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热点05 从“人造生命”到生物制造——生物技术
与工程高考抢分冲刺
合成生物学是融合基因工程、酶工程、发酵技术、微生物代谢等核心知识点的前沿交叉学科，以“设
计-构建-测试-优化”为核心逻辑，通过人工设计和改造生物体系，实现“人造生命”构建、生物制造升
级等重大突破，是近年来高考生物“前沿情境+核心考点”命题的高频方向。2025 年人工合成淀粉量产、
AI 辅助蛋白质设计等重大科研成果，进一步推动合成生物学从基础研究走向产业落地，也成为高考命题的
核心溯源点。
传统生物技术多依赖天然生物体系的自然代谢，如传统发酵仅利用微生物固有代谢途径生产产物，存
在效率低、产物单一、周期长等局限，难以满足现代工业和社会需求。而合成生物学打破这一局限，通过
基因编辑、代谢通路改造等技术，定向设计微生物代谢过程，甚至构建全新的人工生物体系，实现“按需
生产”，这一核心逻辑与高考中“基因工程操作步骤、微生物代谢调控、酶工程应用”等考点高度契合。
2025 年人工合成淀粉量产的重大突破，依托微生物代谢通路的精准改造，将二氧化碳转化为淀粉，整
合了微生物代谢调控、酶的固定化、发酵技术优化等核心知识点；AI 辅助蛋白质设计则通过算法模拟蛋白
质空间结构，加速酶的改造和新型蛋白质的合成，衔接酶工程、基因工程中目的基因获取与表达等考点。
这些前沿成果既体现了生物技术与工程的发展趋势，也符合高考“立足基础、聚焦前沿、考查能力”的命
题原则。
从高考命题规律来看，合成生物学相关试题多以科研成果为情境，考查学生对基因工程操作（目的基
因获取、载体构建、导入与检测）、微生物代谢调控（代谢通路改造、营养条件优化）、酶工程应用（酶
的改造与固定化）、发酵技术（生物反应器优化）等知识点的理解和应用，同时渗透生物安全与伦理的考
查，侧重考查学生的逻辑推理、图文分析和规范答题能力。其命题本质是“前沿情境载体+核心考点迁
移”，既考查基础知识点的掌握，也考查学生对跨学科（生物+AI、生物+工程）知识的整合能力，这也是
未来高考生物命题的重要趋势。
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猜押1 人工合成淀粉量产——微生物代谢与发酵技术的综合应用
1. 人工合成淀粉的核心原理：2025 年人工合成淀粉实现量产，其核心是通过基因工程改造大肠杆菌、蓝
细菌等微生物，构建“二氧化碳→甲醛→葡萄糖→淀粉”的人工代谢通路，打破天然淀粉合成仅能在植物
体内进行的局限，实现体外高效合成。该过程需精准改造微生物的代谢途径，敲除无关代谢基因，强化淀
粉合成相关酶的表达。
2. 关键技术支撑：
① 基因工程：通过CRISPR/Cas9 技术编辑微生物基因组，导入淀粉合成关键酶（如淀粉酶、糖化酶）的
基因，优化基因表达调控序列；
② 微生物代谢调控：控制培养基的碳源（二氧化碳、葡萄糖）、氮源、温度、pH 等条件，抑制微生物自
身代谢消耗，促进淀粉积累；
③ 酶工程：对淀粉合成相关酶进行改造，提高酶的活性、稳定性和特异性，降低反应能耗；
④ 发酵技术：利用大型生物反应器，实现微生物的大规模培养和淀粉的连续生产，优化发酵工艺以提高
产量和纯度。
3. 与高考考点关联：该热点直接衔接微生物代谢（代谢通路的改造与调控）、基因工程（操作步骤、载
体构建）、酶工程（酶的改造与应用）、发酵技术（生物反应器优化、发酵条件控制）等核心考点，是高
考中“情境+应用”类试题的高频素材。
拓展：人工合成淀粉的量产过程中，除了核心的代谢通路改造和关键技术支撑，还涉及多个高考高频细节
考点。
从微生物选择来看，大肠杆菌作为原核生物，其无成形细胞核、繁殖速度快、代谢旺盛的特点，使其成为
基因工程改造的常用宿主，这与高考中“原核生物与真核生物的结构差异”“微生物作为受体细胞的优
势”等考点直接相关；蓝细菌作为自养生物，其光合作用与人工代谢通路的结合，还可衔接“光合作用的
过程”“自养型生物的代谢特点”等知识点。此外，人工合成淀粉过程中，二氧化碳的固定与转化，还可
联系“碳循环”“生态系统的物质循环”等考点，成为高考中跨模块考查的重要素材。同时，该技术的产
业化过程中，还会涉及发酵工业的污染控制、产物分离提纯的基本方法，这些均是高考中生物技术与工程
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模块的常考细节，需重点关注。
1. （2026 模拟预测）2025 年我国实现人工合成淀粉量产，其核心技术是通过基因工程改造蓝细菌，构建
人工淀粉合成代谢通路，实现二氧化碳向淀粉的高效转化。回答下列问题：
（1）构建人工淀粉合成的基因表达载体时，需将淀粉合成关键酶（淀粉酶、糖化酶）的基因作为目的基
因，该目的基因可通过哪些方法获取？构建载体时，除目的基因外，还需具备哪些关键组件？请简要说明
各组件的功能。
（2）将构建好的基因表达载体导入蓝细菌时，常用的方法是什么？导入后，如何检测目的基因是否成功
导入蓝细菌？如何检测目的基因是否成功表达？
（3）人工合成淀粉过程中，需对蓝细菌的代谢通路进行改造，敲除与淀粉合成无关的代谢基因（如与细
胞分裂相关的基因），请分析这样做的目的。同时，发酵过程中需控制培养基的碳源为二氧化碳，结合蓝
细菌的代谢特点，说明控制碳源的原因，并简要写出发酵过程中需要控制的其他条件及目的。
（4）与传统植物淀粉合成相比，人工合成淀粉具有产量高、周期短、不受自然条件限制等优势，请从生
物技术与工程的角度，分析人工合成淀粉量产对农业、环境的意义。
2. （2026 模拟预测）人工合成淀粉的关键的是构建高效的淀粉合成代谢通路，需对微生物的代谢进行精
准调控，同时优化发酵工艺，实现淀粉的大规模生产。回答下列问题：
（1）淀粉合成过程中，需要多种酶的协同作用，如淀粉酶可将多糖分解为葡萄糖，糖化酶可将葡萄糖转
化为淀粉。若要提高这些酶的活性和稳定性，可采用哪些酶工程技术？请简要说明其原理。
（2）发酵过程中使用的生物反应器，需具备哪些基本功能？与传统发酵罐相比，新型生物反应器（如膜
生物反应器）在人工合成淀粉生产中有哪些优势？
（3）人工合成淀粉过程中，若蓝细菌的代谢通路出现异常，导致淀粉合成效率下降，可能的原因有哪
些？请从基因表达、酶的活性、发酵条件三个方面分析，并提出相应的解决措施。
（4）人工合成淀粉的量产，离不开基因工程、酶工程、发酵技术的协同应用，请简要梳理三者之间的关
系，说明它们在人工合成淀粉生产中的协同作用。
3. （2026 模拟预测）2025 年人工合成淀粉量产实现重大突破，其生产过程大致分为三个阶段：① 二氧
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化碳的固定与转化，将二氧化碳转化为甲醛；② 甲醛聚合为葡萄糖；③ 葡萄糖转化为淀粉。该过程需多
种微生物协同作用，同时依赖基因工程和发酵技术的优化。回答下列问题：
（1）第一阶段中，蓝细菌可通过光合作用固定二氧化碳，若要提高蓝细菌固定二氧化碳的效率，可通过
基因工程改造蓝细菌的哪些基因？请简要说明理由。
（2）第二阶段中，甲醛聚合为葡萄糖需特定酶的催化，该酶由微生物自身合成，若要提高该酶的合成
量，可采用哪些基因工程方法？请简要写出操作步骤。
（3）第三阶段中，葡萄糖转化为淀粉的过程的中，需控制发酵条件以减少葡萄糖的消耗，若发酵过程中
氧气供应不足，会对淀粉合成产生什么影响？请从能量供应和代谢产物两个方面分析，并提出相应的改进
措施。
（4）人工合成淀粉过程中，需严格控制生物安全，防止改造后的微生物泄露到自然环境中，可能造成的
生态风险有哪些？请提出相应的防控措施。
1. （2026 模拟预测）2025 年我国人工合成淀粉量产技术取得重大突破，该技术以蓝细菌为宿主，通过基
因工程改造构建人工淀粉合成通路，实现二氧化碳向淀粉的高效转化，产量达到传统玉米淀粉产量的10
倍以上。回答下列问题：
（1）构建人工淀粉合成的基因表达载体时，需将淀粉合成关键酶（如淀粉酶、糖化酶）的基因导入蓝细
菌，请问目的基因导入蓝细菌后，是否需要整合到蓝细菌的基因组中？请说明理由。
（2）人工合成淀粉过程中，需对蓝细菌进行大规模发酵培养，发酵培养基的成分应包含哪些基本营养物
质？请结合蓝细菌的代谢特点，说明各营养物质的作用。
（3）若要进一步提高人工合成淀粉的产量，可从哪些方面进行优化？请结合基因工程、酶工程、发酵技
术三个角度，提出具体的优化方案。
（4）人工合成淀粉的成功量产，为解决粮食安全和环境问题提供了新的思路，请简要分析该技术对我国
粮食安全的战略意义，以及对全球碳循环的影响。
2. （2026 模拟预测）人工合成淀粉的核心是构建高效的人工代谢通路，该过程需通过基因编辑技术改造
微生物的代谢基因，同时利用酶工程和发酵技术优化生产过程。回答下列问题：
（1）采用CRISPR/Cas9 技术编辑蓝细菌的基因组时，gRNA 的作用是什么？Cas9 蛋白的作用是什么？请简
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要描述CRISPR/Cas9 技术编辑基因的基本过程。
（2）淀粉合成过程中，淀粉酶和糖化酶的活性受温度、pH 等条件的影响，若要使这两种酶在发酵过程中
保持稳定的活性，可采用哪些酶工程技术？请简要说明其原理和优势。
（3）发酵过程中，生物反应器的温度控制至关重要，若温度过高或过低，会对淀粉合成产生哪些影响？
请从酶的活性、微生物生长、代谢产物三个方面分析，并提出温度控制的具体措施。
（4）人工合成淀粉过程中，如何实现淀粉的高效分离和提纯？请结合发酵技术和分离技术的相关知识，
提出具体的分离提纯方案，并说明其原理。
3. （2026 模拟预测）随着合成生物学技术的发展，人工合成淀粉量产成为可能，该技术不仅能缓解粮食
短缺问题，还能推动绿色低碳发展。回答下列问题：
（1）人工合成淀粉与传统植物淀粉合成相比，在代谢通路和生产效率上有哪些优势？请从合成场所、代
谢调控、生产周期三个方面进行对比分析。
（2）基因工程是人工合成淀粉量产的核心技术，若要构建含多个淀粉合成关键酶基因的表达载体，可采
用哪些基因拼接技术？请简要说明其操作过程和优势。
（3）发酵过程中，微生物的生长曲线可分为调整期、对数期、稳定期和衰亡期，哪个时期是淀粉合成的
最佳时期？请说明理由，并提出延长该时期的具体措施。
（4）合成生物学技术的应用需兼顾生物安全与伦理，人工合成淀粉生产过程中，可能面临哪些生物安全
风险？请从微生物泄露、基因污染、生态影响三个方面分析，并提出相应的监管措施。
猜押2 AI 辅助蛋白质设计——酶工程与基因工程的跨学科应用
1. AI 辅助蛋白质设计的核心原理：
2025 年，AI 辅助蛋白质设计技术取得重大突破，其核心是利用人工智能算法（如深度学习、机器学习）
模拟蛋白质的氨基酸序列与空间结构的关系，预测蛋白质的三维结构，进而定向设计具有特定功能的蛋白
质（如高效催化酶、新型抗体），解决传统蛋白质设计周期长、效率低、成功率低的局限。
2. 关键技术支撑：
① AI 预测技术：通过算法分析大量蛋白质的氨基酸序列和空间结构数据，建立预测模型，快速预测新型
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蛋白质的空间结构，筛选出具有目标功能的蛋白质序列；
② 基因工程：将AI 设计的蛋白质基因导入微生物（如大肠杆菌、酵母菌）中，实现蛋白质的高效表达；
③ 酶工程：对AI 设计的蛋白质（如催化酶）进行进一步改造和优化，提高其活性、稳定性和特异性，适
配生物制造的需求；
④ 蛋白质结构解析技术：通过X 射线晶体衍射、冷冻电镜等技术，验证AI 预测的蛋白质结构，为蛋白质
设计的优化提供依据。
3. 与高考考点关联：该热点直接衔接酶工程（酶的改造与应用）、基因工程（目的基因获取、载体构
建、表达与检测）、蛋白质的结构与功能等核心考点，同时体现跨学科（生物+AI）的命题趋势，是高考
中“跨学科情境+核心考点”类试题的重要素材。
拓展：AI 辅助蛋白质设计的热点中，隐藏多个高考易考细节和课外延伸知识点。
从AI 技术的应用来看，深度学习算法模拟蛋白质空间结构，本质是基于“氨基酸序列决定蛋白质空间结
构”的核心知识点，高考中可能考查“蛋白质的结构层次”“蛋白质变性的原因”等相关内容，同时可延
伸考查“算法模拟与生物实验验证的关系”，体现科学探究的核心素养。在关键技术支撑中，X 射线晶体
衍射、冷冻电镜等蛋白质结构解析技术，是高考中“生物技术前沿”的常考背景，需了解其核心作用是验
证AI 预测的准确性，衔接“蛋白质结构的鉴定方法”这一课外拓展点。此外，AI 设计的蛋白质基因导入
微生物后，可能涉及“原核生物与真核生物翻译后修饰的差异”，比如大肠杆菌无法对蛋白质进行糖基化
修饰，而酵母菌可实现，这一细节常作为高考选择题或解答题的易错点，同时与“基因工程中受体细胞的
选择依据”密切相关，需重点掌握。
1. （2026 模拟预测）2025 年AI 辅助蛋白质设计技术加速生物制造发展，科研人员利用AI 算法设计出一
种高效催化二氧化碳转化的酶（简称CO 酶），通过基因工程将该酶的基因导入大肠杆菌，实现
₂
CO 酶的
₂
大规模生产，为人工合成淀粉、生物燃料等提供核心催化材料。回答下列问题：
（1）AI 辅助设计CO 酶的核心步骤是什么？与传统蛋白质设计相比，
₂
AI 辅助蛋白质设计有哪些优势？
（2）将AI 设计的CO 酶基因导入大肠杆菌时，需构建基因表达载体，该载体的构建过程中，需用到哪些
₂
工具酶？请简要说明各工具酶的作用。若要使CO 酶基因在大肠杆菌中高效表达，需在载体中添加哪些关
₂
键调控序列？
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（3）CO 酶的活性受温度、
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pH、底物浓度等条件的影响，科研人员通过AI 算法进一步优化CO 酶的氨基酸
₂
序列，提高其耐热性和催化效率，请从蛋白质结构与功能的关系角度，分析AI 优化的原理。
（4）将含CO 酶基因的大肠杆菌进行大规模发酵培养，发酵过程中需控制哪些条件？请结合大肠杆菌的代
₂
谢特点，说明控制这些条件的目的，以及如何提高CO 酶的产量。
₂
2. （2026 模拟预测）AI 辅助蛋白质设计技术可快速设计出具有特定功能的蛋白质，为生物制造、医药等
领域提供新的思路。科研人员利用AI 设计出一种新型淀粉酶，该酶的催化效率是天然淀粉酶的5 倍，且耐
热性显著提高，通过基因工程将其导入酵母菌，实现大规模生产。回答下列问题：
（1）AI 设计新型淀粉酶时，需结合天然淀粉酶的哪些信息？请简要说明这些信息对AI 设计的作用。
（2）将新型淀粉酶基因导入酵母菌时，常用的方法是什么？与导入大肠杆菌的方法相比，该方法有哪些
优势？导入后，如何检测新型淀粉酶基因是否成功整合到酵母菌的基因组中？
（3）新型淀粉酶的耐热性显著提高，可在高温条件下（50~60℃）保持稳定的催化活性，请分析其耐热性
提高的原因（从蛋白质结构角度），并设计实验验证该酶的耐热性优势。
（4）将含新型淀粉酶基因的酵母菌用于淀粉水解生产葡萄糖，与天然淀粉酶相比，使用新型淀粉酶有哪
些优势？请结合酶的特性和生产实际，说明其对生物制造的意义。
3. （2026 模拟预测）AI 辅助蛋白质设计技术的突破，推动了酶工程和基因工程的融合发展，为生物制
造、医药研发等领域提供了新路径。科研人员利用AI 技术设计出一种新型抗体蛋白，该蛋白能特异性结
合肿瘤细胞表面的抗原，通过基因工程将其基因导入哺乳动物细胞，实现大规模生产，为肿瘤治疗提供新
的药物支撑。回答下列问题：
（1）AI 辅助设计新型抗体蛋白时，需明确该抗体蛋白的核心功能的是什么？AI 算法在设计过程中，如何
实现抗体蛋白的特异性优化？
（2）将新型抗体蛋白基因导入哺乳动物细胞（如CHO 细胞）时，常用的方法是什么？与导入微生物细胞
的方法相比，该方法需特别注意什么？导入后，如何检测抗体蛋白基因是否成功表达？
（3）新型抗体蛋白的合成需要经过转录和翻译两个过程，AI 算法可优化抗体蛋白的基因序列，提高其翻
译效率，请从密码子的角度，分析AI 优化的具体思路，并说明其原理。
（4）将含新型抗体蛋白基因的哺乳动物细胞进行大规模培养，需采用动物细胞培养技术，该技术与微生
物发酵技术相比，在培养条件上有哪些不同？请简要说明，并分析动物细胞培养过程中防止污染的关键措
施。
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1. （2026 模拟预测）AI 辅助蛋白质设计技术可定向设计具有特定功能的酶蛋白，为合成生物学的发展提
供核心支撑。科研人员利用AI 算法设计出一种高效降解塑料的酶（简称塑料降解酶），该酶能在常温下
快速降解聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET），通过基因工程将其基因导入枯草芽孢杆菌，实现大规模生产。
回答下列问题：
（1）AI 辅助设计塑料降解酶时，需结合PET 的化学结构，推测塑料降解酶的活性中心应具备哪些特点？
AI 如何通过算法优化酶的活性中心，提高降解效率？
（2）将塑料降解酶基因导入枯草芽孢杆菌时，构建基因表达载体需遵循哪些原则？若要使塑料降解酶在
枯草芽孢杆菌中分泌到细胞外，需在载体中添加什么序列？请说明其作用。
（3）塑料降解酶在常温下的降解效率较高，但在高温环境下易变性失活，科研人员通过AI 优化酶的氨基
酸序列，提高其耐高温性，请从蛋白质结构与功能的关系角度，分析优化的具体方向。
（4）将含塑料降解酶基因的枯草芽孢杆菌用于环境中PET 塑料的降解，需考虑哪些实际问题？请结合酶
的特性和环境因素，提出提高塑料降解效率的具体措施。
2. （2026 模拟预测）AI 辅助蛋白质设计技术打破了传统蛋白质设计的局限，可快速设计出适配生物制造
需求的酶蛋白，推动合成生物学与工业生产的深度融合。科研人员利用AI 设计出一种高效催化乳酸转化
为丙酮酸的酶（简称乳酸脱氢酶），通过基因工程将其基因导入大肠杆菌，优化发酵工艺，实现丙酮酸的
大规模生产。回答下列问题：
（1）AI 辅助设计乳酸脱氢酶的核心流程是什么？与传统酶工程改造酶相比，AI 辅助设计有哪些独特优
势？
（2）将乳酸脱氢酶基因导入大肠杆菌后，若要筛选出含目的基因的工程菌，可采用哪些筛选方法？请简
要说明各方法的原理和操作步骤。
（3）发酵过程中，乳酸脱氢酶的活性受底物浓度（乳酸）、产物浓度（丙酮酸）的影响，若丙酮酸积累
过多，会抑制酶的活性，如何通过发酵工艺优化，减少丙酮酸的抑制作用？请提出具体方案。
（4）乳酸脱氢酶的大规模生产需结合基因工程、酶工程和发酵技术，三者在该过程中发挥的作用分别是
什么？请简要梳理三者的协同关系。
3. （2026 模拟预测）随着AI 技术与合成生物学的深度融合，AI 辅助蛋白质设计已成为生物制造领域的核
心技术之一。科研人员利用AI 算法设计出一种新型光合酶，该酶能提高植物的光合作用效率，通过基因
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工程将其基因导入水稻，培育高产水稻品种。回答下列问题：
（1）AI 辅助设计新型光合酶时，需结合植物光合作用的哪个阶段？该阶段的核心反应是什么？AI 如何优
化光合酶的序列，提高光合作用效率？
（2）将新型光合酶基因导入水稻时，常用的方法是什么？该方法的核心优势是什么？导入后，如何检测
新型光合酶基因是否成功表达？请从分子水平和个体水平分别说明。
（3）新型光合酶导入水稻后，可能会影响水稻的其他代谢过程，导致水稻生长异常，如何通过基因调
控，避免这种情况的发生？请提出具体的调控方案。
（4）AI 辅助蛋白质设计技术在农业领域的应用，为粮食增产提供了新的思路，除了培育高产作物品种，
该技术还能在哪些方面助力农业发展？请结合农业生产实际，提出具体的应用方向，并说明其原理。
猜押3 人工合成微生物细胞（人造细胞）——合成生物学的核心突破
1. 人工合成微生物细胞的核心原理：2025 年以来，人工合成微生物细胞技术取得突破性进展，其核心是
通过合成生物学“设计-构建-测试-优化”的逻辑，人工合成微生物的完整基因组，将其导入去除基因组
的受体细胞中，构建出具有完整生命活动（如代谢、分裂、繁殖）的人工微生物细胞。该技术打破了“生
命只能自然演化”的局限，实现了人工设计生命体系的重大突破，可定向赋予微生物细胞特定功能（如高
效产药、环境修复）。
2. 关键技术支撑：
① 基因组设计与合成技术：利用AI 算法和基因编辑技术，设计符合目标功能的微生物基因组序列，通过
化学合成技术合成完整基因组；
② 基因组导入技术：将人工合成的基因组精准导入受体细胞（如支原体、大肠杆菌），确保基因组能正
常启动生命活动；
③ 细胞代谢调控技术：优化人工合成细胞的代谢通路，敲除冗余基因，强化目标功能相关基因的表达，
实现“按需代谢”；
④ 细胞培养与检测技术：通过精密细胞培养技术，为人工合成细胞提供适宜的生长环境，同时利用分子
检测技术，验证细胞的生命活动和目标功能。
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3. 与高考考点关联：该热点直接衔接基因工程（基因组合成、基因导入与检测）、细胞工程（细胞培
养、受体细胞选择）、微生物代谢（代谢通路调控）、生物安全与伦理等核心考点，同时体现合成生物学
的核心逻辑，是高考中“前沿情境+综合应用”类试题的高频素材，侧重考查学生的知识整合和逻辑推理
能力。
拓展：人工合成微生物细胞的热点拆解，可补充多个高考核心细节和课外延伸内容。
在基因组设计与合成中，AI 算法的应用不仅是模拟基因组结构，还会涉及“基因的编码区与非编码区的功
能”，高考中可能考查“启动子、终止子的作用”“基因序列的优化原则”等知识点；化学合成完整基因
组的过程，可衔接“DNA 的化学合成与PCR 技术的区别”，作为课外拓展考点。在受体细胞选择中，支原
体作为常用受体细胞，其无细胞壁、结构简单的特点，决定了其作为受体细胞的优势，这与高考中“受体
细胞的选择标准”“原核细胞的结构特点”密切相关；而去除受体细胞自身基因组的操作，可考查“基因
敲除的基本原理”，延伸到CRISPR/Cas9 技术的具体应用。此外，人工合成微生物细胞的培养过程中，精
密细胞培养技术涉及“细胞培养的无菌操作”“营养物质的配比”等考点，与高考中“微生物培养的条
件”“细胞工程的基本操作”高度契合，同时生物安全与伦理部分，还可补充“基因编辑的伦理边界”
“人工生命的安全管控措施”等细节，贴合高考对社会责任素养的考查。
1. （2026 模拟预测）科研人员利用合成生物学技术，人工合成了支原体的完整基因组，将其导入去除自
身基因组的支原体细胞中，构建出世界首例人工合成微生物细胞，该细胞能正常分裂、繁殖，并可定向产
生产物。回答下列问题：
（1）人工合成支原体基因组时，需明确支原体的核心生命活动是什么？AI 算法在基因组设计过程中，可
发挥哪些作用？
（2）将人工合成的基因组导入去除基因组的支原体细胞时，常用的方法是什么？导入后，如何检测人工
合成基因组是否成功启动生命活动？请从分子水平和细胞水平分别说明。
（3）人工合成微生物细胞的代谢通路可通过基因编辑进行定向优化，若要使该细胞高效产生产物（如抗
生素），需对其代谢通路进行哪些改造？请结合微生物代谢的特点，说明改造的目的。
（4）人工合成微生物细胞的成功构建，引发了生物安全与伦理的讨论，请简要分析该技术可能面临的生
物安全风险，并提出相应的防控措施。
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2. （2026 模拟预测）人工合成微生物细胞的核心是构建“人工基因组+受体细胞”的完整体系，该技术可
定向设计微生物的功能，为医药研发、环境治理等领域提供新路径。科研人员人工合成了一种能高效降解
石油污染物的微生物细胞，回答下列问题：
（1）人工合成该降解石油的微生物基因组时，需包含哪些核心基因？请简要说明各核心基因的功能。
（2）选择受体细胞时，需满足哪些条件？与选择大肠杆菌作为受体细胞相比，选择石油降解菌作为受体
细胞有哪些优势？
（3）人工合成微生物细胞的培养过程中，需采用细胞培养技术，该技术与传统微生物培养技术相比，在
培养条件上有哪些特殊要求？请简要说明，并分析培养过程中如何提高细胞的石油降解效率。
（4）人工合成微生物细胞用于石油污染环境修复时，需考虑哪些实际问题？请结合环境因素和细胞特
性，提出提高修复效率的具体措施。
3. （2026 模拟预测）人工合成微生物细胞技术推动了合成生物学与医药研发的深度融合，科研人员人工
合成了一种能高效生产胰岛素的微生物细胞，通过大规模细胞培养，实现胰岛素的低成本、高质量生产。
回答下列问题：
（1）人工合成能生产胰岛素的微生物基因组时，需将胰岛素基因整合到基因组中，请问胰岛素基因的获
取方法有哪些？整合时，需注意什么问题，才能保证胰岛素基因在微生物细胞中正常表达？
（2）将人工合成的基因组导入受体细胞（如酵母菌）后，需筛选出能高效表达胰岛素的细胞株，请简要
说明筛选的思路和具体方法。
（3）人工合成微生物细胞生产胰岛素的过程中，胰岛素的合成需要经过转录和翻译两个过程，科研人员
通过优化基因组序列，提高了胰岛素的翻译效率，请从基因序列和细胞代谢两个角度，分析优化的具体思
路。
（4）人工合成微生物细胞大规模培养生产胰岛素时，需采用发酵技术，与传统胰岛素生产（如动物胰腺
提取）相比，该技术有哪些优势？请结合生产实际，说明其对医药研发的意义。
1. （2026 模拟预测）随着合成生物学技术的不断突破，人工合成微生物细胞已成为生物医药、环境治理
等领域的核心技术。科研人员利用AI 辅助基因组设计技术，人工合成了一种能高效生产乙肝疫苗的微生
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物细胞，回答下列问题：
（1）AI 辅助设计人工合成微生物基因组时，需结合乙肝疫苗（蛋白质类疫苗）的合成需求，设计基因组
的核心序列，请问核心序列应包含哪些关键基因？请简要说明各基因的作用。
（2）将人工合成的基因组导入受体细胞（如酵母菌）时，与导入原核细胞相比，该过程有哪些特殊要
求？导入后，如何从分子水平验证基因组是否成功整合到受体细胞的基因组中？
（3）人工合成微生物细胞生产乙肝疫苗的过程中，疫苗蛋白的合成会受到发酵条件的影响，若发酵过程
中pH 过低，会对疫苗蛋白的合成产生哪些影响？请从酶的活性、蛋白质结构两个角度分析，并提出相应
的调控措施。
（4）人工合成微生物细胞生产乙肝疫苗时，需严格控制产品质量，防止杂菌污染和疫苗蛋白变性，请简
要说明生产过程中控制产品质量的关键措施。
2. （2026 模拟预测）人工合成微生物细胞技术可定向设计微生物的代谢功能，为解决能源短缺问题提供
新路径。科研人员人工合成了一种能高效转化太阳能为生物燃料（如乙醇）的微生物细胞，该细胞可通过
光合作用固定二氧化碳，同时将其转化为生物燃料。回答下列问题：
（1）人工合成该太阳能转化微生物细胞的基因组时，需整合哪些与光合作用和生物燃料合成相关的基
因？请简要说明各基因的功能。
（2）该人工合成微生物细胞的培养需采用光自养培养技术，与异养微生物培养相比，光自养培养在营养
物质和环境条件上有哪些不同？请简要说明。
（3）若要提高该微生物细胞的太阳能转化效率和生物燃料产量，可从哪些方面优化细胞的代谢通路？请
结合光合作用和生物燃料合成的过程，提出具体的优化方案。
（4）人工合成微生物细胞用于生物燃料生产时，需考虑哪些能源和环境方面的问题？请结合生产实际，
分析该技术对能源结构优化和环境保护的意义。
3. （2026 模拟预测）人工合成微生物细胞技术的突破，为合成生物学的产业化发展奠定了基础，该技术
可定向设计微生物的功能，实现“按需生产”，推动生物制造产业的升级。回答下列问题：
（1）人工合成微生物细胞与天然微生物细胞相比，在功能和代谢上有哪些优势？请从功能定向性、代谢
效率、环境适应性三个方面进行对比分析。
（2）人工合成微生物细胞的基因组设计需遵循哪些原则？请结合合成生物学的核心逻辑，简要说明。
（3）将人工合成的基因组导入受体细胞后，可能会出现基因组表达异常（如基因沉默、表达量过低）的
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情况，可能的原因有哪些？请从基因组序列、受体细胞、培养条件三个方面分析，并提出相应的解决措
施。
（4）人工合成微生物细胞技术的产业化应用，需兼顾技术可行性、经济合理性和生物安全性，请简要分
析该技术在产业化过程中可能面临的挑战，并提出相应的解决对策。
1．（2026·山东济南·二模）科研人员提取患者自体CD34+造血干细胞，在体外通过CRISPR/Cas9 编辑
BCL11A 基因启动子上游的序列，从而抑制BCL11A 基因的表达，重新激活胎儿血红蛋白的表达，替代异常
的成人血红蛋白以根治镰状细胞贫血。下列有关说法正确的是（ ）
A．该治疗方案使用患者自体造血干细胞进行编辑和回输是由于干细胞在体外更容易增殖
B．经过该疗法治疗的患者，其生殖细胞的基因也被同步修复，后代将不再患病
C．在体外培养和编辑CD34+造血干细胞的过程中，需要严格保持无菌条件
D．若基因编辑过程中存在非目标位点被编辑的现象，其原因是BCL11A 基因发生了基因突变
2．（2026·山西·二模）奶牛的自然繁殖率受遗传、营养、管理等多重因素制约，已成为限制高产奶牛种群
快速扩繁和牧场经济效益的瓶颈。科研人员利用如图所示的①②两种途径繁殖高产奶牛，以解决上述问题。
下列叙述错误的是（ ）
A．经①和②路径获得的子代中，仅①需进行性别鉴定
B．细胞甲处于MⅡ期，该细胞含有一个完整的细胞核
C．②路径中，获得重构胚与激活重构胚均可用电处理
D．为获得基因组成相同的子代，可运用胚胎分割技术
3．（2026·辽宁抚顺·二模）果胶酶在果汁澄清方面具有重要的应用。科研人员从腐烂的水果中分离出能够
分泌果胶酶的微生物，部分实验操作如图所示，I~V 表示过程，①~③表示菌落。已知果胶能与培养基中
的刚果红结合形成红色复合物，果胶被分解后会形成透明圈。下列有关叙述错误的是（ ）
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A．过程Ⅰ用稀释涂布平板法进行接种，该方法可用于统计样品中活菌的数目
B．菌落①和菌落②周围有透明圈，说明这两个菌株能分泌果胶酶
C．过程Ⅲ接种时，应优先选择菌落②进行纯培养，以获得单菌落
D．过程V 的扩大培养收集果胶酶时，可根据目标菌的代谢特点配制培养基
4．（2026·山东泰安·模拟预测）如图是老陈醋的生产流程。下列叙述错误的是（ ）
A．蒸熟的高粱应先冷却后再加入大曲
B．“糖化”是将高粱中的淀粉分解为小分子
C．“醋醅”中含有的醋酸菌是一种厌氧的单细胞原核生物
D．酒精发酵和醋酸发酵过程中都伴有pH 下降
5．（2026·陕西榆林·二模）在花生组织培养过程中分别加入不同抗生素，研究利用抗生素解决花生组织培
养中常见的细菌性侵染问题，其中1 代表不加抗生素的对照组，2～4 代表氨苄青霉素，5～7 代表利福平，
8～10 代表卡那霉素，11～13 代表盐酸四环素，14～16 代表羧苄青霉素，每种抗生素的使用浓度分别为
30、60、120mg/L，实验结果如图所示。下列叙述正确的是（ ）
A．本实验的自变量是不同种类的抗生素，无关变量控制在相同且适宜
B．在花生组织培养时可加入较高浓度的抗生素，不影响组织生长情况
C．在该花生组织培养过程中最适合加入的抗生素为羧苄青霉素
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D．培养基添加抗生素则培养过程中不需要进行灭菌或消毒处理
6．（2026·四川眉山·二模）铁皮石斛是我国特有的名贵珍稀濒危中药材，生物碱是铁皮石斛的有效成分之
一、研究人员应用组织培养技术培养铁皮石斛拟原球茎（简称PLBs，类似愈伤组织）生产生物碱。在固体
培养基上，PLBs 质量、生物碱含量随培养时间的变化如图所示。下列相关叙述正确的是（ ）
A．常选用野生铁皮石斛的茎尖作为外植体是因为茎尖不含病毒
B．培养过程中需把细胞分裂素/生长素的比值控制在适宜范围内
C．图示结果表明生物碱的产量会随PLBs 质量增加而不断增加
D．图示结果表明光照条件只影响PLBs 质量而不影响生物碱产量
7．（2026·重庆·模拟预测）猴的克隆胚胎在发育过程中往往出现基因的异常甲基化修饰以及胎盘发育异常，
导致克隆成功率较低。Kdm4d 是组蛋白去甲基化酶基因，TSA 是组蛋白去乙酰化酶抑制剂。我国科学家通
过下图处理提高了克隆成功率。下列分析正确的是（ ）
注：杂种雌猴由食蟹猴( )
♀与恒河猴( )
♂杂交产生
A．Kdm4d 基因表达产物和TSA 均通过修饰DNA 来影响基因表达
B．成纤维细胞应注入去除纺锤体-染色体复合物的食蟹猴MII 期卵母细胞
C．囊胚b 的滋养层将发育为胎盘，为克隆胚胎提供营养并改变其遗传特性
D．囊胚a 和囊胚b 都是有性繁殖的产物
8．（2026·云南昆明·模拟预测）植物表皮蜡质合成的关键酶是由核基因D 指导合成的，研究小组通过对野
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生型（DD）进行诱变处理获得突变体（dd），将野生型和突变体进行的杂交实验如图1，对不同个体中的
D、d 基因进行PCR 扩增，电泳检测PCR 产物结果如图2，其中泳道1 对应野生型。下列叙述错误的是（
）
A．D 基因经转录和翻译指导合成关键酶的过程都涉及碱基互补配对
B．需在凝胶中加入核酸染料才能在紫外灯下观察到图2 中的条带
C．分析可知，D 基因发生碱基对的缺失突变为d 基因
D．F2的个体可得到泳道2 和3 两种类型，且两种个体的数量比为1:1
9．（2026·陕西榆林·二模）中国科学家在猪体内成功培育出人源中期肾脏，这一突破性研究成果综合运用
了胚胎工程的尖端技术。下面是该技术的关键步骤示意图，下列叙述正确的是（ ）
A．步骤①用于敲除猪胚胎的免疫排斥基因，确保人类细胞在猪体内可长期存活
B．步骤②中导入的干细胞应为胚胎干细胞，因其具有发育为肾脏组织的全能性
C．步骤③中重组胚胎的形成依赖于猪胚胎细胞与人类细胞的细胞融合
D．步骤④中嵌合体胚胎形成的肾脏组织一定不会引起人体排异反应
10．（2026·四川绵阳·三模）营养缺陷型酵母AH109 自身不能合成蛋白质GAL4（转录因子）、亮氨酸
（Leu）、色氨酸（Trp），且只有在GAL4 作用时才能合成组氨酸（His）和腺嘌呤（Ade）。研究者将
GAL4 拆分为BD（DNA 结合域）和AD（转录激活域）两部分，用不同的基因表达载体转入AH109 中，以研
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究细胞中蛋白质X 与Y 间的相互作用。实验分组及结果如表。
组别
AD 载体
BD 载体
缺Leu、Trp 的培养基
（二缺）
缺Leu、Trp、His、Ade 的培养
基（四缺）
一
--
--
不生长
不生长
二
→AD→Leu→
→BD→Trp→
生长
不生长
三
→AD→Leu→
→Y-BD→Trp→
生长
不生长
四
→X-AD→Leu→
→BD→Trp→
生长
不生长
五
→X-AD→Leu→
→Y-BD→Trp→
生长
生长
注：斜体字母表示基因；→X-AD→Leu→表示基因表达载体的主要元件，其中，X-AD 表示X 蛋白基因与AD
蛋白基因融合，表达成X-AD 融合蛋白；Leu 表示亮氨酸合成基因，其余类推。
下列分析错误的是（ ）
A．Leu、Trp、His、Ade 是AH109 酵母生长所必需的生长因子
B．二缺培养基的作用是仅筛选成功转入AD 和BD 载体的酵母
C．三、四组实验的结果排除了X 结合BD、Y 结合AD 的可能
D．X 与Y 存在相互作用，而且X 通过与Y 结合调节Y 的功能
二、解答题
11．（2026·山东德州·二模）人绒毛膜促性腺激素（hCGβ）是胎盘滋养层细胞分泌的一种糖蛋白，研究发
现，结肠癌等多种恶性肿瘤细胞的hCGβ 基因也有表达，研发抗hCGβ 疫苗已成为近年来肿瘤生物治疗新的
热点，下图为其制备的基本方案。回答下列问题。
注：1．①、②、③和④是基因两端对应的引物
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2．BsmBI 的识别序列和切割位点信息（N 代表任一碱基）：
(1)利用大肠杆菌工程菌合成的hCGβ 质量不理想，从细胞结构的角度分析原因是_____。对hCGβ 基因进行
PCR 扩增时，所选引物是图中的_____，引物的作用是_____。
(2)限制酶在切开DNA 双链时，形成的单链突出末端为黏性末端。载体信息如图所示，经BsmBI 酶切后，载
体上保留的黏性末端序列应为5'-_____-3'和5'-_____-3'。
(3)阶段IV 需将处理后的酵母菌接种在培养基上培养，该培养基不需要添加以下哪些成分_____（a．氨苄青
霉素b．无机盐c．组氨酸d．葡萄糖），可在此培养基上生长的酵母菌即为转化成功的目的菌株，“转
化”是指目的基因进入受体细胞内，并且在受体细胞内_____的过程。
12．（2026·天津·二模）苏云金杆菌产生的Bt 毒素蛋白具有杀虫能力，科研人员利用由Bt 毒素蛋白基因
（Bt 基因）改造而来的目的基因，成功培育出转基因抗虫棉。目的基因改造过程如图所示（数字表示基因
序列中对应的核苷酸序号），其中穿梭质粒载体含T-DNA 但不含Vir 基因（可表达出限制酶促进T-DNA 转
移），由天然Ti 质粒改造而来。
注：F1-F3，R1-R3 表示引物；T-DNA-LB 表示左边界；T-DNA-RB 表示右边界；Ori 表示复制原点；KanR表示卡
那霉素抗性基因；HygBR表示潮霉素B 抗性基因。
回答下列问题：
(1)从苏云金杆菌中提取DNA 操作中，加入的酒精所起作用是_____和沉淀DNA。以提取的DNA 作模板，选
用图中的引物_____进行PCR，可扩增Bt 基因。
(2)改造目的基因时，一方面利用特定酶断开_____键，去除与毒性无关的部分序列，以减小分子量，便于
将重组DNA 导入受体细胞；另一方面，由于细菌和棉花对密码子的偏好有所不同，还需人工合成部分基因
序列，以进一步得到_____偏好的密码子序列，从而提高基因表达的效率。
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(3)与直接导入同时含有T-DNA 和Vir 基因的Ti 质粒相比，将穿梭质粒和辅助质粒（含Vir 基因但不含T-
DNA）分别导入农杆菌的优点是_____。
(4)将转化的农杆菌与棉花叶圆片共培养一段时间后，培养基中加入______可初步筛选得到转化的棉花愈伤
组织。通常会出现较多假阳性植株，为检测目的基因是否成功导入植株，可提取总DNA 作模板进行PCR，
则选用的引物应是______。
13．（2026·辽宁抚顺·二模）光控技术可通过光控制基因表达、蛋白质活性或细胞功能，我国科研团队开
发了一种由近红外光激活的光控系统。工程菌经近红外光照射后，生成的c-di-GMP 能激活转录因子
MrkH，启动目标基因的表达。该系统通过精确控制治疗性蛋白的表达，实现了对肿瘤的精准治疗。工程菌
的工作原理见图，相关基因及功能见表。回答下列问题：
注：Plac、Prac、PmrkA均表示启动子。一表示核糖体结合位点RBS 的对应序列。
基因
功能
PadC4
编码PadC4 蛋白，PadC4 蛋白催化c-di-GMP 生成
BpHO
编码BV 蛋白，BV 蛋白为PadC4 蛋白的激活因子
YhjH
编码c-di-GMP 降解酶，该酶能降解c-di-GMP
MrkH
编码转录因子MrkH，MrkH 被c-di-GMP 激活后驱动基因表达
luxCDABE
编码荧光素酶，在该酶作用下，细菌会发出蓝绿色荧光
(1)构建基因表达载体时，Plac 片段和PadC4 基因片段通过_______酶进行连接。在BpHO 基因的下游连接
_______序列，使BpHO 基因停止转录。
(2)实验中用luxCDABE 检验工程菌的灵敏性，其机制是用波长为710nm 的近红外光照射工程菌后，PadC4
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蛋白被激活并催化GTP 生成c-di-GMP，________，荧光素酶发挥作用使菌体发出蓝绿色荧光。黑暗条件下，
P180持续驱动YhjH 基因表达，目的是_______，进而实现工程菌的光控特性。
(3)核糖体结合位点RBS 序列能调控核糖体与mRNA 的结合效率，从而在________（填生理过程）水平调控
相关基因的表达。科研人员将PmrkA 下游的RBS 对应序列进行替换，检测不同条件下工程菌的荧光强度，
结果见图2。构建重组质粒时，宜选用RBS3 作为核糖体结合位点，理由是________。
(4)clyA 蛋白是一种胞外蛋白，可诱导肿瘤细胞凋亡。工程菌不能直接杀伤肿瘤细胞。根据图1 所示的信息，
若对工程菌的遗传物质进行改造，使其在近红外光照射下可杀伤肿瘤细胞，则改造思路是________。
14．（2026·陕西榆林·二模）多环芳烃（PAHs）是土壤中典型的持久性有机污染物，其中蒽（C14H10）作为
其代表物常被用作研究PAHs 降解的模型化合物。某研究小组从郊区受污染土壤中驯化培养出潜在降解蒽
的细菌（如图所示），并进行降解效率测定。回答下列问题：
(1)液体培养基A 的作用是________________________。③取培养液梯度稀释的目的是
_________________________________________。
(2)将稀释液接种至培养基B 培养，该培养基中应添加蒽作为唯一______。挑选24 个单菌落接种至新培养
基B 的24 个小格中培养，目的是__________。在驯化过程中，逐步提高培养基B 中蒽的浓度，目的是
_____________________________________。该研究小组在实验过程中还设置了未接种的培养基作为对照，
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其目的是__________。
(3)甲培养基统计的结果往往比实际值______；步骤④若用细菌计数板统计菌数，则统计结果______（填
“小于”“等于”或“大于”）甲培养基上统计的结果。
15．（2026·陕西·模拟预测）为使大豆获得抗除草剂性状，科研人员将抗除草剂基因导入大豆植株，获取
转基因大豆。限制酶SmaⅠ、XmaⅠ、BglⅡ、NheⅠ的识别序列和切割位点分别为CCC↓GGG、C↓CCGGG、
A↓GATCT、G↓CTAGC。请回答下列问题：
(1)获取和扩增抗除草剂基因的常用技术是________，该技术需要用到引物，引物的作用是______________。
启动子的作用是________。过程①称为________。
(2)将抗除草剂基因导入大豆细胞中的方法是________________。若抗除草剂基因成功转入植物细胞中，可
检测到________（填“Tet R”“Amp R”或“Tet R和Amp R”）的表达产物。T—DNA 的作用是将抗除草剂基因
导入大豆细胞并____________。
(3)若获得的抗除草剂基因如图所示，质粒需要用限制酶________切开，才能与抗除草剂基因高效连接。
(4)为防止抗除草剂基因污染，从提高转基因植物安全性的角度分析，可将目的基因导入大豆细胞中的
________（多选）。
A．细胞核
B．叶绿体
C．线粒体
D．核糖体
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