2025年大學(xué)《海洋資源與環(huán)境》專業(yè)題庫(kù)——海洋微生物在海洋氮循環(huán)中的作用機(jī)制研究考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每小題2分，共20分。請(qǐng)將正確選項(xiàng)的字母填在題干后的括號(hào)內(nèi)。）1.下列哪一項(xiàng)是海洋中生物固氮作用的直接產(chǎn)物？A.硝酸鹽(NO??)B.亞硝酸鹽(NO??)C.氮?dú)?N?)D.硝化細(xì)菌2.在氧氣充足的海洋表層水域，將氨氮(NH??)氧化為亞硝酸鹽(NO??)的過程稱為：A.反硝化作用B.厭氧氨氧化作用C.硝化作用的第一步D.聯(lián)合反硝化作用3.下列哪種微生物被認(rèn)為是海洋環(huán)境中厭氧氨氧化(Anammox)過程的主要參與者？A.α-變形菌綱細(xì)菌B.厚壁菌門細(xì)菌C.古菌門中的計(jì)劃胞菌門D.原生動(dòng)物4.能夠在缺氧或微氧環(huán)境下將亞硝酸鹽(NO??)完全還原為氮?dú)?N?)的過程是：A.硝化作用B.硝酸鹽還原為亞硝酸鹽(DNRA)C.反硝化作用D.厭氧氨氧化作用5.穩(wěn)定同位素技術(shù)（如δ1?N分析）在研究海洋氮循環(huán)中主要應(yīng)用來：A.直接測(cè)量氮?dú)鉂舛菳.估算水體中的氨氮含量C.識(shí)別參與特定氮循環(huán)過程的微生物類群D.精確測(cè)定海洋表層溫度6.海洋生物膜的形成通常有利于哪些微生物在氮循環(huán)過程中的活動(dòng)？A.僅限于好氧微生物B.僅限于厭氧微生物C.提供微環(huán)境多樣性，利于不同代謝類型的微生物（好氧、厭氧、兼性）高效活動(dòng)D.顯著降低所有微生物的活性7.氧化還原電位（Eh）是影響海洋氮循環(huán)中哪些過程的重要因素？A.固氮作用和硝化作用B.反硝化和厭氧氨氧化作用C.硝化作用和反硝化作用D.固氮作用和厭氧氨氧化作用8.在海洋生態(tài)系統(tǒng)中，過度的氮輸入（富營(yíng)養(yǎng)化）通常會(huì)導(dǎo)致：A.氮?dú)猓∟?）濃度顯著增加B.亞硝酸鹽（NO??）積累中毒C.氮循環(huán)過程受到普遍抑制D.氧化層加深，缺氧區(qū)縮小9.宏基因組學(xué)研究的核心目標(biāo)是：A.直接分離和培養(yǎng)環(huán)境中的所有微生物B.獲得特定微生物的完整基因組序列C.直接測(cè)定環(huán)境中所有微生物的代謝活性D.測(cè)定環(huán)境中所有微生物的總DNA，揭示潛在功能10.下列哪種分子探針技術(shù)通常用于原位追蹤海洋樣品中特定功能微生物（如硝化細(xì)菌）的群落分布？A.rRNA基因測(cè)序B.宏轉(zhuǎn)錄組分析C.探針熒光原位雜交(FISH)D.穩(wěn)定同位素標(biāo)記二、名詞解釋（每小題3分，共15分。請(qǐng)為下列名詞提供簡(jiǎn)潔、準(zhǔn)確的定義。）1.固氮酶(Nitrogenase)2.共代謝(Co-metabolism)3.氮氧化物(NitrogenOxides,NOx)4.宏基因組學(xué)(Metagenomics)5.生物地球化學(xué)循環(huán)(BiogeochemicalCycle)三、簡(jiǎn)答題（每小題5分，共20分。請(qǐng)簡(jiǎn)要回答下列問題。）1.簡(jiǎn)述海洋中硝化作用兩個(gè)主要階段各自的關(guān)鍵反應(yīng)和代表性微生物類群。2.簡(jiǎn)述反硝化作用發(fā)生的必要環(huán)境條件。3.為什么說海洋酸化可能影響海洋氮循環(huán)過程？4.簡(jiǎn)述高通量測(cè)序技術(shù)在研究海洋微生物氮循環(huán)功能方面的優(yōu)勢(shì)。四、論述題（每小題10分，共30分。請(qǐng)結(jié)合所學(xué)知識(shí)，深入闡述下列問題。）1.詳細(xì)闡述反硝化作用的全過程，包括關(guān)鍵步驟、涉及的主要酶類以及在不同海洋環(huán)境（如表層、深層、沉積物）中的潛在差異。2.探討氣候變化（如海洋變暖、pCO?升高）可能通過哪些途徑影響海洋微生物的氮循環(huán)功能及其對(duì)海洋生態(tài)系統(tǒng)可能產(chǎn)生的后果。3.結(jié)合一個(gè)具體的海洋生態(tài)系統(tǒng)（如珊瑚礁、寒帶海洋、紅樹林）或環(huán)境問題（如漁業(yè)養(yǎng)殖區(qū)氮污染、海洋碳匯能力下降），論述理解當(dāng)?shù)匚⑸锏h(huán)機(jī)制對(duì)于資源管理和環(huán)境保護(hù)的重要性。---試卷答案一、選擇題1.C2.C3.C4.C5.C6.C7.B8.B9.D10.C二、名詞解釋1.固氮酶：一種能夠?qū)⒋髿庵械姆肿拥∟?）轉(zhuǎn)化為生物可利用的氨（NH?或NH??）的酶復(fù)合體，是固氮作用的限速步驟。2.共代謝：微生物利用一種底物進(jìn)行生長(zhǎng)，但同時(shí)其代謝活動(dòng)也降解了另一種（非生長(zhǎng)底物）化合物的現(xiàn)象。3.氮氧化物：泛指由氮元素和氧元素組成的化合物，主要包括一氧化氮（NO）、二氧化氮（NO?）以及N?O等，是大氣污染物和溫室氣體。4.宏基因組學(xué)：研究特定環(huán)境中所有微生物總基因組DNA的科學(xué)，旨在揭示環(huán)境中微生物的遺傳多樣性、潛在功能及其與環(huán)境互作。5.生物地球化學(xué)循環(huán)：指化學(xué)元素（如碳、氮、磷等）在生物圈、巖石圈、水圈和大氣圈之間進(jìn)行遷移和循環(huán)轉(zhuǎn)化的過程。三、簡(jiǎn)答題1.硝化作用分為兩個(gè)階段：第一階段，氨氮（NH??）在氨氧化細(xì)菌（AOB）或氨氧化古菌（AOA）中，被氧化為亞硝酸鹽（NO??），該過程通常產(chǎn)生少量能量（可能用于產(chǎn)生ATP）和H?。第二階段，亞硝酸鹽（NO??）在亞硝酸鹽氧化細(xì)菌（NOB）或亞硝酸鹽氧化古菌（NOOA）中，被進(jìn)一步氧化為硝酸鹽（NO??），該過程釋放較多能量。代表性微生物：AOB如Nitrosomonas，AOA如Nitrosopumilus；NOB如Nitrobacter，NOOA如Nitrospina。2.反硝化作用發(fā)生的必要環(huán)境條件：①缺氧或微氧環(huán)境（溶解氧濃度極低，通常<0.5mg/L）；②存在可被反硝化細(xì)菌利用的有機(jī)碳源；③存在硝酸鹽（NO??）或亞硝酸鹽（NO??）作為電子受體；④適當(dāng)?shù)臏囟?、pH等環(huán)境因素。3.海洋酸化（海水pH降低，碳酸鈣飽和度下降）可能影響海洋氮循環(huán)：①對(duì)參與氮循環(huán)的微生物生理活性產(chǎn)生影響，如改變酶活性、影響細(xì)胞膜功能；②對(duì)能利用碳酸鈣或碳酸氫鹽的微生物（如部分固氮微生物）的形態(tài)和功能產(chǎn)生影響；③改變水體中的離子強(qiáng)度和化學(xué)平衡，可能影響氮氧化物等氣態(tài)氮的揮發(fā)損失速率。4.高通量測(cè)序技術(shù)的優(yōu)勢(shì)：①能夠大規(guī)模、快速地獲取環(huán)境樣品中微生物的總基因信息（宏基因組），覆蓋極豐富的微生物群落；②無需依賴前期微生物培養(yǎng)，可直接揭示環(huán)境中實(shí)際存在的功能潛力；③有助于發(fā)現(xiàn)新的微生物種類和功能基因，深入理解微生物在環(huán)境過程中的作用機(jī)制。四、論述題1.反硝化作用是指微生物在缺氧條件下，將硝酸鹽（NO??）或亞硝酸鹽（NO??）作為最終電子受體，將有機(jī)碳或含氮化合物（如亞硝酸鹽）等作為電子供體，最終轉(zhuǎn)化為氮?dú)猓∟?）或其他氮氧化物（如N?O）的過程。全過程主要包括以下步驟：首先，硝酸鹽（NO??）在硝酸還原酶（NitrateReductase,NarG/H系統(tǒng)或NrfA系統(tǒng)）的作用下被還原為亞硝酸鹽（NO??）；接著，亞硝酸鹽（NO??）在亞硝酸氧化酶（NitriteOxidase,NirK或NorB系統(tǒng)）的作用下被氧化為氧化亞氮（NO）。最后，氧化亞氮（NO）在硝化單加氧酶（Catalase-P450類，如NorZ）或其他酶（如CyanobacterialNitricOxideReductase,CNOR）的作用下被還原為氮?dú)猓∟?）。該過程涉及的關(guān)鍵酶包括硝酸還原酶、亞硝酸氧化酶和氧化亞氮還原酶。在不同海洋環(huán)境中，反硝化作用的潛在差異體現(xiàn)在：表層混合層可能因氧氣供應(yīng)或有機(jī)物輸入而受限或活躍；深層水和海洋沉積物是主要的反硝化場(chǎng)所，但速率和微生物群落組成各異，例如沉積物表層可能發(fā)生DNRA（硝酸鹽還原為亞硝酸鹽）而非完整的反硝化。反硝化是海洋中去除氮的重要途徑，對(duì)控制N?O排放至關(guān)重要。2.氣候變化通過多種途徑影響海洋微生物氮循環(huán)功能，并可能對(duì)海洋生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生深遠(yuǎn)后果：①海洋變暖：可能改變微生物的代謝速率（如Q??效應(yīng)）、改變物種分布和競(jìng)爭(zhēng)格局，導(dǎo)致優(yōu)勢(shì)功能類群變化；可能加劇stratification（水體層化），限制上下層水體交換，影響氮循環(huán)物質(zhì)的再分配，并可能擴(kuò)大缺氧區(qū)，為厭氧氮循環(huán)過程（如反硝化、DNRA、Anammox）提供更廣闊的空間。②pCO?升高（海洋酸化）：如簡(jiǎn)答所述，可能影響微生物生理活性和群落結(jié)構(gòu)。③海洋層化加?。鹤璧K營(yíng)養(yǎng)鹽（如氮）的垂直混合，可能導(dǎo)致表層富集，底層缺氧加劇，改變氮循環(huán)的區(qū)域差異和效率。④極端天氣事件（如強(qiáng)降雨、風(fēng)暴）：可能通過改變水體流動(dòng)、增加輸入的陸源有機(jī)物和營(yíng)養(yǎng)鹽，擾亂局地氮循環(huán)過程。這些改變可能導(dǎo)致氮循環(huán)速率變化、氮損失途徑（如N?O排放）改變，進(jìn)而影響初級(jí)生產(chǎn)力、生物群落結(jié)構(gòu)和生態(tài)服務(wù)功能，例如可能通過改變氮沉降影響碳匯能力，或通過改變病原菌的氮代謝影響人類健康。3.理解特定海洋生態(tài)系統(tǒng)或環(huán)境問題中微生物氮循環(huán)機(jī)制對(duì)于資源管理和環(huán)境保護(hù)至關(guān)重要：①以珊瑚礁為例：珊瑚礁是氮循環(huán)活躍但相對(duì)脆弱的系統(tǒng)。了解固氮微生物（如與珊瑚蟲共生的細(xì)菌）和反硝化/Anammox過程如何維持礁區(qū)氮平衡、支持初級(jí)生產(chǎn)力，有助于評(píng)估富營(yíng)養(yǎng)化壓力的影響，指導(dǎo)可持續(xù)漁業(yè)和營(yíng)養(yǎng)鹽管理，以保護(hù)珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)的健康和韌性。②以寒帶海洋為例：寒帶海洋季節(jié)性變化顯著，冬季黑暗低溫，夏季光照充足。理解微生物在低溫下的氮循環(huán)（特別是潛在的低速率反硝化和Anammox）以及春季生產(chǎn)力爆發(fā)背后的氮供應(yīng)機(jī)制（如冰層融化帶來的氮釋放、固氮作用的作用），對(duì)于預(yù)測(cè)氣候變化下寒帶海洋初級(jí)生產(chǎn)力、碳匯能力和生物多樣性的變化至關(guān)重要。③以漁業(yè)養(yǎng)殖區(qū)氮污染為例：了解養(yǎng)殖活動(dòng)產(chǎn)生的氨氮如何被水體中的微生物（硝化細(xì)菌、固氮菌、反硝化細(xì)菌等）去除，以及這些過程受哪些環(huán)境因子（如溶解氧、溫度、養(yǎng)殖密度）調(diào)控，有助于優(yōu)化養(yǎng)殖管理