2025年大學(xué)《化學(xué)》專業(yè)題庫——化學(xué)生態(tài)學(xué)中的微生物分析技術(shù)考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共20分。請將正確選項(xiàng)的字母填入括號內(nèi)。）1.在化學(xué)生態(tài)學(xué)研究中，用于定量分析特定微生物群落豐度的常用分子生物學(xué)技術(shù)是？A.平板計數(shù)法B.顯微鏡直接計數(shù)法C.實(shí)時熒光定量PCR（qPCR）D.脫氧核糖核酸（DNA）測序2.下列哪項(xiàng)技術(shù)最適合用于檢測環(huán)境樣品中活性的、代謝活躍的微生物？A.熱演算法（TMA）擴(kuò)增B.細(xì)胞染料活性檢測（如Live/Dead染色）C.基因芯片雜交D.化學(xué)發(fā)光免疫分析3.高通量測序技術(shù)（如16SrRNA測序或宏基因組測序）在化學(xué)生態(tài)學(xué)研究中的主要優(yōu)勢不包括？A.能夠提供群落結(jié)構(gòu)的詳細(xì)信息B.可以揭示微生物功能基因的潛力C.能夠精確測定每個物種的絕對數(shù)量D.為研究微生物與環(huán)境因子相互作用提供了基礎(chǔ)4.熒光標(biāo)記探針在微生物分析中的應(yīng)用，主要依賴于？A.微生物對特定底物的吸收速率差異B.標(biāo)記分子與目標(biāo)生物分子（如DNA、RNA、蛋白質(zhì)）的特異性結(jié)合C.不同微生物的細(xì)胞壁厚度差異D.微生物產(chǎn)生的特定代謝產(chǎn)物的顏色反應(yīng)5.當(dāng)需要觀察微生物的精細(xì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)時，最常用的分析技術(shù)是？A.光學(xué)顯微鏡（OM）B.掃描電子顯微鏡（SEM）C.透射電子顯微鏡（TEM）D.原子力顯微鏡（AFM）6.下列哪項(xiàng)技術(shù)通常不直接用于微生物分類和鑒定？A.16SrRNA基因序列分析B.系統(tǒng)發(fā)育樹構(gòu)建C.紅外光譜（IR）分析D.核酸同源重組分析7.在化學(xué)生態(tài)學(xué)實(shí)驗(yàn)中，進(jìn)行微生物生理功能分析時，測定特定酶活性是一種常用的方法，這屬于？A.物理檢測法B.化學(xué)檢測法C.生理生化檢測法D.分子檢測法8.使用平板計數(shù)法進(jìn)行微生物Enumeration時，為了獲得統(tǒng)計上可靠的計數(shù)結(jié)果，通常需要進(jìn)行？A.單一稀釋梯度實(shí)驗(yàn)B.多個稀釋梯度平行實(shí)驗(yàn)，并選擇菌落計數(shù)在30-300之間的稀釋液C.僅選擇最濃的樣品進(jìn)行計數(shù)D.使用顯微鏡直接計數(shù)，無需稀釋9.宏基因組學(xué)（Metagenomics）研究的核心目標(biāo)是？A.鑒定樣品中所有微生物的種屬組成B.構(gòu)建樣品中所有微生物的完整基因組序列C.解讀樣品環(huán)境DNA所攜帶的所有遺傳信息及其潛在功能D.測定樣品中特定目標(biāo)微生物的基因表達(dá)水平10.將微生物分析技術(shù)與化學(xué)分析技術(shù)（如色譜、質(zhì)譜）相結(jié)合，可以？A.僅用于提高傳統(tǒng)培養(yǎng)法的效果B.直接替代所有分子生物學(xué)檢測方法C.實(shí)現(xiàn)對微生物代謝產(chǎn)物和環(huán)境的同步分析D.僅用于觀察微生物的物理形態(tài)二、填空題（每空1分，共15分。請將答案填入橫線上。）1.化學(xué)生態(tài)學(xué)是研究生物與環(huán)境之間通過______的相互作用及其相互關(guān)系的科學(xué)。2.微生物分析技術(shù)是化學(xué)生態(tài)學(xué)研究中的關(guān)鍵工具，其目的是為了揭示微生物在______、______等方面的作用。3.PCR（聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)）技術(shù)的核心原理是利用DNA聚合酶在______、______、______三個階段中合成DNA。4.在進(jìn)行微生物DNA提取時，通常需要破壞細(xì)胞壁和細(xì)胞膜，常用的物理方法是______和______。5.透射電子顯微鏡（TEM）需要使用______制的樣品，而掃描電子顯微鏡（SEM）通常需要使用______或______制的樣品。6.基于分子標(biāo)記的微生物分析技術(shù)，其結(jié)果通常需要通過______軟件進(jìn)行聚類分析，以構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)育樹或群落結(jié)構(gòu)圖。7.實(shí)時熒光定量PCR（qPCR）技術(shù)通過監(jiān)測______信號的變化，實(shí)現(xiàn)對起始模板量的______定量。三、名詞解釋（每題3分，共12分。請給出每個名詞的準(zhǔn)確定義。）1.原位分析（Insituanalysis）2.宏組學(xué)（Metagenomics）3.分子探針（Molecularprobe）4.系統(tǒng)發(fā)育分析（Phylogeneticanalysis）四、簡答題（每題5分，共20分。請簡要回答下列問題。）1.簡述選擇使用光學(xué)顯微鏡（OM）還是電子顯微鏡（EM）進(jìn)行微生物觀察時需要考慮的主要因素。2.與傳統(tǒng)的培養(yǎng)依賴型技術(shù)相比，分子生物學(xué)技術(shù)（如DNA測序）在化學(xué)生態(tài)學(xué)研究中有哪些主要優(yōu)勢？3.簡述使用平板計數(shù)法測定微生物數(shù)量的基本步驟。4.解釋什么是化學(xué)生態(tài)學(xué)中的微生物功能基因挖掘，并簡述其常用的研究策略。五、論述題（每題7分，共14分。請結(jié)合所學(xué)知識，深入分析和回答下列問題。）1.在化學(xué)生態(tài)學(xué)研究中，如何根據(jù)具體的研究目標(biāo)（如群落結(jié)構(gòu)分析、功能探究、相互作用研究等），選擇合適的微生物分析技術(shù)組合？請舉例說明。2.討論一項(xiàng)你認(rèn)為是化學(xué)生態(tài)學(xué)中微生物分析技術(shù)的“瓶頸”問題（如樣品復(fù)雜性、技術(shù)成本、數(shù)據(jù)解讀難度等），并提出可能的解決方案或未來的發(fā)展方向。試卷答案一、選擇題1.C2.B3.C4.B5.C6.C7.C8.B9.C10.C二、填空題1.化學(xué)物質(zhì)和信息2.生物地球化學(xué)循環(huán)，生態(tài)系統(tǒng)功能維持3.變性，退火，延伸4.熱浴，超聲波/高壓勻漿5.薄片，涂層6.系統(tǒng)發(fā)育樹7.熒光，絕對三、名詞解釋1.原位分析：指在不破壞或僅輕微破壞微生物原有生存環(huán)境的情況下，對其進(jìn)行觀察、檢測和分析的技術(shù)。2.宏組學(xué)：指直接對環(huán)境樣品中所有微生物的總DNA、RNA或蛋白質(zhì)進(jìn)行高通量測序或分析，以研究微生物群落結(jié)構(gòu)、功能及多樣性的學(xué)科。3.分子探針：指帶有可檢測標(biāo)記（如熒光基團(tuán)）的特異性分子（通常是核酸片段），可用于在細(xì)胞內(nèi)外原位檢測、定位或追蹤特定的生物分子（如DNA、RNA、蛋白質(zhì)）或微生物。4.系統(tǒng)發(fā)育分析：指基于分子序列（如DNA、RNA）或形態(tài)特征等數(shù)據(jù)，運(yùn)用生物信息學(xué)方法構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)育樹，以揭示不同物種或群體之間的進(jìn)化關(guān)系和親緣關(guān)系。四、簡答題1.解析思路：選擇OM還是EM主要看觀察目標(biāo)。OM操作相對簡單、樣品制備要求低、能觀察活體、價格較低，適用于觀察細(xì)胞整體結(jié)構(gòu)、菌體大小和數(shù)量等；EM分辨率極高，能觀察細(xì)胞內(nèi)部超微結(jié)構(gòu)，但樣品制備復(fù)雜、通常需要?dú)⑺拦潭?、干燥脫水、染色，且價格昂貴，適用于觀察精細(xì)結(jié)構(gòu)。因此，需根據(jù)是否需要高分辨率、是否可觀察活體、研究目的以及實(shí)驗(yàn)條件（經(jīng)費(fèi)、設(shè)備、技術(shù)）來選擇。2.解析思路：分子生物學(xué)技術(shù)的主要優(yōu)勢在于其“培養(yǎng)獨(dú)立性”。傳統(tǒng)培養(yǎng)法只能檢測出可培養(yǎng)微生物，而環(huán)境中的大部分微生物無法在實(shí)驗(yàn)室條件下培養(yǎng)，分子生物學(xué)技術(shù)（特別是測序）可以直接分析環(huán)境DNA/RNA，從而揭示完整的微生物群落結(jié)構(gòu)，包括未培養(yǎng)微生物，提供更全面、準(zhǔn)確的信息。此外，結(jié)合基因功能分析，可以深入挖掘群落功能潛力。3.解析思路：平板計數(shù)法步驟包括：樣品系列稀釋；將稀釋液涂布到固體培養(yǎng)基表面（如瓊脂平板）；在適宜條件下培養(yǎng)；計數(shù)生長的菌落（colony-formingunits,CFU）；根據(jù)稀釋倍數(shù)和平均菌落數(shù)計算樣品中微生物的數(shù)量（通常以每克/毫升樣品的CFU表示）。選擇菌落數(shù)在30-300之間的稀釋液是為了保證計數(shù)的準(zhǔn)確性和統(tǒng)計學(xué)可靠性。4.解析思路：功能基因挖掘是指從宏基因組數(shù)據(jù)或特定微生物基因組數(shù)據(jù)中鑒定和鑒定與特定生物功能（如碳固定、氮循環(huán)、抗生素合成、污染物降解等）相關(guān)的基因。常用策略包括：基于已知功能基因序列的同源比對搜索；利用基因預(yù)測軟件識別開放閱讀框（ORF）并進(jìn)行功能注釋；基于基因簇或代謝通路分析預(yù)測功能；結(jié)合環(huán)境信息和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證（如功能基因芯片雜交、基因敲除/敲入實(shí)驗(yàn)、轉(zhuǎn)錄組分析等）。五、論述題1.解析思路：選擇技術(shù)組合需首先明確研究目標(biāo)。*若目標(biāo)是了解群落組成和多樣性，可選16SrRNA測序（經(jīng)典、成本較低）或宏基因組測序（信息更全面、能發(fā)現(xiàn)新基因/新物種，但成本高、分析復(fù)雜）。*若要研究特定功能基因的豐度或多樣性，可選目標(biāo)基因擴(kuò)增子測序（如宏轉(zhuǎn)錄組測序、特定基因qPCR）。*若要研究微生物的空間分布或與環(huán)境的相互作用，可選原位雜交技術(shù)、熒光標(biāo)記技術(shù)結(jié)合顯微鏡觀察，或穩(wěn)定同位素示蹤結(jié)合微生物分選和測序。*若要分析微生物代謝活動，可選代謝產(chǎn)物分析（色譜-質(zhì)譜聯(lián)用等）、酶活性測定，結(jié)合宏基因組/宏轉(zhuǎn)錄組分析。*例如，研究沉積物中降解石油烴的微生物群落及其功能，可組合使用宏基因組測序（了解群落結(jié)構(gòu)和潛在功能基因）、目標(biāo)降解基因（如alkB）的qPCR（定量評估功能微生物豐度）、以及石油烴降解產(chǎn)物分析（確認(rèn)功能實(shí)現(xiàn)）。2.解析思路：選擇一個瓶頸問題，如“樣品微生物群落復(fù)雜性對分析結(jié)果的準(zhǔn)確性和解釋性構(gòu)成挑戰(zhàn)”。*問題闡述：環(huán)境樣品中微生物種類繁多、數(shù)量巨大、相互作用復(fù)雜，且存在大量不可培養(yǎng)微生物。這給DNA提取純化、PCR擴(kuò)增特異性、測序數(shù)據(jù)降噪去冗、功能注釋準(zhǔn)確性以及最終結(jié)論的解釋帶來了巨大困難，容易導(dǎo)致分析結(jié)果失真或誤判。*解決方案/發(fā)展方向：*改進(jìn)樣品前處理：開發(fā)更有效的核酸提取方法，減少宿主生物（如植物、動物）DNA/RNA的污染，提高目標(biāo)微生物核酸的回收率和純度。*發(fā)展高通量、高靈敏度檢測技術(shù)：如單細(xì)胞測序、空間轉(zhuǎn)錄組/蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對復(fù)雜群落中單個微生物或小群落進(jìn)行精準(zhǔn)分析。