環(huán)境微生物學(xué)練習(xí)題及答案一、選擇題（每題2分，共20分）1.下列哪種微生物是典型的好氧反硝化細(xì)菌？A.產(chǎn)甲烷菌B.假單胞菌屬C.硫酸鹽還原菌D.硫桿菌屬2.土壤中微生物數(shù)量最多的類群是：A.真菌B.放線菌C.細(xì)菌D.藻類3.參與自然界中硝化作用的微生物主要屬于：A.化能自養(yǎng)型B.光能自養(yǎng)型C.化能異養(yǎng)型D.光能異養(yǎng)型4.以下哪種物質(zhì)屬于微生物難以降解的持久性有機(jī)污染物（POPs）？A.葡萄糖B.聚乙烯（PE）C.苯酚D.苯甲酸5.用于指示水體糞便污染的最常用微生物是：A.金黃色葡萄球菌B.大腸埃希氏菌C.枯草芽孢桿菌D.銅綠假單胞菌6.極端嗜熱微生物的最適生長溫度通常高于：A.45℃B.60℃C.80℃D.100℃7.甲烷氧化菌在好氧條件下將甲烷轉(zhuǎn)化為：A.二氧化碳B.甲醇C.乙酸D.乙烷8.生物膜法處理污水時(shí)，起主要降解作用的微生物存在于：A.污水懸浮液中B.生物膜內(nèi)部厭氧層C.生物膜表面好氧層D.污泥絮體內(nèi)部9.硫酸鹽還原菌在厭氧條件下將硫酸鹽還原為：A.單質(zhì)硫B.硫化氫C.亞硫酸鹽D.硫代硫酸鹽10.以下哪種微生物代謝類型可同時(shí)進(jìn)行產(chǎn)甲烷和乙酸發(fā)酵？A.互營菌B.產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌C.產(chǎn)甲烷菌D.發(fā)酵性細(xì)菌二、填空題（每空1分，共20分）1.環(huán)境微生物的水平分布主要受______、______和______等因素影響，垂直分布則與______和______密切相關(guān)。2.微生物降解有機(jī)污染物的主要方式包括______、______和______，其中______是指微生物利用一種基質(zhì)生長時(shí)，對(duì)另一種難降解物質(zhì)進(jìn)行共氧化的現(xiàn)象。3.硝化作用分為兩個(gè)階段：第一階段由______將氨氧化為亞硝酸鹽，第二階段由______將亞硝酸鹽氧化為硝酸鹽。4.活性污泥中的微生物群落主要包括______、______、______和微型動(dòng)物，其中______是去除有機(jī)物的主要功能菌。5.極端環(huán)境微生物包括______、______、______、______和嗜壓菌等，其特殊代謝機(jī)制為開發(fā)環(huán)境修復(fù)技術(shù)提供了重要資源。6.水體富營養(yǎng)化的主要指示微生物是______，其過度繁殖會(huì)導(dǎo)致______現(xiàn)象，造成水體缺氧。三、簡答題（每題8分，共40分）1.簡述微生物在環(huán)境自凈中的作用機(jī)制。2.比較好氧生物降解與厭氧生物降解的特點(diǎn)（從電子受體、產(chǎn)物、降解速率、適用污染物類型四方面分析）。3.說明為什么大腸埃希氏菌可作為水體糞便污染的指示微生物。4.列舉影響微生物降解有機(jī)污染物的主要環(huán)境因素，并分析其作用原理。5.描述產(chǎn)甲烷菌的代謝特點(diǎn)及其在厭氧消化中的關(guān)鍵作用。四、論述題（每題20分，共20分）設(shè)計(jì)一個(gè)利用微生物修復(fù)石油污染土壤的技術(shù)方案，需包含菌種篩選、環(huán)境調(diào)控、監(jiān)測評(píng)估三個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，并說明各環(huán)節(jié)的具體實(shí)施方法及科學(xué)依據(jù)。答案一、選擇題1.B2.C3.A4.B5.B6.C7.A8.C9.B10.A二、填空題1.土壤類型；植被覆蓋；人類活動(dòng)；深度；氧氣含量2.礦化作用；共代謝；生物轉(zhuǎn)化；共代謝3.亞硝化單胞菌屬；硝化桿菌屬4.細(xì)菌；真菌；放線菌；異養(yǎng)型細(xì)菌5.嗜熱菌；嗜冷菌；嗜鹽菌；嗜酸菌（或嗜堿菌）6.藍(lán)藻（藍(lán)細(xì)菌）；水華（或赤潮）三、簡答題1.微生物在環(huán)境自凈中的作用機(jī)制主要包括三方面：（1）分解作用：通過分泌胞外酶將大分子有機(jī)物（如蛋白質(zhì)、纖維素）分解為小分子（氨基酸、單糖），進(jìn)一步通過呼吸作用轉(zhuǎn)化為CO?、H?O等無機(jī)物，實(shí)現(xiàn)有機(jī)物礦化。（2）轉(zhuǎn)化作用：對(duì)重金屬（如Hg2?→CH?Hg?）、含氮/硫化合物（如NH?→NO??）進(jìn)行氧化、還原、甲基化等反應(yīng)，改變其毒性或存在形態(tài)。（3）固定作用：某些微生物（如藍(lán)細(xì)菌、根瘤菌）可將大氣中的N?固定為氨，參與物質(zhì)循環(huán)；部分微生物通過生物吸附作用固定重金屬離子，降低其遷移性。2.好氧與厭氧生物降解特點(diǎn)比較：-電子受體：好氧以O(shè)?為最終電子受體；厭氧以NO??、SO?2?、CO?等為電子受體。-產(chǎn)物：好氧降解徹底，產(chǎn)物多為CO?、H?O；厭氧降解不徹底，產(chǎn)生CH?、H?S、有機(jī)酸等中間產(chǎn)物。-降解速率：好氧代謝效率高（1mol葡萄糖產(chǎn)38molATP），降解速率快；厭氧代謝效率低（僅產(chǎn)2molATP），速率較慢。-適用污染物：好氧適合易降解有機(jī)物（如脂肪酸、單環(huán)芳烴）；厭氧適合難降解物質(zhì)（如多環(huán)芳烴、鹵代烴），因厭氧條件下脫鹵反應(yīng)更易進(jìn)行。3.大腸埃希氏菌作為糞便污染指示菌的原因：（1）特異性：主要存在于溫血?jiǎng)游锬c道，自然環(huán)境中無長期存活能力，其存在直接指示糞便污染。（2）數(shù)量相關(guān)性：與腸道致病菌（如沙門氏菌、志賀氏菌）的數(shù)量呈正相關(guān)，可反映污染程度。（3）檢測可行性：易培養(yǎng)（選擇性培養(yǎng)基如伊紅美藍(lán)瓊脂），檢測方法成熟（多管發(fā)酵法、膜過濾法）。（4）存活時(shí)間：在水體中的存活時(shí)間與多數(shù)腸道致病菌相近（約2-3周），能有效指示致病菌的存在風(fēng)險(xiǎn)。4.影響微生物降解的主要環(huán)境因素及原理：（1）溫度：影響酶活性，最適溫度（25-35℃）時(shí)降解速率最高；低溫抑制代謝，高溫導(dǎo)致酶變性。（2）pH：改變微生物膜電荷和酶活性，多數(shù)中性菌最適pH6.5-7.5；極端pH（<5或>9）抑制生長。（3）氧氣：好氧降解需O?參與（如單加氧酶反應(yīng)）；厭氧降解依賴電子受體（如NO??），缺氧時(shí)兼性菌可切換代謝途徑。（4）營養(yǎng)鹽：N、P是微生物細(xì)胞組分（如蛋白質(zhì)、核酸）的必需元素，C:N:P比（100:5:1）失衡會(huì)限制降解速率。（5）污染物濃度：低濃度時(shí)誘導(dǎo)降解酶合成；高濃度（>1000mg/kg）可能產(chǎn)生毒性（如有機(jī)溶劑破壞膜結(jié)構(gòu)）。（6）共存物質(zhì)：共代謝基質(zhì)（如苯酚）可誘導(dǎo)降解酶表達(dá)；競爭性抑制物（如結(jié)構(gòu)類似物）會(huì)降低降解效率。5.產(chǎn)甲烷菌的代謝特點(diǎn)及作用：代謝特點(diǎn)：（1）嚴(yán)格厭氧：對(duì)O?高度敏感，需在氧化還原電位<-300mV的環(huán)境中生長。（2）基質(zhì)專一性：僅利用H?/CO?、乙酸、甲醇等簡單物質(zhì)，不能直接分解復(fù)雜有機(jī)物。（3）特殊輔酶：含F(xiàn)420（熒光輔酶）、輔酶M（參與甲基轉(zhuǎn)移）等獨(dú)特輔酶。（4）低生長速率：代時(shí)長達(dá)10-90小時(shí)，增殖緩慢。在厭氧消化中的作用：產(chǎn)甲烷菌是厭氧消化的“終點(diǎn)微生物”，通過兩種途徑產(chǎn)生甲烷：①乙酸分解（占70%）：CH?COOH→CH?+CO?（由乙酸營養(yǎng)型產(chǎn)甲烷菌完成）；②H?還原CO?（占30%）：4H?+CO?→CH?+2H?O（由氫營養(yǎng)型產(chǎn)甲烷菌完成）。其代謝活動(dòng)可消除前階段產(chǎn)生的有機(jī)酸（如乙酸、丙酸），維持系統(tǒng)pH穩(wěn)定，是實(shí)現(xiàn)有機(jī)物徹底礦化的關(guān)鍵。四、論述題石油污染土壤微生物修復(fù)技術(shù)方案一、菌種篩選（科學(xué)依據(jù)：高效降解菌是修復(fù)的核心）1.采樣與富集：采集污染土壤（含油量>5%），取10g土樣接入含1%原油的無機(jī)鹽培養(yǎng)基（NH?NO?1g/L，KH?PO?0.5g/L，MgSO?0.2g/L），30℃、150rpm振蕩培養(yǎng)7天，重復(fù)轉(zhuǎn)接3次以富集原油降解菌。2.分離純化：取富集液梯度稀釋（10?3-10??），涂布于含0.5%原油的固體培養(yǎng)基（瓊脂20g/L），30℃培養(yǎng)5天，挑取透明圈（原油被降解后形成）直徑與菌落直徑比>2的單菌落，通過16SrRNA測序鑒定菌種（目標(biāo)菌：假單胞菌屬、紅球菌屬、分枝桿菌屬等已知高效降解菌）。3.性能優(yōu)化：通過紫外誘變或基因工程技術(shù)（如轉(zhuǎn)入nah基因編碼萘雙加氧酶）提高菌株對(duì)多環(huán)芳烴（PAHs）的降解能力；構(gòu)建混合菌群（如降解烷烴的假單胞菌+降解芳香烴的紅球菌），利用協(xié)同代謝增強(qiáng)修復(fù)效率。二、環(huán)境調(diào)控（科學(xué)依據(jù)：微生物活性受環(huán)境條件顯著影響）1.營養(yǎng)調(diào)控：按C:N:P=100:10:1比例添加緩釋肥（如尿素、磷酸二氫鉀），避免速效肥流失；添加生物炭（5%質(zhì)量比）吸附營養(yǎng)，延長釋放周期。2.氧氣供應(yīng)：翻耕土壤（深度30cm）增加透氣性；對(duì)深層污染（>50cm）采用生物通風(fēng)技術(shù)（注入空氣流量0.1-0.5m3/(h·m2)），維持好氧菌（占降解菌80%以上）的代謝需求。3.水分調(diào)節(jié)：保持土壤含水量為田間持水量的60-70%（約20-25%），過低（<15%）限制物質(zhì)擴(kuò)散，過高（>30%）導(dǎo)致缺氧；干旱時(shí)噴灑水霧，積水時(shí)開溝排水。4.pH調(diào)節(jié)：用石灰（CaCO?）或石膏（CaSO?）調(diào)節(jié)pH至6.5-7.5（多數(shù)降解菌最適范圍），避免酸性（<5）抑制酶活性或堿性（>8）導(dǎo)致重金屬溶出毒性。三、監(jiān)測評(píng)估（科學(xué)依據(jù)：動(dòng)態(tài)跟蹤確保修復(fù)效果）1.污染物濃度監(jiān)測：每2周采集表層（0-20cm）、中層（20-50cm）土壤樣品，用GC-MS檢測總石油烴（TPH）、16種優(yōu)先控制PAHs（如萘、菲）的含量，目標(biāo)為TPH<500mg/kg（修復(fù)標(biāo)準(zhǔn)）。2.微生物活性監(jiān)測：測定土壤脫氫酶活性（反映微生物代謝強(qiáng)度，用TTC還原法）、磷脂脂肪酸（PLFA）總量（指示微生物生物量），若PLFA>5nmol/g且脫氫酶活性>100μgTPF/(g·h)，表明菌群活躍。3.土壤性質(zhì)評(píng)估：每月檢測pH、電導(dǎo)率（EC）、有機(jī)質(zhì)（OM）含量，確保pH穩(wěn)定在6.5-7.5，EC<4dS/m（避免鹽害），OM>2%（維持微生物生境）。4.生態(tài)