2025年大学《分子科学与工程》专业题库- 分子生物学技术在工程中的应用

2025年大学《分子科学与工程》专业题库——分子生物学技术在工程中的应用考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、选择题（每小题2分，共20分）1.下列哪一项不是分子生物学技术能够直接应用于工程领域的主要驱动力？A.提高工业生产过程的效率B.开发新型诊断方法和疾病治疗手段C.深入理解生命活动的基本规律D.创造具有特定功能的人工生物系统2.在基因工程中，将目的基因导入宿主细胞常用的方法不包括：A.病毒载体介导B.基因枪法C.限制性内切酶切割D.电穿孔3.PCR技术能够特异性扩增目的DNA片段的核心原理是：A.DNA的半保留复制B.特异性引物与模板DNA的碱基互补配对C.DNA聚合酶的耐热性D.DNA变性-退火-延伸的循环过程4.下列关于CRISPR-Cas9基因编辑技术的描述，错误的是：A.其核心是Cas9核酸酶和向导RNA（gRNA）B.gRNA负责识别目标DNA序列C.Cas9能够特异性切割DNA双链D.该技术可以精确插入任意DNA序列，无需先导序列5.在蛋白质工程中，对现有蛋白质进行改造的主要目的是：A.提高其表达产量B.改善其稳定性或活性C.降低其生产成本D.改变其免疫原性6.下列哪种分子生物学技术最常用于检测样本中特定病原体的核酸？A.DNA测序B.蛋白质印迹（WesternBlot）C.基因芯片杂交D.ELISA（酶联免疫吸附试验）7.将酶固定在载体上形成的酶制剂称为：A.基因重组菌B.基因芯片C.固定化酶D.单克隆抗体8.在合成生物学中，“设计构建、测试和制造”的核心理念强调的是：A.对自然界生物系统的简单模仿B.人为设计和构建具有特定功能的生物系统C.对基因进行大规模的随机突变D.利用生物系统解决化学合成问题9.下列哪项技术通常用于对单个细胞或小群体的基因表达谱进行分析？A.全基因组测序B.数字PCRC.单细胞RNA测序D.基因芯片10.分子生物学技术在环境工程中可用于：A.直接进行大规模物质生产B.去除水中的重金属离子C.降解难降解有机污染物D.监测环境中的物理参数二、填空题（每空2分，共20分）1.分子克隆技术通常需要构建载体，其中最常用的载体是________。2.PCR反应体系中必需的成分包括模板DNA、引物、_______和反应缓冲液。3.基因编辑技术CRISPR-Cas9系统中的“向导”分子是________。4.蛋白质工程的基础是________的改造。5.用于检测核酸杂交信号的常见技术有________和化学发光法。6.固定化酶相比游离酶的优点之一是________。7.生物信息学是利用计算机技术分析和管理________数据的学科。8.分子诊断技术追求的目标之一是提高检测的________和________。9.合成生物学旨在实现“工程化”的________。10.基因芯片技术可以同时检测成千上万个________的表达水平。三、简答题（每题5分，共15分）1.简述PCR技术的基本原理及其在工程应用中的一个主要优势。2.简要说明基因编辑技术（如CRISPR-Cas9）在生物制造领域的潜在应用价值。3.简述固定化酶技术相比游离酶在工业应用中的一个关键优势及其原因。四、论述题（每题10分，共20分）1.论述分子诊断技术在现代医疗体系中的重要作用，并举例说明一种基于分子生物学技术的诊断方法及其原理。2.结合你所学知识，论述将一项新的分子生物学技术（如某种基因编辑工具或合成生物学平台）应用于解决一个具体工程问题（如环境污染治理或新型材料合成）时，需要考虑的主要因素。五、设计题（15分）设计一个简单的实验方案，利用PCR技术从某环境样品（如土壤或水体）中特异性检测目标病原菌（例如，假设该病原菌的特定基因序列已知）。请简要说明实验目的、所需关键试剂、主要步骤和预期结果。试卷答案一、选择题1.C2.C3.B4.D5.B6.C7.C8.B9.C10.C二、填空题1.质粒2.DNA聚合酶3.向导RNA(gRNA)4.氨基酸序列5.显微镜观察法6.稳定性（或可重复使用性、易于分离）7.生物8.灵敏度特异性9.细胞10.基因三、简答题1.原理：PCR利用DNA聚合酶在引物指引下，以模板DNA为原料，通过变性-退火-延伸的循环过程特异性扩增目标DNA片段。优势：灵敏度高，可在微量模板DNA中扩增到足够量，便于后续分析，是许多下游应用（如基因编辑、测序、诊断）的基础。2.价值：基因编辑技术可精确修饰生物体基因组，用于改造微生物菌株以高效生产药物或工业产物，改良植物或动物品种，或构建疾病模型以研究发病机制和药物筛选等。3.优势：稳定性（或可重复使用性）。原因：固定化酶易于从反应体系中分离回收，可重复使用，降低了成本，也便于产物的纯化和后处理。四、论述题1.作用：分子诊断技术能快速、精确地检测疾病相关的分子标志物（如病原体核酸、肿瘤相关基因突变、自身抗体等），实现疾病的早期发现、精准诊断、分型、疗效监测和预后判断，是现代精准医疗的重要支撑。举例（以PCR检测新冠病毒核酸为例）：原理：利用PCR技术特异性扩增病毒基因组中的一段保守序列。当样本中含有病毒时，该片段被指数级扩增，达到检测阈值时即可判断阳性。其高灵敏度和特异性使其成为新冠病毒大规模筛查的主要手段。2.考虑因素：*技术可行性：该技术是否能稳定、可靠地实现目标功能？*经济成本：技术开发、设备购置、运行维护、试剂成本是否在工程应用的可接受范围内？*效率与性能：技术方案能否满足工程所需的效率、产量、纯度或效果等指标？*安全性：应用该技术是否会带来生物安全、环境安全或伦理风险？如何进行风险评估和控制？*可操作性：技术方案是否易于在目标环境中实施、操作和维护？*知识产权：相关技术的专利问题。五、设计题实验目的：从环境样品中特异性检测目标病原菌。关键试剂：目标病原菌特异性引物对、DNA聚合酶、dNTPs、PCR缓冲液（含Mg²⁺）、模板DNA（环境样品提取物）、PCR反应管、水。主要步骤：1.样品处理：收集环境样品，进行灭活处理（如高压灭菌）。根据需要选择合适的样品前处理方法（如稀释、匀浆、过滤）提取总DNA。2.PCR反应体系准备：在PCR反应管中依次加入提取的模板DNA（一定体积）、上下游特异性引物（各自一定浓度）、dNTPs混合物（一定浓度）、DNA聚合酶（一定浓度）、PCR缓冲液（含Mg²⁺）和适量无核酸酶水，总体积通常为20-25μl。3.PCR扩增：将反应管放入PCR仪，设置扩增程序。程序通常包括：初始变性（如95℃3-5分钟）；循环阶段（如95℃变性30秒，退火温度（根据引物Tm值设定）退火30秒，延伸温度（通常72℃）延伸1分钟，共30-35个循环）；最终延伸（72℃5-10分钟）；保温（4℃）。4.结果检测：将PCR扩增产物进行检测。常用方法有：琼脂糖凝胶电泳