2025年大學(xué)《生物技術(shù)》專業(yè)題庫(kù)——微生物工程技術(shù)在生物燃料中的應(yīng)用考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每小題2分，共20分。下列每小題均有多個(gè)正確選項(xiàng)，請(qǐng)將正確選項(xiàng)的字母填寫在題干后的括號(hào)內(nèi)。多選、錯(cuò)選、漏選均不得分）1.下列哪些微生物常被用于生物乙醇的生產(chǎn)？（）A.乳酸菌B.釀酒酵母（*Saccharomycescerevisiae*）C.大腸桿菌（*E.coli*）D.黑曲霉（*Aspergillusniger*）2.在利用基因工程改造微生物以生產(chǎn)生物燃料時(shí)，以下哪些技術(shù)是常用的？（）A.PCR擴(kuò)增目標(biāo)基因B.構(gòu)建基因表達(dá)載體C.微生物轉(zhuǎn)化（Transformation）D.基因測(cè)序分析3.提高生物燃料產(chǎn)量在發(fā)酵工程中的關(guān)鍵措施包括？（）A.優(yōu)化培養(yǎng)基組成B.改進(jìn)生物反應(yīng)器設(shè)計(jì)以提高傳質(zhì)效率C.選擇或改造高產(chǎn)菌株D.控制適宜的發(fā)酵溫度和pH4.以下哪些屬于第一代生物燃料的典型代表？（）A.乙醇汽油B.生物質(zhì)柴油C.沼氣D.微藻生物柴油5.微藻作為生物燃料生產(chǎn)原料的優(yōu)勢(shì)在于？（）A.光能利用率高B.可利用鹽堿地等非耕地C.油脂含量通常較高D.種類多樣，適應(yīng)性強(qiáng)二、填空題（每空2分，共20分）6.利用微生物發(fā)酵法生產(chǎn)生物燃料，核心在于優(yōu)化微生物的__________途徑，并提高目標(biāo)產(chǎn)物的__________。7.基因工程中，用于將外源基因?qū)胛⑸锛?xì)胞的技術(shù)通常稱為__________。8.發(fā)酵過程中，溶解氧是影響好氧微生物生長(zhǎng)和代謝的重要參數(shù)，通常通過調(diào)節(jié)__________和__________來控制。9.生物柴油的主要成分是脂肪酸甲酯，其生產(chǎn)通常涉及動(dòng)植物油脂的__________和甲酯化反應(yīng)。10.利用光合作用生物量生產(chǎn)生物燃料，面臨的主要挑戰(zhàn)之一是提高_(dá)_________的效率。三、名詞解釋（每題4分，共16分）11.微生物育種12.代謝工程13.生物反應(yīng)器14.合成生物學(xué)四、簡(jiǎn)答題（每題6分，共18分）15.簡(jiǎn)述利用基因工程技術(shù)提高微生物乙醇產(chǎn)量的基本策略。16.與傳統(tǒng)化石燃料相比，生物燃料的主要優(yōu)點(diǎn)有哪些？17.簡(jiǎn)述利用微藻生產(chǎn)生物柴油的主要技術(shù)環(huán)節(jié)。五、論述題（每題10分，共20分）18.論述代謝工程在構(gòu)建高效生物燃料生產(chǎn)菌株中的重要作用，并結(jié)合實(shí)例說明。19.分析當(dāng)前生物燃料技術(shù)產(chǎn)業(yè)化面臨的主要挑戰(zhàn)，并提出可能的解決方案。試卷答案一、選擇題（每小題2分，共20分。下列每小題均有多個(gè)正確選項(xiàng)，請(qǐng)將正確選項(xiàng)的字母填寫在題干后的括號(hào)內(nèi)。多選、錯(cuò)選、漏選均不得分）1.B,C*解析思路：*乳酸菌主要進(jìn)行乳酸發(fā)酵，不適用于大規(guī)模乙醇生產(chǎn)。釀酒酵母是工業(yè)乙醇生產(chǎn)的主要微生物之一。大腸桿菌通過代謝工程改造，可高效生產(chǎn)乙醇等多種生物燃料。黑曲霉可用于生產(chǎn)糖化酶等酶制劑，間接支持燃料生產(chǎn)，但本身不常用作直接發(fā)酵乙醇的主導(dǎo)微生物。2.A,B,C*解析思路：*PCR是獲取或擴(kuò)增目標(biāo)基因的常用方法。構(gòu)建基因表達(dá)載體是將目標(biāo)基因與調(diào)控元件結(jié)合，使其能在宿主細(xì)胞中表達(dá)的必要步驟。微生物轉(zhuǎn)化是將外源DNA導(dǎo)入微生物細(xì)胞的技術(shù)，是基因工程的核心操作之一?；驕y(cè)序主要用于分析序列信息，而非改造過程本身。3.A,B,C,D*解析思路：*優(yōu)化培養(yǎng)基可提供最佳營(yíng)養(yǎng)，促進(jìn)微生物生長(zhǎng)和產(chǎn)物合成。改進(jìn)生物反應(yīng)器設(shè)計(jì)（如增加攪拌、提高氣液接觸面積）能改善傳質(zhì)傳熱，提高生產(chǎn)效率。選擇或改造高產(chǎn)菌株是提高產(chǎn)量的根本途徑。控制適宜的溫度、pH等環(huán)境條件是保證微生物高效代謝的前提。4.A*解析思路：*第一代生物燃料通常是指直接從富含碳水化合物的可再生資源（如玉米、sugarcane、淀粉、纖維素）中提取或通過簡(jiǎn)單發(fā)酵生產(chǎn)的燃料，乙醇汽油屬于此類。生物質(zhì)柴油（第二代）、沼氣（通常視為第三代，或與生活垃圾處理相關(guān)）、微藻生物柴油（第二代或第三代）通常歸為非第一代。5.A,B,C,D*解析思路：*微藻能進(jìn)行高效的光合作用固定二氧化碳和光能。它們可以生長(zhǎng)在鹽堿地、海水中等非耕地，不與糧食生產(chǎn)爭(zhēng)地。許多微藻富含油脂，是生產(chǎn)生物柴油的理想原料。微藻種類繁多，具有廣泛的遺傳背景和環(huán)境適應(yīng)性。二、填空題（每空2分，共20分）6.代謝；得率（或產(chǎn)量）*解析思路：*核心在于改變微生物的內(nèi)部代謝網(wǎng)絡(luò)，使其更多地將碳源流向目標(biāo)生物燃料的合成路徑，同時(shí)提高目標(biāo)產(chǎn)物的最終積累量或生產(chǎn)速率。7.轉(zhuǎn)化（或轉(zhuǎn)導(dǎo)、電穿孔等，根據(jù)課程側(cè)重選擇）*解析思路：*這是將外源DNA分子引入微生物細(xì)胞內(nèi)的關(guān)鍵步驟，是基因工程操作的基礎(chǔ)。8.攪拌（或通氣速率）；通氣量（或溶氧濃度）*解析思路：*攪拌促進(jìn)培養(yǎng)基與微生物的混合，改善氧氣溶解和傳遞。通氣量直接決定了溶解氧的供應(yīng)水平。9.皂化（或酯交換）*解析思路：*生物質(zhì)柴油的生產(chǎn)通常首先需要將動(dòng)植物油脂（甘油三酯）通過堿性催化劑（如NaOH、KOH）進(jìn)行水解，這個(gè)過程稱為皂化；或者在酸性條件下與甲醇進(jìn)行酯交換反應(yīng)，生成脂肪酸甲酯（生物柴油）和甘油。10.固碳（或光合效率）*解析思路：*提高將大氣中的二氧化碳轉(zhuǎn)化為有機(jī)物的效率，對(duì)于利用微藻光合作用生產(chǎn)生物燃料至關(guān)重要，直接關(guān)系到生物量的積累和能源轉(zhuǎn)化效率。三、名詞解釋（每題4分，共16分）11.微生物育種：指利用自然選擇或人工選擇等方法，改良微生物的遺傳特性，使其在生長(zhǎng)、代謝、抗性等方面表現(xiàn)出更優(yōu)良性狀的過程，常用于獲得高產(chǎn)、抗逆等優(yōu)良菌株。12.代謝工程：指通過基因工程、蛋白質(zhì)工程等手段，對(duì)微生物的代謝途徑進(jìn)行定向改造或設(shè)計(jì)，以增強(qiáng)目標(biāo)產(chǎn)物合成能力、降低副產(chǎn)物生成或改變代謝流向的工程技術(shù)。13.生物反應(yīng)器：指為微生物或細(xì)胞生長(zhǎng)、代謝反應(yīng)提供適宜環(huán)境（如溫度、pH、溶氧、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)供應(yīng)等），并進(jìn)行有效控制，以實(shí)現(xiàn)特定生物產(chǎn)品高效生產(chǎn)的密閉式或半密閉式裝置。14.合成生物學(xué)：指運(yùn)用工程學(xué)原理和方法，通過設(shè)計(jì)、構(gòu)建新的生物系統(tǒng)或重新設(shè)計(jì)、改造現(xiàn)有生物系統(tǒng)（如微生物），使其具備特定功能的交叉學(xué)科領(lǐng)域，常用于生物燃料、藥物等生產(chǎn)。四、簡(jiǎn)答題（每題6分，共18分）15.簡(jiǎn)述利用基因工程技術(shù)提高微生物乙醇產(chǎn)量的基本策略。*解析思路：*回答應(yīng)包含關(guān)鍵步驟和目標(biāo)。首先，降低乙醇合成途徑中的終產(chǎn)物反饋抑制（如通過刪除或減弱醛脫氫酶等基因）。其次，增強(qiáng)上游碳源代謝途徑（如增強(qiáng)糖酵解關(guān)鍵酶基因的表達(dá)）。再次，增強(qiáng)目標(biāo)產(chǎn)物乙醇合成途徑（如過表達(dá)乙醇脫氫酶、乙醛脫氫酶等基因）。最后，可能涉及引入或改造能耐受高濃度乙醇的菌株。*答案要點(diǎn)：*①降低終產(chǎn)物乙醇的反饋抑制；②增強(qiáng)上游碳源代謝途徑（如糖酵解）；③增強(qiáng)目標(biāo)產(chǎn)物乙醇合成途徑（如過表達(dá)關(guān)鍵酶基因）；④提高菌株對(duì)高濃度乙醇的耐受性。16.與傳統(tǒng)化石燃料相比，生物燃料的主要優(yōu)點(diǎn)有哪些？*解析思路：*從環(huán)境、能源安全、資源可再生性等角度回答。環(huán)境方面：減少溫室氣體排放（凈零排放或負(fù)排放）、減少空氣污染物（如SOx,NOx,顆粒物）。能源安全：減少對(duì)進(jìn)口化石燃料的依賴。資源方面：原料可再生（植物、藻類等）?？沙掷m(xù)性：可利用廢棄物資源。潛在性：生物多樣性影響相對(duì)較小（若來源可持續(xù)）。*答案要點(diǎn)：*①減少溫室氣體排放，緩解氣候變化；②減少空氣污染物，改善環(huán)境質(zhì)量；③提高能源安全，減少對(duì)化石燃料的依賴；④原料可再生，資源可持續(xù)；⑤可利用廢棄物資源。17.簡(jiǎn)述利用微藻生產(chǎn)生物柴油的主要技術(shù)環(huán)節(jié)。*解析思路：*描述從微藻培養(yǎng)到最終產(chǎn)品的完整過程。包括藻種篩選與優(yōu)化、高密度培養(yǎng)（可能需光照、營(yíng)養(yǎng)、CO2控制）、油脂（或總生物量）收獲（細(xì)胞破碎、離心、浮選等）、油脂提?。ㄈ軇┨崛?、酶法提取等）、脂肪酸甲酯化（酯交換反應(yīng)）與純化、甘油回收等步驟。*答案要點(diǎn)：*①藻種篩選與遺傳改良；②高密度培養(yǎng)技術(shù)；③藻類收獲與細(xì)胞破碎；④油脂提?。虎萆锊裼停ㄖ舅峒柞ィ┖铣桑ソ粨Q反應(yīng)）；⑥產(chǎn)品純化與甘油回收。五、論述題（每題10分，共20分）18.論述代謝工程在構(gòu)建高效生物燃料生產(chǎn)菌株中的重要作用，并結(jié)合實(shí)例說明。*解析思路：*首先闡述代謝工程的概念及其在生物燃料生產(chǎn)中的核心作用（即通過改造代謝網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化目標(biāo)產(chǎn)物合成）。然后分點(diǎn)論述其具體作用方式：①調(diào)控代謝流量（促進(jìn)目標(biāo)途徑，抑制非目標(biāo)途徑）；②整合外部代謝（引入新的代謝能力）；③提高關(guān)鍵酶活性或穩(wěn)定性；④克服代謝瓶頸。最后，結(jié)合具體實(shí)例（如改造大腸桿菌或酵母生產(chǎn)乙醇、丁醇，或改造微生物生產(chǎn)生物柴油）說明如何通過這些策略實(shí)現(xiàn)產(chǎn)量提升。*答案要點(diǎn)：*①代謝工程通過基因改造等手段優(yōu)化微生物內(nèi)源性或外源性代謝途徑，核心目標(biāo)是提高目標(biāo)生物燃料的合成與積累。②作用方式包括：A.增強(qiáng)目標(biāo)代謝途徑的關(guān)鍵酶活性或表達(dá)量，促進(jìn)代謝流向目標(biāo)產(chǎn)物；B.降低或消除非目標(biāo)產(chǎn)物合成途徑的競(jìng)爭(zhēng)或抑制；C.整合或引入能利用廉價(jià)碳源或產(chǎn)生關(guān)鍵中間體的外源代謝途徑；D.克服影響目標(biāo)產(chǎn)物合成的代謝瓶頸。③實(shí)例：例如，通過代謝工程改造大腸桿菌，敲除乙醇脫氫酶基因以解除乙醇的反饋抑制，并過表達(dá)糖酵解途徑和乙醇發(fā)酵途徑的關(guān)鍵酶基因，顯著提高了乙醇產(chǎn)量。又如，改造酵母以積累油脂，通過過表達(dá)脂肪酸合成相關(guān)基因并下調(diào)分解途徑基因。19.分析當(dāng)前生物燃料技術(shù)產(chǎn)業(yè)化面臨的主要挑戰(zhàn)，并提出可能的解決方案。*解析思路：*首先分析產(chǎn)業(yè)化面臨的共性挑戰(zhàn)，可以從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、政策、環(huán)境等多個(gè)維度入手。技術(shù)層面：原料轉(zhuǎn)化效率低、催化劑成本高、工程菌穩(wěn)定性、規(guī)?；a(chǎn)技術(shù)瓶頸等。經(jīng)濟(jì)層面：生產(chǎn)成本（原料、能源、設(shè)備、人工）高，與化石燃料價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)力不足。政策層面：補(bǔ)貼政策不穩(wěn)定、標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)不完善、市場(chǎng)準(zhǔn)入壁壘等。環(huán)境層面：土地利用沖突、水資源消耗、生物多樣性影響、可持續(xù)性認(rèn)證等。然后針對(duì)每個(gè)挑戰(zhàn)，提出具體的、有針對(duì)性的解決方案，如技術(shù)創(chuàng)新（如開發(fā)高效酶、優(yōu)化發(fā)酵工藝）、成本控制（規(guī)模化生產(chǎn)、替代原料、生物基材料）、政策支持（穩(wěn)定補(bǔ)貼、完善標(biāo)準(zhǔn)、綠色認(rèn)證）、可持續(xù)發(fā)展（非糧原料、工業(yè)廢水利用、生態(tài)友好設(shè)計(jì)）等。*答案要點(diǎn)：*挑戰(zhàn)：①技術(shù)挑戰(zhàn)：原料轉(zhuǎn)化效率有待提高；催化劑成本高且穩(wěn)定性不足；工程菌在工業(yè)化放大中可能遇到穩(wěn)定性問題；規(guī)?；a(chǎn)工藝復(fù)雜且能耗高。②經(jīng)濟(jì)挑戰(zhàn)：生物燃料生產(chǎn)成本（原料、能源、設(shè)備、人工）相對(duì)較高，與化石燃料價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)力不足，投資回報(bào)周期長(zhǎng)。③政策與市場(chǎng)挑戰(zhàn)：相關(guān)政策（如補(bǔ)貼）不穩(wěn)定；缺乏統(tǒng)一、完善的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和市場(chǎng)準(zhǔn)入機(jī)制；公眾接受度有待提高。④環(huán)境與可持續(xù)性挑戰(zhàn)：部分原料（如糧食）與糧食安全存在沖突；大規(guī)模種植可能侵占耕地、影響生物多樣性；水資源消耗量大；生命周期評(píng)價(jià)（LCA）顯示部分生物燃料的環(huán)境效益有限。解決方案：①技術(shù)創(chuàng)新：研發(fā)更高效、低成本的酶催化劑；開發(fā)新型高效轉(zhuǎn)化技術(shù)（如