率決定了整個途徑的效率。通過過量表達關鍵限速酶基因，可以加速該步驟，從而提高整個途徑的速率和目標產(chǎn)物的產(chǎn)量。例如，在乙醇發(fā)酵中過量表達糖酵解途徑的關鍵酶。3.引入（Introduction）或改造（Modification）外源途徑：為了生產(chǎn)非天然底物衍生的目標產(chǎn)物，或者為了提高目標產(chǎn)物的濃度，可以引入來自其他物種的外源基因，構建新的代謝途徑。例如，將異源醇脫氫酶（ADH）和乙醛脫氫酶（ADH）基因?qū)爰毦校糜趯⒁宜峄蚨蓟衔镛D化為乙醇?；蛘吒脑煸械耐緩?，使其更適合目標產(chǎn)物的合成。4.代謝流重塑（MetabolicStreamRestructuring）：通過組合上述策略，對整個代謝網(wǎng)絡進行宏觀調(diào)控，優(yōu)化碳源流向，提高目標產(chǎn)物的得率和選擇性的比例。例如，通過基因工程手段，使細胞