2025年上學(xué)期高三生物合成生物學(xué)基礎(chǔ)概念試題一、選擇題（每題3分，共30分）合成生物學(xué)的核心研究策略是（）A.僅解析自然生物系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能B.利用工程化設(shè)計理念從頭合成或改造生物系統(tǒng)C.完全依賴計算機模擬構(gòu)建虛擬生物模型D.僅關(guān)注基因測序技術(shù)的改進下列哪項不屬于合成生物學(xué)的“工程化特質(zhì)”（）A.采用標準化生物元件組裝系統(tǒng)B.遵循“設(shè)計-構(gòu)建-檢驗-重設(shè)計”循環(huán)C.完全模擬自然生物進化過程D.對生物系統(tǒng)進行模塊化拆解與重構(gòu)生物元件的標準化是合成生物學(xué)的關(guān)鍵基礎(chǔ)，其核心目的是（）A.使不同實驗室的研究結(jié)果可重復(fù)比較B.強制統(tǒng)一生物實驗的操作流程C.限制生物元件的功能多樣性D.僅用于簡化基因測序步驟基因線路中的“邏輯門”設(shè)計借鑒了電子工程原理，下列哪種邏輯門可實現(xiàn)“當兩個輸入信號同時存在時才輸出結(jié)果”的功能（）A.非門（NOT）B.或門（OR）C.與門（AND）D.異或門（XOR）合成生物學(xué)中“底盤細胞”的作用是（）A.提供標準化的基因編輯工具B.作為宿主細胞承載人工設(shè)計的基因線路C.僅用于儲存生物元件庫D.替代計算機模擬的功能下列哪項技術(shù)不屬于合成生物學(xué)的使能技術(shù)（EnablingTechnology）（）A.CRISPR-Cas9基因編輯技術(shù)B.無細胞蛋白質(zhì)合成系統(tǒng)C.光學(xué)顯微鏡觀察細胞形態(tài)D.生物信息學(xué)建模與模擬代謝工程與合成生物學(xué)的交叉點在于（）A.僅關(guān)注天然代謝途徑的解析B.通過人工設(shè)計優(yōu)化細胞代謝網(wǎng)絡(luò)以生產(chǎn)目標產(chǎn)物C.完全摒棄自然代謝途徑，從頭合成新途徑D.僅用于研究代謝疾病的發(fā)病機制合成生物學(xué)倫理爭議的核心問題不包括（）A.生物安全風(fēng)險（如基因污染）B.人工合成生命的定義與邊界C.技術(shù)應(yīng)用的公平性（如生物武器威脅）D.實驗記錄本的規(guī)范化管理在“設(shè)計-構(gòu)建-檢驗-重設(shè)計”（DBTL）循環(huán)中，“檢驗”環(huán)節(jié)的主要目的是（）A.驗證設(shè)計方案的理論可行性B.通過實驗數(shù)據(jù)修正模型參數(shù)，優(yōu)化系統(tǒng)功能C.確定生物元件的標準化序列D.申請技術(shù)專利我國科學(xué)家在合成生物學(xué)領(lǐng)域的代表性成果是（）A.首次合成脊髓灰質(zhì)炎病毒基因組B.人工合成酵母染色體C.開發(fā)基于CRISPR的基因編輯工具D.建立大腸桿菌高效生產(chǎn)青蒿素前體的工程菌株二、填空題（每空2分，共20分）合成生物學(xué)是一門結(jié)合__________觀察分析方法和__________設(shè)計思維的交叉學(xué)科，其核心是實現(xiàn)生物系統(tǒng)的__________（填“理性設(shè)計”或“隨機進化”）。生物系統(tǒng)的層級化結(jié)構(gòu)包括__________、和__________三個基本層次，例如啟動子屬于，而基因振蕩器屬于__________。無細胞合成系統(tǒng)的優(yōu)勢在于無需培養(yǎng)完整細胞，可直接利用__________、__________等生物大分子實現(xiàn)目標產(chǎn)物的體外合成。合成生物學(xué)在醫(yī)療領(lǐng)域的典型應(yīng)用包括__________（如CAR-T細胞療法）和__________（如可降解生物材料）。三、簡答題（每題10分，共30分）簡述合成生物學(xué)與基因工程的區(qū)別與聯(lián)系。舉例說明生物元件的“標準化”如何促進合成生物學(xué)的發(fā)展。分析“最小基因組”研究（如支原體基因組精簡）對理解生命本質(zhì)的意義。四、分析題（20分）背景：某研究團隊計劃利用大腸桿菌合成可降解塑料PHA（聚羥基脂肪酸酯）。他們從土壤宏基因組中篩選到PHA合成酶基因，通過密碼子優(yōu)化后，將該基因與組成型啟動子、RBS（核糖體結(jié)合位點）和終止子組裝成表達單元，導(dǎo)入大腸桿菌DH5α菌株中。然而，實驗發(fā)現(xiàn)PHA產(chǎn)量遠低于預(yù)期，且細胞生長受到顯著抑制。問題：（1）請從合成生物學(xué)設(shè)計原則出發(fā)，分析可能導(dǎo)致實驗失敗的3個關(guān)鍵原因。（12分）（2）基于“設(shè)計-構(gòu)建-檢驗-重設(shè)計”循環(huán)，提出具體的優(yōu)化方案（至少包含2個技術(shù)策略）。（8分）參考答案及評分標準（僅供閱卷參考）一、選擇題B2.C3.A4.C5.B6.C7.B8.D9.B10.D二、填空題生命科學(xué)；工程學(xué)；理性設(shè)計生物元件；生物裝置；生物系統(tǒng)；生物元件；生物裝置酶；核酸（或DNA/RNA）細胞療法；組織工程材料（或藥物合成、診斷試劑等合理答案）三、簡答題區(qū)別：基因工程側(cè)重于單個基因的克隆與表達（1分），而合成生物學(xué)強調(diào)生物系統(tǒng)的“頂層設(shè)計”，通過標準化元件組裝具有復(fù)雜功能的基因線路（2分）；合成生物學(xué)引入工程學(xué)的模塊化、定量化理念，而傳統(tǒng)基因工程對元件間的兼容性關(guān)注較少（2分）。聯(lián)系：基因工程是合成生物學(xué)的技術(shù)基礎(chǔ)（如重組DNA技術(shù)）（2分）；兩者均致力于改造生物遺傳信息以實現(xiàn)特定功能（3分）。舉例：BioBrick標準是合成生物學(xué)中最經(jīng)典的元件標準化體系（2分）。其規(guī)定了元件的統(tǒng)一序列接口（如EcoRI和XbaI酶切位點），使不同實驗室的生物元件可直接拼接（3分）。例如，來自不同物種的啟動子、編碼區(qū)和終止子，通過BioBrick標準可快速組裝成完整表達單元（3分），極大降低了系統(tǒng)構(gòu)建的復(fù)雜度，促進了全球合成生物學(xué)研究的協(xié)作與成果共享（2分）。意義：最小基因組研究通過刪除非必需基因，確定生命活動所需的最少基因集合（3分），為理解“生命的基本單元”提供了實驗?zāi)Ｐ停?分）。例如，支原體JCVI-syn3.0僅含473個基因，其功能分析揭示了基因冗余性、代謝網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)健性等生命系統(tǒng)的核心特征（3分），同時為合成“最小細胞”奠定基礎(chǔ)，推動對生命起源與進化的重新認知（2分）。四、分析題（1）失敗原因：①元件兼容性問題：組成型啟動子持續(xù)高強度表達PHA合成酶，可能消耗大量細胞資源，導(dǎo)致生長抑制（4分）；②代謝流分配失衡：PHA合成需要乙酰-CoA等前體，若宿主菌內(nèi)源代謝途徑未優(yōu)化，前體供應(yīng)不足會限制產(chǎn)量（4分）；③底盤細胞選擇不當：DH5α為克隆菌株，而非工業(yè)生產(chǎn)菌株，可能缺乏PHA合成所需的代謝背景（4分）。（2）優(yōu)化方案：①動態(tài)調(diào)控策略：將組成型啟動子替換為誘