2025年大學(xué)《地球系統(tǒng)科學(xué)》專業(yè)題庫——生物地球化學(xué)中的微生物代謝考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每小題2分，共20分。請將正確選項的代表字母填在題干后的括號內(nèi)）1.下列哪種微生物通常依賴光能或化學(xué)能來合成有機(jī)物，并釋放氧氣？A.化能異養(yǎng)菌B.化能自養(yǎng)菌C.光能自養(yǎng)菌D.硝化細(xì)菌2.在有氧條件下，異養(yǎng)微生物將葡萄糖完全氧化為二氧化碳和水的主要代謝途徑是？A.光合作用B.磷酸戊糖途徑C.有氧呼吸D.無氧發(fā)酵3.下列哪個過程是土壤中固定大氣氮（N2）使其變?yōu)橹参锟衫眯螒B(tài)的關(guān)鍵步驟，主要由特定微生物完成？A.硝化作用B.反硝化作用C.固氮作用D.硝酸鹽還原作用4.微生物在厭氧環(huán)境中分解有機(jī)物，最終產(chǎn)物可能是甲烷和二氧化碳，該過程稱為？A.有氧呼吸B.氧化還原反應(yīng)C.無氧發(fā)酵D.甲烷生成（產(chǎn)甲烷作用）5.某些微生物能夠利用無機(jī)化合物（如氫氣、硫化氫）作為電子供體，并利用二氧化碳作為碳源進(jìn)行生長，這種代謝類型稱為？A.化能異養(yǎng)代謝B.光能自養(yǎng)代謝C.化能自養(yǎng)代謝D.厭氧異養(yǎng)代謝6.生物地球化學(xué)循環(huán)中，微生物活動對于將可溶性磷酸鹽轉(zhuǎn)化為植物難以吸收形態(tài)的過程稱為？A.磷酸鹽溶解B.磷酸鹽固定C.磷酸鹽礦化D.磷酸鹽氧化7.影響微生物代謝速率和方向的關(guān)鍵環(huán)境因子通常包括溫度、pH值和？A.水分含量B.氧化還原電位（Eh）C.光照強(qiáng)度D.以上所有8.在全球碳循環(huán)中，海洋浮游植物通過光合作用吸收大氣二氧化碳，其初級生產(chǎn)力受到多種因素的影響，其中微生物的分解作用是重要的限制因素之一。這種分解作用主要是指？A.氧化作用B.還原作用C.分解有機(jī)質(zhì)釋放CO2的過程D.吸收CO2的過程9.厭氧氨氧化（Anammox）過程是某些微生物在低氧條件下將氨氮（NH4+）和亞硝酸鹽氮（NO2-）轉(zhuǎn)化為氮?dú)猓∟2）的過程，這一過程對于哪個生物地球化學(xué)循環(huán)具有重要意義？A.碳循環(huán)B.氮循環(huán)C.硫循環(huán)D.氧循環(huán)10.微生物代謝活動在生物修復(fù)中的應(yīng)用主要包括利用微生物降解環(huán)境中的污染物，這個過程通常被稱為？A.生物強(qiáng)化B.生態(tài)重建C.生物降解D.化學(xué)轉(zhuǎn)化二、填空題（每空2分，共20分。請將答案填寫在橫線上）1.微生物通過________作用將無機(jī)碳（如CO2）同化成有機(jī)碳化合物，是生物地球化學(xué)碳循環(huán)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。2.在微生物的代謝過程中，ATP的合成通常通過________和氧化磷酸化兩種主要方式實(shí)現(xiàn)。3.能夠在極端酸性（低pH）環(huán)境中生存和代謝的微生物被稱為________微生物。4.某些微生物可以利用氧氣作為最終電子受體進(jìn)行有氧呼吸，同時將硫酸鹽還原為硫化物，這個過程稱為________。5.微生物群落對環(huán)境變化的響應(yīng)，不僅體現(xiàn)在群落________的改變上，也體現(xiàn)在功能上的調(diào)整。6.全球氣候變化與生物地球化學(xué)循環(huán)的相互作用密切相關(guān)，其中微生物介導(dǎo)的________和________過程是調(diào)控大氣中溫室氣體濃度的重要因素。7.在土壤生態(tài)系統(tǒng)中，微生物通過________和________等過程，將有機(jī)氮轉(zhuǎn)化為可被植物吸收利用的硝態(tài)氮。8.化能自養(yǎng)微生物通過氧化無機(jī)物（如H2S、NH3）來獲取能量，常見的如________和硫氧化細(xì)菌。三、簡答題（每題5分，共20分）1.簡述化能自養(yǎng)微生物與化能異養(yǎng)微生物在能量來源和碳源利用上的主要區(qū)別。2.比較有氧呼吸和無氧呼吸在能量產(chǎn)生效率上的差異，并簡述其環(huán)境意義。3.簡述微生物在氮循環(huán)中扮演的關(guān)鍵角色，并列舉至少三種不同的氮轉(zhuǎn)化過程。4.環(huán)境因子（如溫度、pH、Eh）如何影響微生物的代謝活性和地球化學(xué)循環(huán)過程？四、論述題（每題10分，共30分）1.論述微生物代謝活動在調(diào)控全球碳循環(huán)中的作用及其對氣候變化的影響。2.結(jié)合具體例子，論述微生物在環(huán)境修復(fù)（如污染治理）中的應(yīng)用潛力及面臨的挑戰(zhàn)。3.闡述微生物群落結(jié)構(gòu)特征與其在生物地球化學(xué)循環(huán)中功能的關(guān)系，并討論研究微生物群落功能的方法。五、計算題（10分）假設(shè)在某個湖泊水體中，進(jìn)行有氧呼吸的異養(yǎng)細(xì)菌每天消耗了100摩爾的氧氣（O2），根據(jù)有氧呼吸的通用反應(yīng)方程式（C6H12O6+6O2→6CO2+6H2O+能量），計算該水體每天通過異養(yǎng)細(xì)菌代謝作用固定了多少摩爾的碳（C6H12O6）？請寫出計算過程。試卷答案一、選擇題1.C2.C3.C4.D5.C6.B7.D8.C9.B10.C二、填空題1.光合作用2.磷酸化3.嗜酸性4.硫酸鹽還原反硝化5.結(jié)構(gòu)6.生物碳匯；生物碳源7.硝化作用；反硝化作用8.化能自養(yǎng)硫細(xì)菌三、簡答題1.解析思路：區(qū)分能量來源（自養(yǎng)：無機(jī)物；異養(yǎng)：有機(jī)物）和碳源利用（自養(yǎng)：CO2；異養(yǎng)：有機(jī)碳化合物）是核心?；茏责B(yǎng)菌利用無機(jī)物（如H2,CO2,H2S）氧化釋放的能量合成有機(jī)物，碳源是CO2?；墚愷B(yǎng)菌利用有機(jī)物（如葡萄糖、有機(jī)酸）氧化釋放的能量合成有機(jī)物，碳源是有機(jī)碳化合物。答案要點(diǎn)：化能自養(yǎng)微生物能量來源于氧化無機(jī)物，碳源為二氧化碳（CO2）；化能異養(yǎng)微生物能量來源于氧化有機(jī)物，碳源為有機(jī)碳化合物。2.解析思路：比較能量產(chǎn)量（ATP分子數(shù)）和效率（能量轉(zhuǎn)化率）。有氧呼吸徹底氧化葡萄糖，產(chǎn)生ATP數(shù)量最多（約30-32ATP）。無氧呼吸（如發(fā)酵）不徹底氧化葡萄糖，產(chǎn)生ATP數(shù)量少（約2ATP）。效率上，有氧呼吸將更多化學(xué)能轉(zhuǎn)化為可利用的ATP能量。答案要點(diǎn)：有氧呼吸產(chǎn)生的ATP數(shù)量遠(yuǎn)多于無氧呼吸，能量轉(zhuǎn)化效率也更高。有氧呼吸徹底氧化有機(jī)物，釋放能量多；無氧呼吸不徹底氧化，能量釋放有限，部分能量儲存在終產(chǎn)物中或以熱能形式散失。3.解析思路：列舉氮循環(huán)中的關(guān)鍵轉(zhuǎn)化步驟及其功能微生物類群。氮循環(huán)包括固氮、氮化物氧化（硝化）、反硝化、厭氧氨氧化、硝酸鹽還原（反硝化）等。每個步驟由特定微生物完成。答案要點(diǎn)：微生物是氮循環(huán)的關(guān)鍵驅(qū)動者。主要角色包括：固氮微生物（如根瘤菌、固氮菌）將N2固定為氨（NH3/NH4+）；硝化細(xì)菌（如亞硝化單胞菌、硝化桿菌）將氨氧化為亞硝酸鹽（NO2-）和硝酸鹽（NO3-）；反硝化細(xì)菌（如假單胞菌）將硝酸鹽還原為N2O或N2；厭氧氨氧化菌將氨和亞硝酸鹽直接轉(zhuǎn)化為N2。4.解析思路：闡述環(huán)境因子如何作為限制因子影響酶活性、代謝途徑選擇和微生物生長。溫度影響酶活性，過高或過低都會降低效率。pH影響酶的質(zhì)子化和去質(zhì)子化狀態(tài)，改變酶活性。Eh（氧化還原電位）決定微生物能否進(jìn)行氧化還原反應(yīng)，影響電子傳遞鏈功能，進(jìn)而影響能量代謝類型（如好氧/厭氧）。答案要點(diǎn)：溫度影響酶活性，過高或過低都不利于代謝。pH影響酶的構(gòu)象和活性。Eh決定了電子傳遞方向和能量代謝類型（好氧/厭氧）。這些因子共同作用，影響微生物群落結(jié)構(gòu)和功能，進(jìn)而調(diào)控地球化學(xué)循環(huán)速率和方向。四、論述題1.解析思路：結(jié)合碳循環(huán)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)（光合作用、呼吸作用、分解作用、碳匯、碳源）闡述微生物的作用。指出微生物通過光合作用（光能自養(yǎng)菌）固定CO2，通過呼吸作用（異養(yǎng)菌和自養(yǎng)菌）釋放CO2。分解者（異養(yǎng)菌）分解有機(jī)碳，釋放CO2，是碳循環(huán)的重要環(huán)節(jié)。土壤微生物活動影響碳的固存（如形成生物炭）。微生物群落結(jié)構(gòu)和功能變化對全球碳平衡有顯著影響，進(jìn)而影響氣候。答案要點(diǎn)：微生物通過光合作用和呼吸作用參與碳循環(huán)。分解者微生物分解有機(jī)碳，釋放CO2，影響大氣CO2濃度。土壤微生物活動（如形成生物炭）促進(jìn)碳封存。微生物群落結(jié)構(gòu)變化影響碳循環(huán)速率，是氣候變化的敏感指示器和重要反饋因子。2.解析思路：談及微生物修復(fù)的原理（利用微生物代謝降解污染物）和主要類型（好氧降解、厭氧降解、共代謝）。列舉實(shí)例（如降解石油烴、氯代有機(jī)物、重金屬）。討論挑戰(zhàn)（污染物毒性、生物可降解性差、條件控制難、處理周期長、二次污染風(fēng)險）。答案要點(diǎn)：微生物修復(fù)利用微生物的代謝能力降解環(huán)境污染物。主要類型包括好氧生物降解、厭氧生物降解和利用外加底物的共代謝。實(shí)例：降解石油泄漏物、農(nóng)藥、染料等。挑戰(zhàn)：污染物結(jié)構(gòu)毒性、難降解性、處理條件要求苛刻、效果評估和控制難度大。3.解析思路：闡述微生物群落結(jié)構(gòu)（物種組成、豐度、多樣性、相互作用）與其功能的關(guān)系（功能冗余、功能補(bǔ)償、協(xié)同效應(yīng)）。指出功能可以通過群落特征（如特定功能基因豐度）來表征。討論研究方法：高通量測序技術(shù)（評估群落組成和功能基因潛力）、穩(wěn)定同位素技術(shù)（追蹤元素代謝途徑）、微宇宙實(shí)驗（研究功能實(shí)現(xiàn)條件）。答案要點(diǎn)：微生物群落結(jié)構(gòu)決定其整體功能。功能可以通過群落組成體現(xiàn)，但結(jié)構(gòu)相似不一定功能相似。研究方法包括高通量測序評估功能潛力、同位素示蹤追蹤代謝過程、微宇宙實(shí)驗研究功能實(shí)現(xiàn)條件。五、計算題解析思路：根據(jù)有氧呼吸化學(xué)方程式，1摩爾葡萄糖消耗6摩爾氧氣。計算消耗的葡萄糖摩爾數(shù)，再根據(jù)題目要求計算固定的碳（葡萄糖）摩爾數(shù)。計算過程：1.寫出有氧呼吸反應(yīng)方程式：C6H12O6+6O2→6CO2+6H2O+能量2.根據(jù)方程式，消耗6摩爾O2對應(yīng)消耗1摩爾C6H12O6。3.題目給出消耗了100摩爾O2。4.消耗的葡萄糖摩爾數(shù)