2025年大学《分子科学与工程》专业题库- 生物传感器在植物检测中的应用

2025年大学《分子科学与工程》专业题库——生物传感器在植物检测中的应用考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、选择题（每题2分，共20分。请将正确选项字母填入括号内）1.下列哪一项不属于生物传感器的基本组成部件？(A)生物识别元件(B)信号转换器(C)信号放大系统(D)数据处理系统2.在基于酶的生物传感器中，酶的作用通常是？(A)作为信号转换介质(B)增强传感器的机械强度(C)特异性地催化与目标物反应，产生可检测的变化(D)隔离信号转换器与外界环境3.下列哪种生物识别元件主要利用抗体与抗原之间的特异性结合？(A)噬菌体适配体(B)分子印迹聚合物(C)抗体(D)核酸适配体4.表面等离子体共振（SPR）技术主要属于哪种类型的生物传感器？(A)电化学型(B)光学型(C)压电型(D)磁场型5.在植物水分胁迫检测中，可利用生物传感器监测的植物内源信号分子包括？(A)乙烯和脱落酸(B)脱落酸和油菜素内酯(C)茎秆流和气孔导度(D)脱落酸和丙二醛6.提高生物传感器灵敏度的常用方法之一是？(A)降低生物识别元件的浓度(B)使用响应范围更宽的信号转换器(C)增强生物分子催化信号或利用纳米材料放大信号(D)延长传感器的响应时间7.用于快速检测植物病原菌的生物传感器，对其最重要的性能要求是？(A)非常高的选择性(B)极快的响应时间(C)超高的灵敏度(D)良好的稳定性8.分子印迹技术制备的生物识别元件的主要优点是？(A)成本低廉(B)具有与天然生物分子相似的识别特性和亲和力(C)制备过程简单快速(D)可在高温高压条件下使用9.将生物传感器集成到微型芯片上，利用微流控技术，其主要优势在于？(A)降低制造成本(B)实现样品的自动化处理和检测(C)提高传感器的理论灵敏度(D)增强传感器的抗干扰能力10.在评价一种用于植物营养元素检测的生物传感器时，需要关注的性能指标除了灵敏度外，还包括？(A)颜色变化明显程度(B)检测成本(C)信号转换器的响应频率(D)传感器的大小和重量二、填空题（每空1分，共15分。请将答案填入横线处）1.生物传感器通常由__________元件和__________元件两部分组成。2.基于抗原抗体特异性结合的免疫传感器，其识别元件是__________和__________。3.光学型生物传感器根据检测原理不同，可分为__________、__________和__________等类型。4.为了提高生物传感器的稳定性和抗环境干扰能力，常需要对__________进行优化设计或进行封装。5.利用生物传感器检测植物乙烯含量，可以用于判断植物是否处于__________胁迫或__________的状态。6.适配体是具有特定识别功能的__________链，通常通过__________技术筛选获得。7.生物传感器的重要性能指标包括灵敏度、选择性、__________、响应时间、__________和稳定性等。8.检测植物重金属胁迫的生物传感器，其目标分析物通常是指土壤或植物体内可测量的__________或__________含量。9.微流控生物传感器的主要优势在于能够实现__________，并降低__________。10.分子印迹技术可以模拟生物分子的__________，制备出具有特定识别位点的材料。三、简答题（每题5分，共20分）1.简述生物传感器的工作原理。2.简述酶基生物传感器在植物激素检测中的应用原理。3.简述抗体基生物传感器用于检测植物病原菌的优势。4.简述影响生物传感器灵敏度和选择性的主要因素。四、论述题（每题10分，共20分）1.论述生物传感器技术在植物水分胁迫监测中的应用前景及面临的挑战。2.论述将纳米技术应用于生物传感器以提升其在植物检测中性能的潜力。---试卷答案一、选择题1.(C)2.(C)3.(C)4.(B)5.(D)6.(C)7.(B)8.(B)9.(B)10.(B)二、填空题1.生物识别；信号转换2.抗原；抗体3.荧光；比色；表面等离子体共振4.信号转换器5.干旱；成熟6.核酸；系统进化7.稳定性；重现性8.重金属离子；金属有机配合物9.高通量；样品消耗量10.结构和功能三、简答题1.简述生物传感器的工作原理。生物传感器由生物识别元件和信号转换器两部分组成。当待测分析物与生物识别元件发生特异性相互作用时，会引起生物识别元件的物理化学性质发生改变。该变化被信号转换器接收，并转换成可定量或可识别的电信号、光信号、热信号等输出，通过检测输出信号的大小即可确定分析物的浓度或存在。2.简述酶基生物传感器在植物激素检测中的应用原理。酶基生物传感器利用酶对特定底物的高效催化特性。将针对某种植物激素（如ABA、IAA）的酶（或其部分）作为生物识别元件固定在传感器表面。当样品中存在目标激素时，该酶会催化底物发生反应，产生可检测的产物（如氧化还原物质）或导致信号变化（如pH改变）。通过测量信号变化，可以定量检测植物样品中目标激素的含量。3.简述抗体基生物传感器用于检测植物病原菌的优势。抗体基生物传感器利用抗体与抗原（病原菌表面的特定蛋白、多糖等）高度特异性的结合能力。将针对特定病原菌的抗体作为识别元件固定在传感器上。当含有目标病原菌的样品通过时，抗体会与其特异性结合。这种结合事件可以通过多种信号转换器（如电化学、光学、压电等）被检测到，产生信号输出。其优势在于抗体易于制备和纯化，识别特异性强，可针对特定病原菌进行快速、灵敏检测。4.简述影响生物传感器灵敏度和选择性的主要因素。*灵敏度：主要受生物识别元件与目标物结合亲和力的影响（亲和力越强，灵敏度越高）、信号转换器的转换效率和信号放大机制的设计影响（效率高、放大倍数大，灵敏度越高）、以及传感器表面状态和信号采集精度的影响。*选择性：主要受生物识别元件本身特异性（识别能力越强，选择性越高）、分析物与干扰物在传感器表面的竞争结合能力、以及信号转换器对目标信号和非目标信号的区分能力的影响。优化生物识别元件的设计、改进传感器表面修饰技术、引入抗干扰机制等可以提高选择性。四、论述题1.论述生物传感器技术在植物水分胁迫监测中的应用前景及面临的挑战。生物传感器在植物水分胁迫监测中具有广阔的应用前景。其优势在于能够快速、实时、灵敏、甚至在线地检测植物体内或环境中的水分相关指标，如脯氨酸、丙二醛、叶绿素相对含量、气孔导度、茎流等间接反映水分状况的信号分子，或直接检测水分活度。这有助于精准农业管理，实现节水灌溉和及时采取补救措施。前景包括开发便携式、低成本的田间监测设备，集成多参数监测，实现早期预警。面临的挑战主要包括：如何提高传感器在复杂田间环境（高温、高湿、盐碱、尘土）下的稳定性和抗干扰能力；如何提高检测的灵敏度和准确性，以区分轻度、中度、重度胁迫；如何实现多指标的同时检测与综合评估；以及降低制造成本，促进大规模应用。2.论述将纳米技术应用于生物传感器以提升其在植物检测中性能的潜力。将纳米技术应用于生物传感器（即纳米生物传感器）具有巨大的潜力，可以显著提升其在植物检测中的性能。纳米材料（如金纳米颗粒、碳纳米管、石墨烯、量子点、纳米线等）具有独特的物理化学性质，如巨大的比表面积、优异的导电/导热性、独特的光学效应、高催化活性等。利用这些特性，可以：1）提高灵敏度：利用纳米材料的信号放大效应（如表面等离子体共振增强荧光、催化放大电信号）或构建高密度检测表面，捕获更多生物分子，从而检测更低浓度的目标物。2）增强选择性：利用纳米材料独特的识别位点或与生物识别元件结合形成的特殊结构，提高对目标物的选择性，减少干扰。3）改善生物识别元件性能：利用纳米技术固定或修饰生物分子，提高其稳定性和生物活性。4）实现信号