2025年高二（下）生物微生物考古題一、微生物考古的理論基礎(chǔ)與技術(shù)方法微生物考古是通過對(duì)古代遺存中微生物的分離、鑒定和功能分析，揭示人類文明進(jìn)程中微生物與環(huán)境、人類活動(dòng)的相互關(guān)系。其核心技術(shù)建立在微生物學(xué)基礎(chǔ)理論之上，涉及微生物的形態(tài)結(jié)構(gòu)、營(yíng)養(yǎng)需求、代謝途徑及遺傳變異等關(guān)鍵知識(shí)點(diǎn)。（一）微生物的類群與結(jié)構(gòu)特征1.原核微生物的結(jié)構(gòu)解析在考古遺址中最常見的微生物包括細(xì)菌和古菌。細(xì)菌具有細(xì)胞壁（主要成分為肽聚糖）、細(xì)胞膜、細(xì)胞質(zhì)及擬核等結(jié)構(gòu)，部分細(xì)菌還具有莢膜、芽孢和鞭毛等特殊結(jié)構(gòu)。例如，從仰韶文化陶器殘留物中分離的枯草芽孢桿菌，其芽孢能在高溫、干旱等極端環(huán)境中存活數(shù)千年，成為考古研究的重要生物標(biāo)志物。古菌雖與細(xì)菌形態(tài)相似，但其細(xì)胞壁不含肽聚糖，且遺傳物質(zhì)與真核生物更接近，常見于高鹽、高溫的考古環(huán)境（如古代鹽礦、溫泉遺址）。2.真核微生物與病毒的考古意義酵母菌、霉菌等真菌在古代發(fā)酵食品（如酒、醋、腐乳）中廣泛存在。例如，河姆渡遺址出土的陶甕內(nèi)壁發(fā)現(xiàn)的釀酒酵母（Saccharomycescerevisiae），其細(xì)胞壁含幾丁質(zhì)，通過出芽生殖繁殖，可通過形態(tài)觀察和基因測(cè)序追溯古代釀酒技術(shù)。病毒雖無細(xì)胞結(jié)構(gòu)，僅由核酸和蛋白質(zhì)外殼組成，但其在考古樣本中可通過核酸殘留（如古人類牙齒化石中的皰疹病毒DNA）反映古代傳染病流行情況。（二）微生物的營(yíng)養(yǎng)與培養(yǎng)技術(shù)1.培養(yǎng)基的配制原則從考古樣本中分離微生物需根據(jù)其營(yíng)養(yǎng)需求設(shè)計(jì)培養(yǎng)基。例如，分離自古代谷物遺存的乳酸菌需在含葡萄糖、酵母提取物的MRS培養(yǎng)基（pH6.2~6.6）中培養(yǎng)；而分解纖維素的放線菌則需以纖維素為唯一碳源的選擇培養(yǎng)基。固體培養(yǎng)基中添加的瓊脂（從紅藻中提取的多糖）需在100℃融化、40℃凝固，這一特性在考古微生物的純化培養(yǎng)中至關(guān)重要。2.無菌技術(shù)與污染控制考古樣本年代久遠(yuǎn)，微生物含量極低，需嚴(yán)格無菌操作。例如，對(duì)新疆尼雅遺址出土的絲織品進(jìn)行微生物分析時(shí)，需通過高壓蒸汽滅菌（121℃、103kPa、20分鐘）處理工具，并用75%酒精消毒操作臺(tái)。巴氏消毒法（62℃加熱30分鐘）可用于處理古代乳制品樣本，既能殺滅病原微生物，又能保留耐熱菌的活性。（三）微生物的代謝與遺傳變異1.代謝途徑的考古學(xué)應(yīng)用微生物的代謝產(chǎn)物是重建古代人類活動(dòng)的關(guān)鍵線索。例如，甲烷菌通過產(chǎn)甲烷作用分解有機(jī)物產(chǎn)生的甲烷，可通過氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)（GC-MS）在洞穴遺址的沉積物中檢測(cè)到，反映古代人類的用火和食物殘?jiān)逊e情況。古菌中的極端嗜熱菌通過有氧呼吸或無氧發(fā)酵代謝有機(jī)物，其代謝速率受溫度、pH等環(huán)境因素影響，可用于推算遺址的古環(huán)境參數(shù)。2.遺傳變異與系統(tǒng)發(fā)育分析微生物的遺傳物質(zhì)（DNA或RNA）可通過PCR擴(kuò)增和測(cè)序技術(shù)獲取。例如，對(duì)古羅馬下水道沉積物中大腸桿菌的基因分析顯示，其與現(xiàn)代菌株相比，在耐藥基因（如β-內(nèi)酰胺酶基因）上存在堿基突變，揭示了古代抗生素（如青霉素類似物）的自然選擇壓力。通過16SrRNA基因序列比對(duì)，可構(gòu)建微生物的系統(tǒng)發(fā)育樹，確定考古樣本中微生物的分類地位及其與現(xiàn)代菌株的演化關(guān)系。二、微生物考古情境題設(shè)計(jì)與解析（一）選擇題（每題3分，共15分）題目：從良渚文化遺址出土的陶罐內(nèi)壁刮取的黑色殘留物中，分離出一種能在無氧條件下分解葡萄糖產(chǎn)生酒精的微生物。該微生物最可能的類群是（）A.乳酸菌B.酵母菌C.醋酸菌D.破傷風(fēng)桿菌答案：B解析：酵母菌為兼性厭氧菌，在無氧條件下通過乙醇發(fā)酵將葡萄糖轉(zhuǎn)化為酒精和CO?，是古代釀酒的主要微生物。乳酸菌無氧呼吸產(chǎn)生乳酸，醋酸菌需氧呼吸產(chǎn)生醋酸，破傷風(fēng)桿菌為嚴(yán)格厭氧菌但代謝產(chǎn)物不含酒精，故B正確。題目：考古人員在西周青銅鼎的銹蝕層中發(fā)現(xiàn)一種具有鞭毛的細(xì)菌，其運(yùn)動(dòng)方式主要依賴于（）A.細(xì)胞壁的伸縮B.細(xì)胞膜的流動(dòng)性C.鞭毛的擺動(dòng)D.細(xì)胞質(zhì)的環(huán)流答案：C解析：細(xì)菌的鞭毛是由蛋白質(zhì)構(gòu)成的細(xì)長(zhǎng)絲狀物，通過基部的馬達(dá)蛋白旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)鞭毛擺動(dòng)，實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)。細(xì)胞壁主要維持形態(tài)，細(xì)胞膜流動(dòng)性與物質(zhì)運(yùn)輸相關(guān)，細(xì)胞質(zhì)環(huán)流常見于真核細(xì)胞，故C正確。（二）非選擇題（共35分）3.實(shí)驗(yàn)分析題：某考古團(tuán)隊(duì)對(duì)秦始皇陵兵馬俑坑出土的陶俑表面白色結(jié)垢進(jìn)行微生物學(xué)研究，步驟如下：（1）用無菌棉簽蘸取結(jié)垢樣本，接種于含牛肉膏、蛋白胨、NaCl和瓊脂的培養(yǎng)基中，37℃培養(yǎng)48小時(shí)，觀察到圓形、邊緣整齊的菌落。（2）對(duì)菌落進(jìn)行革蘭氏染色，顯微鏡下觀察到紫色、桿狀菌體。（3）提取菌體DNA，擴(kuò)增16SrRNA基因后測(cè)序，結(jié)果與Bacillussubtilis（枯草芽孢桿菌）相似度達(dá)99%。問題：（1）步驟（1）中所用培養(yǎng)基的類型是________（填“固體”或“液體”），其碳源主要來自________。（2）革蘭氏染色結(jié)果表明該細(xì)菌細(xì)胞壁中________含量較高，推測(cè)其對(duì)物理?yè)p傷的抵抗力較________（填“強(qiáng)”或“弱”）。（3）結(jié)合枯草芽孢桿菌的特性，分析其在陶俑表面長(zhǎng)期存活的原因。答案：（1）固體；牛肉膏和蛋白胨（2）肽聚糖；強(qiáng)（3）枯草芽孢桿菌能形成芽孢，芽孢具有厚壁結(jié)構(gòu)，含水量低，能抵抗高溫、干燥等極端環(huán)境；其代謝產(chǎn)生的胞外多糖可黏附于陶俑表面，形成生物膜，增強(qiáng)對(duì)環(huán)境的適應(yīng)能力。4.綜合探究題：古代絲綢之路的駱駝糞樣本中可能含有能分解纖維素的微生物，某研究小組欲設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)分離此類微生物。（1）寫出實(shí)驗(yàn)所用選擇培養(yǎng)基的關(guān)鍵成分及作用。（2）簡(jiǎn)述從樣本采集到獲得純培養(yǎng)物的主要步驟。（3）如何通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證分離出的微生物是否具有分解纖維素的能力？答案：（1）關(guān)鍵成分：纖維素（唯一碳源）、無機(jī)鹽、水、瓊脂。作用：抑制不能分解纖維素的微生物生長(zhǎng)，僅允許纖維素分解菌存活。（2）步驟：①樣本采集（無菌操作刮取駱駝糞表面樣本）→②梯度稀釋（用無菌水稀釋至10??濃度）→③涂布平板（將稀釋液接種于選擇培養(yǎng)基）→④培養(yǎng)（30℃恒溫培養(yǎng)3~5天）→⑤挑取單菌落（觀察透明圈）→⑥劃線純化（連續(xù)劃線獲得純培養(yǎng)物）。（3）驗(yàn)證方法：將分離菌接種于含剛果紅的纖維素培養(yǎng)基，培養(yǎng)后觀察是否產(chǎn)生透明圈（剛果紅與纖維素結(jié)合呈紅色，微生物分解纖維素后出現(xiàn)透明圈）；或檢測(cè)培養(yǎng)液中還原糖的生成（斐林試劑水浴加熱呈磚紅色沉淀）。三、微生物考古的拓展應(yīng)用（一）古病原體與疾病史研究通過對(duì)中世紀(jì)黑死病墓地出土的牙齒樣本進(jìn)行病原微生物分析，發(fā)現(xiàn)鼠疫耶爾森菌（Yersiniapestis）的基因與現(xiàn)代菌株存在3處堿基差異，提示其毒力因子的演化路徑。類似地，從安陽(yáng)殷墟人骨化石中提取的結(jié)核分枝桿菌DNA，為研究結(jié)核病在商代的流行提供了直接證據(jù)。（二）古代環(huán)境與農(nóng)業(yè)活動(dòng)重建湖泊沉積物中的藍(lán)藻（如念珠藻）通過光合作用固定碳元素，其殼體化石的碳同位素組成（δ13C）可反映古代大氣CO?濃度；而土壤中固氮菌（如根瘤菌）的數(shù)量變化，可揭示古代農(nóng)業(yè)活動(dòng)中豆類作物的種植歷史。（三）生物技術(shù)在文物保護(hù)中的應(yīng)用利用微生物的代謝特性可修復(fù)文物損傷。例如，用假單胞菌分解古代壁畫上的油煙污漬，其產(chǎn)生的脂肪酶能將油脂分解為可溶的脂肪酸和甘油；用巴氏芽孢桿菌（Bacilluspasteurii）的脲酶活性，將尿素分解為氨和CO?，后者與鈣離子結(jié)合生成碳酸鈣，可加固風(fēng)化的石刻表面。四、核心知識(shí)點(diǎn)總結(jié)模塊關(guān)鍵知識(shí)點(diǎn)微生物結(jié)構(gòu)細(xì)菌細(xì)胞壁成分（肽聚糖）、芽孢抗逆性、真菌幾丁質(zhì)細(xì)胞壁營(yíng)養(yǎng)與培養(yǎng)選擇培養(yǎng)基設(shè)計(jì)、無菌操作技術(shù)（高壓蒸汽滅菌、巴氏消毒）、瓊脂的理化特性代謝與遺傳發(fā)酵代謝產(chǎn)物（酒精、乳酸）、16