2025年科技创新生物技术专项训练试卷及答案

2025年科技创新生物技术专项训练试卷及答案一、单项选择题（共15题，每题2分，共30分）1.下列基因编辑技术中，基于RNA引导的核酸内切酶系统是（）。A.TALENsB.ZFNsC.CRISPRCas9D.Meganucleases2.蛋白质工程中，“从头设计”是指（）。A.对天然蛋白质进行定点突变B.基于已知结构设计全新功能的蛋白质C.通过定向进化筛选功能突变体D.利用同源建模预测蛋白质结构3.合成生物学中，“生物砖”（BioBrick）的核心特征是（）。A.包含启动子、RBS、编码区、终止子的完整表达单元B.具有标准化酶切位点（EcoRI、XbaI、SpeI、PstI）的DNA片段C.可在原核与真核细胞中通用的表达载体D.用于构建人工染色体的重复序列模块4.单克隆抗体制备过程中，用于筛选杂交瘤细胞的培养基是（）。A.完全培养基（含10%FBS）B.HAT培养基（含次黄嘌呤、氨基蝶呤、胸腺嘧啶）C.无血清培养基D.选择性培养基（含G418）5.限制性内切酶EcoRI的命名规则中，“co”代表（）。A.菌株编号B.属名首字母C.种名头两个字母D.发现顺序6.实时荧光定量PCR（qPCR）中，Ct值的定义是（）。A.荧光信号达到设定阈值时的循环数B.扩增产物量达到平台期的循环数C.引物二聚体形成的起始循环数D.模板DNA完全变性的循环数7.CART细胞的结构中，直接识别肿瘤抗原的部分是（）。A.CD3ζ激活结构域B.跨膜结构域（如CD8）C.共刺激信号结构域（如41BB）D.单链抗体片段（scFv）8.酶工程中，固定化酶的优势不包括（）。A.提高酶的稳定性B.便于产物分离C.扩大酶的pH适用范围D.降低酶的催化效率9.下列属于第二代基因测序技术（NGS）的是（）。A.纳米孔测序（OxfordNanopore）B.边合成边测序（IlluminaHiSeq）C.Sanger双脱氧链终止法D.半导体测序（IonTorrent）10.植物体细胞杂交的关键步骤是（）。A.原生质体融合B.愈伤组织诱导C.花粉培养D.胚状体分化11.生物信息学中，BLAST工具的主要功能是（）。A.基因表达谱分析B.序列同源性比对C.蛋白质三维结构预测D.代谢通路富集分析12.诱导多能干细胞（iPSC）的重编程因子不包括（）。A.Oct4B.Sox2C.cMycD.p5313.工业发酵中，对数期的微生物特征是（）。A.代谢活动微弱，生长速率接近零B.生长速率最大，代时稳定C.营养耗尽，死亡速率大于生长速率D.次级代谢产物大量积累14.基因治疗中，腺相关病毒（AAV）载体的主要优点是（）。A.感染分裂期与非分裂期细胞B.携带大基因片段（>10kb）C.整合至宿主基因组的概率高D.引发强烈免疫反应15.蛋白质结晶的关键条件不包括（）。A.蛋白质纯度（>95%）B.过饱和溶液环境C.高温（>37℃）D.合适的沉淀剂（如硫酸铵）二、多项选择题（共10题，每题3分，共30分。每题至少2个正确选项，少选得1分，错选不得分）1.CRISPRCas9系统的组成包括（）。A.Cas9核酸内切酶B.tracrRNAC.crRNAD.sgRNA（单链向导RNA）2.蛋白质工程的常用技术包括（）。A.定点突变（Sitedirectedmutagenesis）B.定向进化（Directedevolution）C.同源建模（Homologymodeling）D.基因敲除（Geneknockout）3.合成生物学在医疗领域的应用包括（）。A.设计工程菌生产重组胰岛素B.构建人工噬菌体用于耐药菌治疗C.改造T细胞识别肿瘤抗原（CART）D.开发基于RNA的疫苗（如mRNA新冠疫苗）4.单克隆抗体制备成功的关键因素有（）。A.免疫动物的抗原纯度B.骨髓瘤细胞与B淋巴细胞的融合效率C.HAT培养基的筛选效果D.杂交瘤细胞的单克隆化培养5.限制性内切酶的星活性（Staractivity）可能由以下哪些因素引发？（）A.高甘油浓度（>5%）B.低离子强度（<25mMNaCl）C.非最适pH（pH>8.0）D.过量酶（>100U/μgDNA）6.qPCR实验中，内参基因的选择标准包括（）。A.在不同样本中表达稳定B.与目标基因表达水平相近C.无基因组DNA污染（如跨内含子设计引物）D.长度与目标基因一致7.CART疗法的局限性包括（）。A.实体瘤穿透能力差B.细胞因子释放综合征（CRS）风险C.仅适用于血液系统肿瘤D.制备成本高（个性化治疗）8.酶固定化的方法包括（）。A.吸附法（物理吸附）B.共价结合法（化学偶联）C.包埋法（凝胶包埋）D.交联法（双功能试剂交联）9.NGS数据分析的基本流程包括（）。A.原始数据质控（FastQC）B.序列比对（BWA、Bowtie）C.变异检测（GATK）D.功能注释（ANNOVAR）10.工业发酵过程中，需要监控的参数包括（）。A.溶氧量（DO）B.pH值C.温度D.二氧化碳释放率（CER）三、填空题（共10题，每题2分，共20分）1.基因编辑技术中，CRISPRCas9的PAM序列通常为________（以SpCas9为例）。2.蛋白质工程中，“理性设计”的基础是________。3.合成生物学的三大要素是________、________、________（按顺序填写）。4.单克隆抗体制备中，常用的细胞融合方法是________（物理法）或________（化学法）。5.限制性内切酶切割DNA产生的末端类型包括________和________。6.PCR反应的三个基本步骤是________、________、________。7.CART细胞的“双信号激活”指________和________。8.酶的比活力定义为________。9.NGS测序中，“读长”（Readlength）是指________。10.工业发酵的“种子扩大培养”目的是________。四、简答题（共5题，第13题每题6分，第45题每题8分，共34分）1.（封闭型）简述PCR技术的基本原理及应用场景。2.（封闭型）基因工程中，理想载体需具备哪些条件？3.（封闭型）比较原核表达系统（大肠杆菌）与真核表达系统（酵母）的优缺点。4.（开放型）结合2023年FDA批准的碱基编辑疗法（如BEAMTherapeutics的BEAM101），分析碱基编辑技术相比CRISPRCas9的优势。5.（开放型）合成生物学如何助力“双碳”目标？请举例说明（至少2个案例）。五、应用题（共5题，第12题每题8分，第34题每题10分，第5题12分，共50分）1.（计算类）已知某蛋白质由300个氨基酸组成，其中含2对二硫键（每对二硫键减少2个H原子）。假设平均氨基酸分子量为110，计算该蛋白质的理论分子量（需写出计算过程）。2.（计算类）某基因编辑实验中，对100个单细胞克隆进行测序，其中25个克隆发生纯合突变，30个发生杂合突变，其余为野生型。计算基因编辑效率（突变率）及纯合突变比例（需写出公式）。3.（分析类）某实验室制备单克隆抗体时，杂交瘤细胞筛选后未获得阳性克隆。请分析可能的原因（至少4点）。4.（分析类）某公司利用大肠杆菌生产重组人干扰素，发酵过程中发现目标蛋白以包涵体形式存在。请提出解决方案（至少3点）。5.（综合类）设计一个利用合成生物学技术改造大肠杆菌生产可降解塑料PHA（聚羟基脂肪酸酯）的方案。要求：（1）明确目标基因来源；（2）描述载体构建步骤；（3）提出代谢途径优化策略；（4）设计发酵条件控制要点。答案及解析一、单项选择题1.C（CRISPRCas9通过sgRNA引导Cas9切割DNA）2.B（从头设计基于结构预测，创造全新功能蛋白）3.B（生物砖通过标准化酶切位点实现模块化组装）4.B（HAT培养基通过阻断嘌呤/嘧啶从头合成，筛选融合细胞）5.C（EcoRI中“E”为属名（Escherichia），“co”为种名（coli）头两个字母）6.A（Ct值是荧光信号达到阈值时的循环数，与初始模板量负相关）7.D（scFv是单链抗体片段，直接识别抗原表位）8.D（固定化酶可能提高或保持催化效率，但不会降低）9.B（Illumina属于边合成边测序的NGS技术）10.A（原生质体融合是体细胞杂交的关键步骤）11.B（BLAST用于序列同源性比对，如核酸或蛋白质序列）12.D（iPSC重编程因子为Oct4、Sox2、Klf4、cMyc）13.B（对数期微生物生长速率最大，代时稳定）14.A（AAV可感染分裂期与非分裂期细胞，免疫原性低）15.C（蛋白质结晶通常需低温（425℃），高温会导致变性）二、多项选择题1.ABCD（CRISPRCas9系统包括Cas9、tracrRNA、crRNA，sgRNA是tracrRNA与crRNA的融合）2.ABC（基因敲除属于基因工程技术，非蛋白质工程）3.ABCD（均为合成生物学在医疗中的应用）4.ABCD（抗原纯度影响免疫效果，融合效率、筛选效果、单克隆化均为关键）5.ABCD（高甘油、低离子强度、非最适pH、过量酶均可能引发星活性）6.AC（内参基因需表达稳定，引物需跨内含子避免基因组污染；表达水平与长度无需与目标基因一致）7.ABD（CART已尝试用于实体瘤，如肝癌，但穿透能力差是主要问题）8.ABCD（均为酶固定化常用方法）9.ABCD（NGS分析包括质控、比对、变异检测、注释）10.ABCD（溶氧、pH、温度、CER均为发酵关键监控参数）三、填空题1.NGG（N为任意碱基，GG为固定）2.蛋白质三维结构与功能的关系3.标准化（Standardization）、模块化（Modularity）、可预测性（Predictability）4.电融合法；聚乙二醇（PEG）融合法5.粘性末端（粘端）；平末端（bluntend）6.变性（9495℃）；退火（5065℃）；延伸（72℃）7.抗原识别信号（TCR/抗原MHC结合）；共刺激信号（如CD28/B7结合）8.每毫克蛋白质所具有的酶活力单位数（U/mg）9.单次测序反应读取的连续核苷酸长度（如IlluminaHiSeq读长通常为150300bp）10.获得足够数量、高活性的种子细胞，缩短发酵延迟期四、简答题1.PCR原理：以DNA双链为模板，通过变性（双链解旋）、退火（引物结合模板）、延伸（Taq酶合成新链）的循环，指数级扩增目标DNA片段。应用场景：基因克隆、突变检测、病原体诊断（如新冠病毒RTPCR检测）、法医学DNA鉴定等。2.理想载体需具备：①自主复制能力（含复制原点）；②多个单一酶切位点（多克隆位点）；③筛选标记（如抗生素抗性基因）；④较小分子量（便于操作）；⑤高拷贝数（提高目标基因表达量）。3.原核（大肠杆菌）：优点：培养简单、周期短、成本低、表达量高；缺点：无蛋白质翻译后修饰（如糖基化）、可能形成包涵体、内毒素污染。真核（酵母）：优点：可进行翻译后修饰、分泌表达（减少包涵体）、安全性高（如毕赤酵母）；缺点：培养条件复杂、周期长、表达量低于大肠杆菌。4.碱基编辑优势：①无需DNA双链断裂（DSB），减少脱靶和染色体易位风险；②直接实现单碱基转换（如C→T或A→G），适用于点突变相关疾病（如镰刀型贫血）；③编辑效率更高（DSB修复依赖非同源末端连接（NHEJ）或同源重组（HR），效率低）；④BEAM101已用于治疗镰刀型细胞贫血，临床数据显示安全性更优。5.合成生物学助力“双碳”案例：①改造蓝细菌或大肠杆菌，利用CO₂和太阳能合成淀粉（如2021年中科院天津工生所成果），减少农业碳排放；②设计工程菌降解塑料（如PET水解酶工程菌），降低塑料生产的化石能源消耗；③构建人工固氮模块（如将固氮基因导入作物），减少化肥使用（化肥生产占全球CO₂排放1.2%）。五、应用题1.计算过程：氨基酸总分子量=300×110=33,000脱水数=3001=299（肽键数），脱水分子量=299×18=5,382二硫键影响：每对二硫键减少2个H（分子量2），2对减少4，即分子量减少4理论分子量=33,0005,3824=27,6142.突变率计算：突变克隆数=纯合突变（25）+杂合突变（30）=55突变率=（55/100）×100%=55%纯合突变比例=（25/55）×100%≈45.45%3.可能原因：①免疫抗原纯度低，未有效刺激B细胞产生抗体；②骨髓瘤细胞状态差（如传代次数过多，融合能力下降）；③细胞融合效率低（PEG浓度或电融合参数不当）；④HAT培养基配制错误（如氨基蝶呤失效，无法阻断野生型细胞生长）；⑤杂交瘤细胞未及时单克隆化（多克隆细胞竞争导致阳性克隆死亡）。4.解决方案：①优化诱导条件（降低IPTG浓度、降低诱导温度至1625℃），减少包涵体形成；②共表达分子伴侣（如DnaK/DnaJ/GrpE）或折叠酶（如二硫键异构酶），帮助蛋白质正确折叠；③改用分泌表达载体（如添加信号肽），