2025年上学期高三生物生物传感器原理与应用试题

2025年上学期高三生物生物传感器原理与应用试题一、选择题（本大题共20小题，每小题2分，共40分。每小题列出的四个备选项中只有一个符合题目要求）生物传感器的核心组成部分是（）A.生物敏感元件B.信号转换元件C.数据处理系统D.电源模块下列生命活动中，与生物传感器检测原理最相似的是（）A.吞噬细胞识别病原体并启动免疫反应B.植物根细胞通过渗透作用吸收水分C.核糖体利用mRNA模板合成蛋白质D.神经细胞通过动作电位传递信号某团队利用辣根过氧化物酶（HRP）制备生物传感器检测食品中的过氧化氢残留量，下列叙述错误的是（）A.该传感器的灵敏度依赖于HRP的催化活性B.高温条件下HRP变性会导致检测结果偏低C.HRP通过降低化学反应的活化能实现催化作用D.向反应体系中加入蛋白酶会增强传感器的检测信号生物传感器中，生物敏感元件与目标物质的结合方式不包括（）A.酶与底物的特异性结合B.抗原与抗体的免疫反应C.细胞膜上载体蛋白的协助扩散D.核酸分子的碱基互补配对下列关于电化学型生物传感器的叙述，正确的是（）A.通过检测反应过程中的温度变化实现信号转换B.葡萄糖氧化酶传感器属于此类传感器C.必须依赖光学检测仪器辅助读数D.无法用于生物体内环境的实时监测某同学设计“基于DNA探针的生物传感器检测新冠病毒RNA”实验，下列操作会导致实验失败的是（）A.探针序列与病毒RNA的靶序列不完全互补B.反应体系中加入RNA酶抑制剂C.采用荧光标记探针以增强信号强度D.控制反应温度在37℃以维持酶活性生物传感器的稳定性是其实际应用的关键指标，下列因素对稳定性影响最小的是（）A.生物敏感元件的活性衰减B.检测环境的pH值波动C.信号转换元件的材料性质D.传感器外壳的颜色下列生物传感器中，适用于实时监测糖尿病患者血糖浓度的是（）A.基于大肠杆菌代谢的微生物传感器B.基于葡萄糖氧化酶的电化学传感器C.基于抗原-抗体反应的免疫传感器D.基于DNA杂交的基因传感器某研究团队利用aptamer（适配体）修饰金纳米颗粒制备生物传感器，其检测原理是（）A.适配体与目标分子结合后引发纳米颗粒聚集，导致颜色变化B.金纳米颗粒催化目标分子分解产生气体信号C.适配体在光照下发生荧光淬灭D.目标分子与纳米颗粒竞争结合适配体，释放出游离酶生物传感器在环境监测中的应用不包括（）A.利用藻类传感器检测水体富营养化程度B.利用重金属离子传感器监测土壤污染C.利用CO₂传感器调控温室大棚的通风系统D.利用免疫传感器检测食品中的农药残留关于生物传感器与传统检测方法的比较，下列叙述错误的是（）A.生物传感器检测速度更快B.生物传感器对样品预处理要求更低C.生物传感器的检测成本普遍高于传统方法D.生物传感器更适合现场实时检测某生物传感器的信号转换过程为“生物识别反应→pH变化→电信号输出”，该传感器属于（）A.光学传感器B.压电传感器C.离子选择性电极传感器D.热敏传感器在酶传感器的设计中，将酶固定化的主要目的是（）A.提高酶对底物的催化效率B.增强酶的热稳定性和重复使用性C.降低反应体系的活化能D.扩大酶的底物识别范围下列关于免疫传感器的叙述，正确的是（）A.只能检测蛋白质类抗原B.基于抗原与抗体的非特异性结合C.可用于肿瘤标志物的早期筛查D.检测过程不受温度和pH值影响某同学利用生物传感器测量植物细胞呼吸速率，实验中需控制的无关变量是（）A.传感器的检测灵敏度B.反应体系中的氧气浓度C.植物材料的新鲜程度D.环境温度和光照强度生物传感器的“特异性”主要取决于（）A.信号转换元件的精度B.生物敏感元件与目标物质的结合能力C.数据处理算法的优化程度D.检测环境的无菌条件下列技术中，不能用于提高生物传感器灵敏度的是（）A.采用纳米材料修饰生物敏感元件B.引入信号放大酶联反应体系C.降低生物敏感元件的负载量D.优化信号检测电路的信噪比某生物传感器用于检测血液中的肌钙蛋白（心肌损伤标志物），其检测限可达10⁻¹²mol/L，这主要体现了生物传感器的（）A.高特异性B.高灵敏度C.快速响应性D.良好稳定性关于生物传感器在医疗领域的应用，下列案例与原理匹配错误的是（）A.血糖试纸——葡萄糖氧化酶催化反应产生电流B.早孕试纸——胶体金标记抗体与HCG的免疫反应C.呼气酒精检测仪——乙醇脱氢酶催化产生荧光信号D.心电图机——心肌细胞电信号的直接记录下列关于生物传感器发展趋势的叙述，错误的是（）A.微型化——如可植入式血糖传感器B.集成化——如多参数检测芯片C.智能化——结合AI算法实现数据解读D.单一化——专注于某一类生物分子的检测二、非选择题（本大题共5小题，共60分）21.填空题（每空2分，共20分）（1）生物传感器由__________、和__________三部分组成。（2）根据生物敏感元件的类型，生物传感器可分为、__________、__________等（至少写出三类）。（3）酶传感器中，酶与底物的反应通常伴随__________的变化，该变化可通过__________转换为可检测的电信号。（4）生物传感器的性能指标主要包括灵敏度、特异性、和。22.简答题（10分）某研究团队欲设计一款基于L-乳酸脱氢酶的生物传感器，用于检测运动员血液中的乳酸浓度。请回答：（1）该传感器的生物敏感元件是什么？其作用是什么？（2）若要将该传感器用于运动员现场检测，需满足哪些设计要求？23.实验分析题（12分）为探究温度对葡萄糖氧化酶传感器性能的影响，某同学进行了如下实验：将传感器分别置于25℃、37℃、50℃条件下，检测不同浓度葡萄糖溶液（0.1~10mmol/L）的响应电流，结果如图1所示。（1）根据实验结果，判断该传感器的最适温度，并说明理由。（2）50℃时传感器的响应电流显著低于37℃，分析其原因。（3）若在37℃条件下检测某未知样品时电流值为0.5μA，结合标准曲线估算样品中葡萄糖浓度（需写出计算过程）。24.综合应用题（10分）环境监测人员发现某化工厂附近水体出现鱼类死亡现象，怀疑是重金属镉（Cd²⁺）污染所致。请设计一款基于生物传感器的检测方案，包括传感器类型选择、检测原理及操作步骤。25.论述题（8分）生物传感器被称为“活体细胞与电子世界的桥梁”，请结合其在医疗、环境、食品领域的应用实例，阐述其技术优势及局限性。三、选做题（共20分，任选一题作答）26.生物技术实践题某兴趣小组计划利用大肠杆菌（含有乳糖操纵子）制备乳糖传感器，用于酸奶发酵过程的乳糖含量监测。（1）设计实验方案筛选高效表达β-半乳糖苷酶的大肠杆菌菌株。（2）简述将大肠杆菌固定化到传感器表面的步骤，并说明固定化方法的选择依据。27.前沿探究题2024年诺贝尔化学奖授予“生物分子成像技术”，其中基于荧光共振能量转移（FRET）的生物传感器是重要成果。（1）解释FRET生物传感器的工作原理。（2）举例说明FRET传感器在细胞内Ca²⁺浓度检测中的应用。（注：本试卷满分100分，考试时间90分钟。答案请写在答题卡指定区域内，超出区域无效。）试题设计说明：覆盖核心知识点：试题涵盖生物传感器的组成、原理、类型、性能指标及应用，结合高三生物教材中“酶的特性”“免疫调节”“细胞代谢”等模块，体现学科内综合。突出实践与探究：非选择题结合实验设计、数据分析和前沿技术