2025年高三生物高考生物發(fā)光模擬試題一、選擇題（每題6分，共36分）1.生物發(fā)光的核心機制螢火蟲發(fā)光細胞中，熒光素在熒光素酶催化下與氧氣、ATP反應(yīng)生成氧化熒光素并釋放光子。下列關(guān)于該過程的敘述，錯誤的是（）A.反應(yīng)需要ATP提供能量，屬于吸能反應(yīng)B.熒光素酶降低了化學反應(yīng)的活化能C.氧化熒光素處于激發(fā)態(tài)時能量最高D.發(fā)光效率接近100%，釋放的能量全部轉(zhuǎn)化為光能答案：D解析：生物發(fā)光效率雖高達95%以上（如螢火蟲），但仍有少量能量以熱能形式散失，并非“全部轉(zhuǎn)化為光能”。ATP水解提供能量驅(qū)動反應(yīng)（吸能反應(yīng)），酶通過降低活化能加速反應(yīng)，激發(fā)態(tài)氧化熒光素回到基態(tài)時釋放光子，A、B、C正確。2.生物發(fā)光類型與進化適應(yīng)深海鮟鱇魚頭部特化的發(fā)光器官中共生著發(fā)光細菌，細菌通過持續(xù)發(fā)光幫助鮟鱇魚吸引獵物。下列說法錯誤的是（）A.該發(fā)光類型屬于共生生物發(fā)光，需細菌與宿主協(xié)同作用B.發(fā)光細菌的基因表達可能受鮟鱇魚激素調(diào)控C.細菌發(fā)光的化學機制與螢火蟲相同，均依賴熒光素-熒光素酶系統(tǒng)D.該現(xiàn)象體現(xiàn)了生物與環(huán)境之間的協(xié)同進化答案：C解析：細菌發(fā)光機制與螢火蟲不同：細菌以還原型核黃素磷酸鹽和醛為底物，在熒光素酶催化下與氧反應(yīng)生成氧化產(chǎn)物并發(fā)光，無需ATP直接參與；而螢火蟲發(fā)光需ATP供能。A、B、D均符合共生關(guān)系及進化適應(yīng)性的描述。3.生物發(fā)光的實驗設(shè)計與分析某研究團隊利用基因編輯技術(shù)將熒光素酶基因（Luc）導入小鼠受精卵，獲得全身可發(fā)光的轉(zhuǎn)基因小鼠。下列實驗操作或結(jié)論正確的是（）A.需使用顯微注射法將Luc基因直接注入小鼠卵母細胞B.轉(zhuǎn)基因小鼠的發(fā)光強度與體內(nèi)ATP含量呈正相關(guān)C.可通過檢測Luc基因的mRNA水平直接確定發(fā)光部位D.若將該小鼠與野生型雜交，子代全部表現(xiàn)為發(fā)光性狀答案：B解析：熒光素酶催化反應(yīng)依賴ATP，因此發(fā)光強度可反映細胞代謝活性（ATP含量），B正確。A項應(yīng)注入受精卵而非卵母細胞；C項需通過熒光素底物處理后檢測發(fā)光信號定位，mRNA水平與蛋白表達未必一致；D項若Luc基因位于常染色體且為雜合子，子代發(fā)光概率為50%。4.生物發(fā)光技術(shù)的醫(yī)學應(yīng)用2025年清華大學團隊開發(fā)的BRET-ID技術(shù)利用生物發(fā)光共振能量轉(zhuǎn)移原理，實現(xiàn)活體蛋白質(zhì)動態(tài)互作的實時追蹤。該技術(shù)的核心原理是（）A.熒光素酶標記的供體蛋白與熒光蛋白標記的受體蛋白靠近時，供體發(fā)光能量轉(zhuǎn)移至受體并發(fā)射特定波長熒光B.通過檢測熒光素酶基因的表達量確定蛋白質(zhì)的合成速率C.利用發(fā)光細菌感染動物模型，標記病變組織D.借助ATP濃度變化監(jiān)測細胞凋亡過程答案：A解析：BRET（生物發(fā)光共振能量轉(zhuǎn)移）技術(shù)的原理是：當標記熒光素酶（供體）的蛋白與標記熒光蛋白（受體）的蛋白相互作用時，供體發(fā)射的能量被受體吸收并發(fā)出更長波長的熒光，通過檢測受體熒光強度可判斷蛋白質(zhì)互作情況。B、C、D均不符合BRET技術(shù)的核心機制。5.生物發(fā)光與生態(tài)環(huán)境夜光藻是一種能引發(fā)赤潮的甲藻，其大量繁殖時會發(fā)出藍綠色熒光，嚴重破壞海洋生態(tài)。下列關(guān)于夜光藻發(fā)光的敘述錯誤的是（）A.發(fā)光過程伴隨著ATP的水解和NADPH的氧化B.熒光強度可作為監(jiān)測赤潮發(fā)生的生物指標C.夜光藻發(fā)光屬于主動發(fā)光，能量來源于光合作用D.發(fā)光可能是對機械刺激（如波浪）的應(yīng)激反應(yīng)答案：C解析：夜光藻為異養(yǎng)生物，不能進行光合作用，其發(fā)光能量來自細胞呼吸產(chǎn)生的ATP，C錯誤。夜光藻發(fā)光是由于細胞內(nèi)熒光素與H?O?在熒光素酶催化下反應(yīng)，伴隨ATP水解和電子轉(zhuǎn)移（NADPH作為還原劑），A正確；發(fā)光強度與種群密度正相關(guān)，可預警赤潮，B正確；機械刺激可觸發(fā)其發(fā)光防御機制，D正確。6.生物發(fā)光的前沿技術(shù)與倫理2024年某公司研發(fā)的自發(fā)光花卉通過基因編輯將熒光素酶基因?qū)胫参锛毎瑢崿F(xiàn)夜間持續(xù)發(fā)光。下列關(guān)于該技術(shù)的評價合理的是（）A.該花卉發(fā)光所需能量來自光能轉(zhuǎn)化，不消耗自身有機物B.可能通過花粉傳播導致基因污染，需進行生態(tài)風險評估C.發(fā)光性狀可穩(wěn)定遺傳，屬于不可遺傳變異D.與螢火蟲發(fā)光原理相同，均需氧氣和ATP參與答案：B解析：轉(zhuǎn)基因植物的基因可能通過花粉擴散至野生種群，引發(fā)基因污染，B正確。植物發(fā)光依賴自身合成的熒光素和酶，能量來自細胞呼吸（消耗有機物），A錯誤；基因編輯導致的變異可遺傳，C錯誤；植物發(fā)光系統(tǒng)可能采用細菌或水母熒光蛋白基因，與螢火蟲機制不同，D錯誤。二、非選擇題（共64分）7.生物發(fā)光機制的綜合分析（18分）螢火蟲是研究生物發(fā)光的經(jīng)典模型。其發(fā)光細胞中，熒光素（LH?）在熒光素酶（Luc）催化下，與ATP、O?反應(yīng)生成氧化熒光素（LO）并釋放熒光，反應(yīng)式如下：LH?+ATP+O?→Luc→LO+AMP+PPi+CO?+光（1）請寫出該反應(yīng)中能量轉(zhuǎn)換的具體過程：→→________。（6分）（2）某同學為驗證Mg2?是Luc的激活劑，設(shè)計實驗如下：|組別|底物（mmol/L）|Luc（μg）|MgCl?（mmol/L）|發(fā)光強度（相對值）||------|---------------|-----------|-----------------|--------------------||①|(zhì)LH?(0.5)+ATP(1.0)|5|0|12||②|LH?(0.5)+ATP(1.0)|5|1.0|156||③|LH?(0.5)|5|1.0|8|回答問題：①該實驗設(shè)計是否合理？若不合理，需補充何種處理？（4分）②組別③的發(fā)光強度顯著低于組別②，原因是________。（4分）③若要測定Luc的最適溫度，實驗的自變量是________，因變量是________，需控制的無關(guān)變量有________（至少寫出2項）。（4分）答案：（1）ATP中活躍的化學能→氧化熒光素（激發(fā)態(tài)）的化學能→光能（每空2分）（2）①不合理（1分），需補充“不加Luc但其他條件相同的空白對照組”（3分）；②缺乏ATP，Luc無法催化LH?氧化（4分）；③溫度梯度（1分）；發(fā)光強度（1分）；底物濃度、酶濃度、反應(yīng)時間（2分，答對1項得1分）。8.生物發(fā)光技術(shù)在醫(yī)學診斷中的應(yīng)用（22分）2025年復旦大學團隊利用“發(fā)光指示蛋白”實現(xiàn)小鼠體內(nèi)Akt激酶活性的動態(tài)成像。Akt是調(diào)控細胞增殖的關(guān)鍵酶，其過度激活與腫瘤發(fā)生密切相關(guān)。該團隊將Akt磷酸化位點（Ser473）與綠色熒光蛋白（GFP）融合，構(gòu)建了“發(fā)光指示蛋白”（Akt-Luc-GFP）。（1）請寫出Akt-Luc-GFP融合蛋白的合成過程涉及的細胞器：。（4分）（2）當Akt被激活時，Ser473位點磷酸化導致Akt-Luc-GFP構(gòu)象改變，熒光素酶活性增強，發(fā)光強度升高。據(jù)此推測，該融合蛋白的作用是。（6分）（3）實驗發(fā)現(xiàn)，給腫瘤模型小鼠注射熒光素底物后，腫瘤部位發(fā)光強度顯著高于正常組織。①該現(xiàn)象的原因是________。（4分）②若要通過該模型篩選Akt抑制劑，實驗設(shè)計思路是：________（8分）答案：（1）核糖體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體、線粒體（4分，每答對1項得1分）（2）作為Akt激酶活性的分子探針，通過發(fā)光強度變化實時監(jiān)測體內(nèi)Akt的激活狀態(tài)（6分）（3）①腫瘤細胞中Akt過度激活，導致Akt-Luc-GFP構(gòu)象改變，熒光素酶活性增強，發(fā)光強度升高（4分）；②實驗設(shè)計思路：將腫瘤模型小鼠隨機分為實驗組（注射Akt抑制劑）和對照組（注射生理鹽水）（2分）；定期注射熒光素底物，檢測兩組小鼠腫瘤部位的發(fā)光強度（2分）；統(tǒng)計分析發(fā)光強度隨時間的變化，若實驗組發(fā)光強度顯著低于對照組，說明該抑制劑有效（2分）；需設(shè)置多組濃度梯度，確定抑制劑的最適劑量（2分）。9.生物發(fā)光的進化與生態(tài)意義（24分）深海熱泉生態(tài)系統(tǒng)中，管水母通過共生的發(fā)光細菌吸引prey（獵物），而其捕食者盲蝦則進化出對藍光的高敏感性。（1）從能量流動角度分析，管水母發(fā)光的意義是________。（6分）（2）盲蝦的復眼僅含一種視蛋白，其吸收光譜與管水母發(fā)光光譜高度重合。請設(shè)計實驗驗證“盲蝦視蛋白的進化與管水母發(fā)光光譜協(xié)同適應(yīng)”（12分）。（3）研究發(fā)現(xiàn)，管水母發(fā)光細菌的基因組中存在一段來自管水母的DNA片段，編碼熒光素合成酶。該現(xiàn)象稱為________，其進化意義是________。（6分）答案：（1）通過發(fā)光吸引獵物，提高能量攝入效率，促進生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)和能量流動（6分）（2）實驗設(shè)計：自變量：不同波長的光源（如管水母發(fā)光波長470nm、對照組550nm綠光）（2分）；因變量：盲蝦的趨光行為頻率（如趨向光源的次數(shù)/單位時間）（2分）；實驗步驟：采集盲蝦，在暗室中適應(yīng)24小時（2分）；設(shè)置470nm藍光和550nm綠光光源，交替刺激盲蝦，記錄趨光行為（2分）；統(tǒng)計分析：若盲蝦對470nm藍光的趨光頻率顯著高于550nm綠光，支持協(xié)同適應(yīng)假說（2分）；對照實驗：使用視蛋白基因敲除的盲蝦重復上述實驗，若趨光行為消失，驗證視蛋白的功能（2分）。（3）基因水平轉(zhuǎn)移（3分）；增強發(fā)光細菌與管水母的共生關(guān)系，提高雙方的生態(tài)適應(yīng)性（3分）。三、選做題（10分，任選一題作答）10.生物發(fā)光與可持續(xù)發(fā)展2024年自發(fā)光花卉的商業(yè)化引發(fā)爭議：支持者認為其可減少景觀照明能耗，反對者擔憂其可能破壞夜間生態(tài)。請從生態(tài)效益和經(jīng)濟效益角度，提出一條合理的發(fā)展建議。參考答案：建議研發(fā)“光控型自發(fā)光花卉”，通過導入光敏感啟動子（如受紅光誘導的PhyB啟動子），使熒光素酶基因僅在夜間表達（5分）。該方案可減少白天能量消耗（生態(tài)效益），同時滿足夜間景觀照明需求（經(jīng)濟效益），降低對傳粉昆蟲晝夜節(jié)律的干擾（5分）。11.生物發(fā)光的倫理規(guī)范若利用基因編輯技術(shù)培育發(fā)光寵物（如熒光狗），可能引發(fā)哪些倫理問題？請列舉兩點并提出應(yīng)對措施。參考答案：倫理問題1：動物福利爭議——發(fā)光基因可能影響寵物健康（2分）；措施：通過動物實驗評估轉(zhuǎn)基因?qū)櫸锏纳碇笜耍ㄈ鐗勖?、繁殖力），確保無顯著健康風險（3分）。倫理問題2：生物多樣性風險——轉(zhuǎn)基因?qū)櫸锾右菘赡軐е禄蛭廴荆?分）；措施：采用不育化處理（如三倍體培育），防止其在自然環(huán)境中繁殖（3分）。試題設(shè)計說明：知識覆蓋：涵蓋生物發(fā)光的化學機制（熒光素-酶系統(tǒng)）、類型（主動/被動發(fā)光）、實驗技術(shù)（轉(zhuǎn)基因、