2025年大學《地球化學》專業(yè)題庫——微生物地球化學循環(huán)過程與機制考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共20分。請將正確選項字母填入括號內(nèi)。）1.在缺氧環(huán)境下，將硫酸鹽還原成硫化物的微生物過程稱為？A.硝化作用B.反硝化作用C.硫酸鹽還原作用D.固氮作用2.下列哪種微生物代謝類型主要通過光合作用固定無機碳？A.化能自養(yǎng)菌B.化能異養(yǎng)菌C.光能自養(yǎng)菌D.光能異養(yǎng)菌3.微生物產(chǎn)生的胞外聚合物（EPS）在地球化學過程中主要作用之一是？A.直接氧化還原金屬元素B.促進營養(yǎng)物質(zhì)在生物膜內(nèi)循環(huán)C.作為電子傳遞的橋梁D.阻止元素在生物膜內(nèi)外遷移4.以下哪個元素循環(huán)主要受氮固定和反硝化作用等微生物過程的高度控制？A.碳循環(huán)B.硫循環(huán)C.氮循環(huán)D.磷循環(huán)5.在土壤和水體中，將氨氮（NH??）氧化成亞硝酸鹽（NO??）的過程主要是由哪種微生物類群完成的？A.硝化細菌/古菌（AOB/AOA）B.反硝化細菌C.厭氧氨氧化菌D.硫酸鹽還原菌6.全球碳循環(huán)中，海洋浮游微生物通過光合作用固定的碳，大部分最終去向是？A.被海洋動物攝食并進入食物鏈B.通過微生物分解作用釋放回大氣C.沉降到深海沉積物中成為有機碳庫D.被海洋魚類帶到近岸海域7.穩(wěn)定同位素技術(shù)常用于追蹤微生物地球化學過程，例如使用δ13C值可以區(qū)分哪種代謝類型的微生物？A.化能自養(yǎng)與化能異養(yǎng)B.光能自養(yǎng)與化能自養(yǎng)C.光能異養(yǎng)與化能異養(yǎng)D.好氧與厭氧微生物8.在厭氧條件下，硫酸鹽（SO?2?）還原為硫化物（S2?）的過程會改變沉積物的氧化還原電位（Eh）？A.向更正極方向移動B.向更負極方向移動C.不發(fā)生明顯變化D.只在特定金屬硫化物存在時才改變9.下列哪項不是影響土壤中氮循環(huán)速率的主要環(huán)境因素？A.溫度B.土壤水分含量C.土壤有機質(zhì)含量D.土壤的磁化率10.宏基因組學研究的對象是樣品中所有微生物的總基因集合，其主要優(yōu)勢在于？A.可以直接測定微生物個體功能B.能夠揭示樣品中潛在的生命活動，即使微生物無法培養(yǎng)C.只能研究光合細菌D.可以精確計算微生物的細胞數(shù)量二、填空題（每空1分，共15分。請將正確答案填入橫線上。）1.微生物通過__________作用，將大氣中的氮氣（N?）轉(zhuǎn)化為可被生物利用的含氮化合物。2.在反硝化過程中，亞硝酸鹽（NO??）被進一步還原，最終產(chǎn)物可以是氮氣（N?）或一氧化二氮（__________）。3.能夠在極端pH（高酸或高堿）環(huán)境下生存和代謝的微生物稱為__________微生物。4.微生物介導(dǎo)的__________是土壤和沉積物中磷循環(huán)的關(guān)鍵過程之一，許多細菌和真菌參與其中。5.在光合作用中，水（H?O）被氧化釋放氧氣（O?），同時產(chǎn)生的氫原子用于還原二氧化碳（CO?），這一過程與地球大氣__________的形成密切相關(guān)。6.控制微生物地球化學循環(huán)速率的環(huán)境因子除了溫度、pH和氧化還原電位外，還包括__________、光照和營養(yǎng)物質(zhì)有效性等。7.利用__________技術(shù)可以對微生物群落進行物種鑒定和豐度分析，無需進行微生物培養(yǎng)。8.某些微生物能夠通過氧化無機硫化物（如FeS、MnS）或還原有機硫化物來獲取能量，這些過程對地球化學中的__________循環(huán)具有重要影響。9.在缺氧水生環(huán)境中，鐵（Fe）通常以__________形態(tài)存在，而好氧環(huán)境下則主要是Fe3?形態(tài)。10.微生物產(chǎn)生的__________可以包裹礦物顆粒，改變礦物表面性質(zhì)，影響元素的吸附和溶解。三、名詞解釋（每題5分，共20分。請給出每個名詞的準確定義。）1.化能自養(yǎng)2.硝化作用3.微生物介導(dǎo)的礦物溶解4.宏轉(zhuǎn)錄組學四、簡答題（每題7分，共21分。請簡要回答下列問題。）1.簡述硝化作用過程中的兩個主要步驟及其參與的微生物類群。2.解釋微生物如何在缺氧環(huán)境中完成碳的固定和氧化過程。3.比較光能自養(yǎng)微生物和化能自養(yǎng)微生物在獲取能量和固定碳方面的主要區(qū)別。五、論述題（每題13分，共26分。請結(jié)合實例或原理，深入論述下列問題。）1.論述溫度和氧化還原電位（Eh）如何共同影響微生物群落結(jié)構(gòu)和地球化學循環(huán)的速率。2.結(jié)合具體元素循環(huán)的實例，闡述現(xiàn)代微生物地球化學研究方法（如穩(wěn)定同位素、分子生物學技術(shù)）在理解微生物驅(qū)動地球化學過程中的作用和意義。試卷答案一、選擇題1.C2.C3.B4.C5.A6.C7.B8.B9.D10.B二、填空題1.固氮2.N?O3.極端4.磷礦溶解5.氧氣6.氧氣7.16S/18SrRNA基因測序8.硫9.Fe2?10.胞外聚合物（EPS）三、名詞解釋1.化能自養(yǎng)：指某些微生物利用無機物質(zhì)的氧化釋放的能量，來合成有機物，并利用二氧化碳（CO?）或碳酸鹽作為碳源的自養(yǎng)代謝類型。2.硝化作用：指將氨氮（NH??）氧化成亞硝酸鹽（NO??），然后再氧化成硝酸鹽（NO??）的兩個連續(xù)過程的總稱。主要由硝化細菌和硝化古菌完成。3.微生物介導(dǎo)的礦物溶解：指微生物通過分泌有機酸、酶或其他代謝產(chǎn)物，或者通過改變細胞膜電位等方式，加速或促進巖石、礦物中元素（尤其是常量或微量元素）的溶解過程。4.宏轉(zhuǎn)錄組學：指對環(huán)境樣品中所有微生物轉(zhuǎn)錄出的RNA（主要是mRNA）進行高通量測序，以研究特定條件下微生物群落的功能活性、基因表達規(guī)律和代謝過程的一種研究技術(shù)。四、簡答題1.硝化作用包括兩個主要步驟：第一步，氨氮（NH??）在亞硝化細菌（如Nitrosomonas,AOB）或亞硝化古菌（如Nitrosopumilus,AOA）中，被氧化成亞硝酸鹽（NO??），同時釋放出氫離子（H?）。第二步，亞硝酸鹽（NO??）在硝化細菌（如Nitrobacter,NOB）中，被進一步氧化成硝酸鹽（NO??），同時釋放出氣體氮（N?O）。這兩個步驟是地球化學氮循環(huán)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，且通常是限速步驟。2.在缺氧環(huán)境中，微生物主要依靠氧化還原電位較低的化合物來獲取能量，從而完成碳的固定和氧化。例如，一些厭氧光合細菌（如綠硫細菌、綠非硫細菌）利用光能，在無氧條件下（如黑暗的深水環(huán)境）氧化硫化氫（H?S）或硫磺（S）等還原性無機物，產(chǎn)生氧氣或硫酸鹽作為電子受體，同時將二氧化碳（CO?）還原成有機物（如甲烷CH?或乙酸CH?COOH）。3.光能自養(yǎng)微生物（如光合細菌、藍細菌）利用光能作為直接能源，并將無機碳（主要是CO?）固定成有機物?；茏责B(yǎng)微生物則利用無機物（如H?,H?S,CO,NO??等）氧化釋放的能量作為能源，同樣將無機碳（主要是CO?）固定成有機物。主要區(qū)別在于能量來源不同：前者是光能，后者是無機化學能。五、論述題1.溫度是影響微生物生長代謝速率和酶活性的關(guān)鍵因素。通常在一定范圍內(nèi)，溫度升高，微生物代謝速率加快，地球化學循環(huán)速率也相應(yīng)提高；超過最適溫度，酶變性失活，代謝速率急劇下降。氧化還原電位（Eh）反映了環(huán)境中的電子得失狀態(tài)，直接決定了哪些氧化還原反應(yīng)可以發(fā)生。不同的微生物類群適應(yīng)不同的Eh環(huán)境，并參與特定的氧化還原反應(yīng)。例如，硫酸鹽還原菌在Eh較低的厭氧環(huán)境中活動，將SO?2?還原為S2?；好氧微生物則在Eh較高的環(huán)境中活動，進行有機物氧化或無機物氧化。因此，溫度和Eh共同決定了哪些微生物能夠存活和活動，以及它們能進行哪些地球化學過程，從而共同調(diào)控了循環(huán)的速率和方向。例如，在溫暖且Eh較高的土壤表層，硝化作用可能占主導(dǎo)；而在寒冷且Eh較低的沉積物深處，硫酸鹽還原作用可能更為活躍。2.現(xiàn)代微生物地球化學研究方法在理解微生物驅(qū)動的地球化學循環(huán)中發(fā)揮著不可替代的作用。穩(wěn)定同位素技術(shù)（如δ13C,δ1?N,δ33S等）通過分析生物體或其代謝產(chǎn)物中的同位素比率差異，可以追蹤元素的來源、遷移路徑和轉(zhuǎn)化過程。例如，通過測定不同微生物群落或其形成的礦物中的碳同位素組成，可以區(qū)分光合作用、化能自養(yǎng)作用或不同類型有機物分解對碳循環(huán)的貢獻。分子生物學技術(shù)（如宏基因組學、宏轉(zhuǎn)錄組學、宏蛋白質(zhì)組學）則允許研究人員在不培養(yǎng)微生物的情況下，直接研究樣品中所有微生物的遺傳物質(zhì)或功能分