2025年高三生物高考生物信息學(xué)基礎(chǔ)模擬試題一、選擇題（每題2分，共30分）生物信息學(xué)作為交叉學(xué)科的核心特征是（）A.僅依賴計(jì)算機(jī)技術(shù)處理生物數(shù)據(jù)B.融合生物學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)與信息技術(shù)C.專注于蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的可視化呈現(xiàn)D.獨(dú)立于傳統(tǒng)生物學(xué)實(shí)驗(yàn)的理論學(xué)科在NCBI數(shù)據(jù)庫中，GenBank的主要功能是（）A.存儲(chǔ)蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)B.提供基因表達(dá)芯片的原始數(shù)據(jù)C.收錄全球共享的核酸序列信息D.分析蛋白質(zhì)相互作用網(wǎng)絡(luò)下列工具中，用于多序列比對(duì)的是（）A.BLASTB.ClustalOmegaC.PrimerPremierD.Rosetta關(guān)于同源性與相似性的描述，正確的是（）A.相似性高的序列一定具有同源性B.同源性是序列進(jìn)化關(guān)系的定性描述C.相似性通過E值量化，同源性通過得分值量化D.直系同源基因的相似性一定高于旁系同源基因基因本體論（GO）數(shù)據(jù)庫不包含的注釋類型是（）A.分子功能B.細(xì)胞組分C.進(jìn)化起源D.生物學(xué)過程下列屬于二級(jí)數(shù)據(jù)庫的是（）A.EMBL（歐洲分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)庫）B.Swiss-Prot（人工注釋蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫）C.DDBJ（日本DNA數(shù)據(jù)庫）D.GenBank（美國國立生物技術(shù)信息中心數(shù)據(jù)庫）使用BLAST進(jìn)行序列比對(duì)時(shí)，E值越小表明（）A.序列相似性越低B.結(jié)果的隨機(jī)性越高C.匹配結(jié)果越顯著D.序列長(zhǎng)度差異越大下列關(guān)于引物設(shè)計(jì)原則的敘述，錯(cuò)誤的是（）A.避免引物內(nèi)部形成發(fā)夾結(jié)構(gòu)B.引物長(zhǎng)度通常為18-25bpC.引物3'端可包含簡(jiǎn)并堿基D.兩條引物的Tm值差異應(yīng)大于5℃蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)中，基于同源建模的方法適用于（）A.無已知結(jié)構(gòu)同源序列的蛋白質(zhì)B.與已知結(jié)構(gòu)蛋白序列相似度>30%的蛋白質(zhì)C.膜蛋白等特殊結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)D.氨基酸序列長(zhǎng)度小于100aa的蛋白質(zhì)在基因表達(dá)數(shù)據(jù)分析中，熱圖（Heatmap）主要用于展示（）A.單個(gè)基因的表達(dá)趨勢(shì)B.樣本間基因表達(dá)模式的聚類關(guān)系C.基因的染色體定位D.蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用強(qiáng)度下列不屬于生物信息學(xué)在醫(yī)學(xué)中應(yīng)用的是（）A.基于腫瘤基因組數(shù)據(jù)制定個(gè)性化治療方案B.通過序列比對(duì)鑒定病原體種類C.利用CRISPR-Cas9技術(shù)進(jìn)行基因編輯D.預(yù)測(cè)藥物分子與靶蛋白的結(jié)合親和力構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)育樹時(shí)，不需要的信息是（）A.同源序列的多序列比對(duì)結(jié)果B.序列間的遺傳距離矩陣C.物種的地理分布信息D.進(jìn)化模型（如Kimura-2-parameter模型）下列關(guān)于高通量測(cè)序技術(shù)的敘述，正確的是（）A.只能用于DNA序列測(cè)定，不能分析RNAB.單次運(yùn)行可獲得數(shù)百萬條短序列讀長(zhǎng)C.測(cè)序結(jié)果無需進(jìn)行質(zhì)量控制和過濾D.三代測(cè)序技術(shù)的讀長(zhǎng)顯著短于二代測(cè)序基因本體論（GO）分析中，“富集分析”的目的是（）A.計(jì)算基因序列的GC含量B.確定基因在染色體上的位置C.篩選與特定生物學(xué)過程顯著相關(guān)的基因集D.預(yù)測(cè)蛋白質(zhì)的亞細(xì)胞定位下列倫理問題與生物信息學(xué)數(shù)據(jù)應(yīng)用無關(guān)的是（）A.患者基因組數(shù)據(jù)的隱私保護(hù)B.基因編輯技術(shù)的倫理邊界C.數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)引用的知識(shí)產(chǎn)權(quán)爭(zhēng)議D.實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的福利保障二、填空題（每空1分，共20分）生物信息學(xué)研究的“組學(xué)”領(lǐng)域主要包括__________、和。序列比對(duì)算法中，__________算法用于全局比對(duì)，__________算法用于局部比對(duì)。蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的四個(gè)層級(jí)分別是：一級(jí)結(jié)構(gòu)（氨基酸序列）、二級(jí)結(jié)構(gòu)（如__________、）、三級(jí)結(jié)構(gòu)（）和四級(jí)結(jié)構(gòu)（__________）。常用的系統(tǒng)發(fā)育樹構(gòu)建方法有__________法、__________法和最大似然法。NCBI的Entrez系統(tǒng)提供的核心數(shù)據(jù)庫包括__________（文獻(xiàn)數(shù)據(jù)庫）、（蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫）和（基因表達(dá)數(shù)據(jù)庫）。引物設(shè)計(jì)中，__________值反映引物與模板結(jié)合的穩(wěn)定性，其計(jì)算公式與__________含量和引物長(zhǎng)度相關(guān)。單細(xì)胞RNA測(cè)序技術(shù)（scRNA-seq）的核心優(yōu)勢(shì)是能夠揭示__________，而非整體組織的__________表達(dá)水平。代謝組學(xué)數(shù)據(jù)分析中，__________用于鑒定代謝物，__________用于比較樣本間代謝物的差異。三、簡(jiǎn)答題（共30分）簡(jiǎn)述生物信息學(xué)在新冠病毒研究中的兩個(gè)具體應(yīng)用，并說明其技術(shù)原理。（8分）某實(shí)驗(yàn)室獲得一段未知DNA序列，長(zhǎng)度為500bp。請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)一個(gè)分析流程，包括數(shù)據(jù)庫檢索、序列特征分析和功能預(yù)測(cè)三個(gè)步驟，并列舉每個(gè)步驟使用的工具或數(shù)據(jù)庫。（10分）比較基因組學(xué)中，“共線性分析”的概念是什么？其在作物育種中有何應(yīng)用價(jià)值？（6分）簡(jiǎn)述機(jī)器學(xué)習(xí)在蛋白質(zhì)功能預(yù)測(cè)中的典型流程，并舉例說明一種常用算法的應(yīng)用場(chǎng)景。（6分）四、分析題（共20分）背景資料：某研究團(tuán)隊(duì)對(duì)兩種水稻品種（耐旱型品種A和普通型品種B）的根系進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組測(cè)序，獲得如下差異表達(dá)基因（DEGs）分析結(jié)果：差異表達(dá)基因總數(shù)：820個(gè)（上調(diào)450個(gè)，下調(diào)370個(gè)）GO富集分析顯示，上調(diào)基因顯著富集于“響應(yīng)干旱脅迫”“脫落酸信號(hào)通路”等條目；下調(diào)基因顯著富集于“細(xì)胞伸長(zhǎng)”“光合作用”等條目。KEGG通路分析顯示，上調(diào)基因主要參與“植物激素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)”“苯丙素生物合成”通路。問題：根據(jù)上述結(jié)果，推測(cè)品種A的耐旱機(jī)制可能涉及哪些生理過程？請(qǐng)結(jié)合GO富集結(jié)果說明理由。（8分）若需驗(yàn)證其中10個(gè)上調(diào)基因的表達(dá)模式，應(yīng)選擇何種實(shí)驗(yàn)技術(shù)？簡(jiǎn)述該技術(shù)的原理及實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)要點(diǎn)。（6分）為進(jìn)一步挖掘調(diào)控耐旱性的關(guān)鍵基因，可采用哪些生物信息學(xué)方法分析上述轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)？（6分）五、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題（共20分）研究目的：利用生物信息學(xué)方法設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證某人類未知基因（GeneX）的功能，并預(yù)測(cè)其編碼蛋白質(zhì)的潛在相互作用分子。要求：設(shè)計(jì)獲取GeneX全長(zhǎng)cDNA序列的實(shí)驗(yàn)方案，包括引物設(shè)計(jì)的關(guān)鍵參數(shù)及驗(yàn)證步驟。（8分）如何通過數(shù)據(jù)庫檢索預(yù)測(cè)GeneX編碼蛋白質(zhì)的亞細(xì)胞定位和結(jié)構(gòu)域？列舉具體數(shù)據(jù)庫名稱及分析步驟。（6分）若要構(gòu)建GeneX的系統(tǒng)發(fā)育樹，以探究其在脊椎動(dòng)物中的進(jìn)化關(guān)系，簡(jiǎn)述數(shù)據(jù)收集、序列處理和樹構(gòu)建的關(guān)鍵步驟。（6分）六、計(jì)算題（共20分）已知一段DNA序列為：5'-ATGCGGCTAGCTAGCTGATCGATCG-3'（長(zhǎng)度25bp）。（1）計(jì)算該序列的GC含量。（3分）（2）若使用該序列作為模板設(shè)計(jì)引物，引物長(zhǎng)度為20bp，且3'端包含序列“GATCG”，請(qǐng)寫出上游引物的序列（5'→3'）。（4分）對(duì)兩個(gè)物種的同源基因序列進(jìn)行比對(duì)，結(jié)果如下（“|”表示完全匹配，“:”表示相似氨基酸，“.”表示弱相似）：物種甲：MAKTLVEDGRISTF--物種乙：MARTLIEEGRVSTFSQ（1）計(jì)算該比對(duì)的一致性（Identity）和相似性（Similarity）。（6分）（2）若兩物種分歧時(shí)間為1億年，且該基因的進(jìn)化速率為1×10??替換/位點(diǎn)/年，計(jì)算兩序列的遺傳距離（使用Kimura-2-parameter模型，忽略轉(zhuǎn)換/顛換差異）。（7分）參考答案及評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)（部分示例）一、選擇題B2.C3.B4.B5.C6.B7.C8.D9.B10.BC12.C13.B14.C15.D二、填空題基因組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)（或代謝組學(xué)）Needleman-Wunsch、Smith-Watermanα-螺旋、β-折疊、整條肽鏈的空間結(jié)構(gòu)、亞基間相互作用鄰接法、最大簡(jiǎn)約法PubMed、Protein、GEOTm、GC細(xì)胞異質(zhì)性、平均質(zhì)譜數(shù)據(jù)庫匹配、主成分分析（PCA）三、簡(jiǎn)答題（示例）新冠病毒研究應(yīng)用：病毒溯源：通過ORF1ab基因序列比對(duì)（使用BLAST或MAFFT），計(jì)算與已知冠狀病毒的遺傳距離，構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)育樹，確定進(jìn)化起源（如與蝙蝠冠狀病毒RaTG13的關(guān)系）。藥物靶點(diǎn)預(yù)測(cè)：利用同源建模（如SWISS-MODEL）構(gòu)建刺突蛋白（S蛋白）三維結(jié)構(gòu)，通過分子對(duì)接軟件（如AutoDockVina）篩選與S蛋白受體結(jié)合域（RBD）結(jié)合的小分子化合物，預(yù)測(cè)潛在抗病毒藥物。（注：完整答案需包含技術(shù)原理細(xì)節(jié)及工具名稱）四、分析題（示例）耐旱機(jī)制推測(cè)：滲透調(diào)節(jié)增強(qiáng)：上調(diào)基因富集于“脫落酸信號(hào)通路”，脫落酸可促進(jìn)脯氨酸等滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的積累，減少細(xì)胞脫水損傷。抗氧化能力提升：“苯丙素生物合成”通路激活可能促進(jìn)類黃酮等抗氧化物質(zhì)生成，清除干旱脅迫產(chǎn)生的活性氧。生長(zhǎng)抑制適應(yīng)：下調(diào)基因富集于“細(xì)胞伸長(zhǎng)”和“光合作用”，表明品種A通過降低生長(zhǎng)速率和能量消耗，優(yōu)先保證生存。（注：需結(jié)合GO和KEGG結(jié)果具體分析）五、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題（示例）cDNA序列獲取方案：引物設(shè)計(jì)：從NCBI的Gene數(shù)據(jù)庫獲取GeneX的mRNA參考序列（NM_XXXXXX），使用Primer-BLAST設(shè)計(jì)引物，參數(shù)設(shè)置：長(zhǎng)度20bp，Tm=55-60℃，GC含量40%-60%，避免3'端互補(bǔ)。驗(yàn)證步驟：RT-PCR擴(kuò)增后進(jìn)行瓊脂糖凝膠電泳，回收目的條帶測(cè)序，與參考序列比對(duì)確認(rèn)無突變；使用ORFFinder預(yù)測(cè)開放閱讀框，驗(yàn)證起始密碼子和終止密碼子完整性。六、計(jì)算題（1）GC含量=（G+C數(shù)目）/總堿基數(shù)=（12+10）/25=88%（2）上游引物序列：5'-ATGCGGCTAGCTAGCTGATC-3'（3'端包含“GATC”，長(zhǎng)度20bp）（1）一致性=完全匹配數(shù)/比對(duì)長(zhǎng)度=12/17≈70.6%；相似性=（完全匹配+相似氨基酸）/比對(duì)長(zhǎng)度=（12+3）/17≈88.2%（2）遺傳距離=進(jìn)化速率×分歧時(shí)間×2=1×10??×1×10?×2=0.2命題說明：試卷覆蓋考綱要求的生物信息學(xué)核心概念（