2025年大學(xué)《資源化學(xué)》專業(yè)題庫——微生物化學(xué)的研究方向考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每小題2分，共20分。請將正確選項的字母填在括號內(nèi)。）1.下列哪一項不屬于微生物化學(xué)的主要研究范疇？A.微生物的代謝途徑與酶學(xué)B.微生物在環(huán)境元素循環(huán)中的作用C.化學(xué)合成方法在生物制品制造中的應(yīng)用D.微生物對重金屬污染的降解機制2.在資源化學(xué)領(lǐng)域，利用微生物降解植物細胞壁的主要代謝途徑是？A.三羧酸循環(huán)（Krebscycle）B.乙酰輔酶A途徑C.木質(zhì)素降解途徑（如解聚酶系統(tǒng)）D.光合作用3.生物浸礦（Bioleaching）中，參與硫化物氧化并產(chǎn)生大量鐵離子的微生物主要是？A.乳酸菌B.硝化細菌C.硫酸鹽還原菌D.硫桿菌屬（如*Thiobacillus*）4.下列哪種微生物過程在污水處理中主要去除氮污染物？A.化學(xué)沉淀B.氧化還原反應(yīng)C.硝化作用與反硝化作用D.吸附作用5.微生物產(chǎn)生的抗生素等次級代謝產(chǎn)物，其主要生理功能通常不包括？A.營養(yǎng)競爭B.能量儲存C.防御共生體D.維持細胞結(jié)構(gòu)6.將微生物固定化后用于資源轉(zhuǎn)化或環(huán)境修復(fù)，其主要優(yōu)勢之一是？A.降低微生物成本B.提高微生物穩(wěn)定性與重復(fù)使用性C.加快微生物生長速率D.增加微生物產(chǎn)量7.微生物合成生物學(xué)在資源化學(xué)中的潛在應(yīng)用不包括？A.設(shè)計微生物高效降解特定污染物B.構(gòu)建微生物工廠生產(chǎn)生物基化學(xué)品C.實現(xiàn)對礦物資源的物理分離D.培育抗逆性強的微生物菌株8.在土壤中，微生物通過哪些過程影響磷的有效性？A.溶磷作用（PhosphateSolubilization）B.磷酸鹽吸附C.氧化還原反應(yīng)D.上述所有過程9.微生物介導(dǎo)的碳循環(huán)中，將二氧化碳固定為有機物的過程主要是？A.氧化作用B.還原作用C.光合作用或化能合成作用D.裂解作用10.下列哪項技術(shù)通常不直接應(yīng)用于利用微生物進行金屬提??？A.生物浸礦B.微生物電化學(xué)系統(tǒng)（MES）C.物理沉淀法D.厭氧消化二、填空題（每空1分，共15分。請將答案填在橫線上。）1.微生物化學(xué)是研究微生物的__代謝__、__合成__及其與環(huán)境化學(xué)物質(zhì)相互作用規(guī)律的學(xué)科。2.利用微生物或其酶制劑進行資源轉(zhuǎn)化和利用的技術(shù)統(tǒng)稱為__生物轉(zhuǎn)化__技術(shù)。3.在厭氧條件下，硫酸鹽還原菌可以將硫酸鹽最終還原為__硫化氫__。4.微生物在環(huán)境中的__生物地球化學(xué)循環(huán)__中扮演著關(guān)鍵的轉(zhuǎn)化角色。5.許多抗生素屬于微生物的__次級代謝產(chǎn)物__。6.固定化微生物的技術(shù)方法包括吸附法、包埋法、__化學(xué)交聯(lián)法__和酶固定法等。7.微生物化學(xué)研究的熱點問題之一是利用微生物__合成生物學(xué)__解決能源和環(huán)境挑戰(zhàn)。8.硝化作用是指氨氮在特定微生物作用下轉(zhuǎn)化為__硝酸鹽__的過程。9.微生物可以降解多種環(huán)境污染物，如__多氯聯(lián)苯__（PCBs）和__持久性有機污染物__（POPs）。10.微生物礦冶中，鐵細菌和硫細菌能夠氧化還原離子，維持礦漿的氧化還原電位。三、名詞解釋（每小題3分，共15分。請給出精準的定義。）1.自養(yǎng)微生物（Autotrophicmicroorganism）2.生物浸礦（Bioleaching）3.次級代謝產(chǎn)物（Secondarymetabolite）4.微生物固定化（Microbialimmobilization）5.生物地球化學(xué)循環(huán)（Biogeochemicalcycle）四、簡答題（每小題5分，共20分。請簡潔明了地回答問題。）1.簡述微生物在土壤氮循環(huán)中發(fā)揮的兩種關(guān)鍵作用。2.簡述利用微生物技術(shù)處理有機廢水的基本原理。3.簡述微生物合成生物學(xué)在開發(fā)新型生物催化劑方面的優(yōu)勢。4.簡述硫酸鹽還原菌在厭氧環(huán)境中對環(huán)境可能產(chǎn)生的危害。五、論述題（每小題10分，共30分。請結(jié)合所學(xué)知識，深入分析并闡述。）1.論述微生物化學(xué)在生物能源開發(fā)（如生物乙醇、生物氫）中的應(yīng)用潛力和面臨的挑戰(zhàn)。2.論述微生物化學(xué)在環(huán)境修復(fù)領(lǐng)域（如重金屬污染治理、有機物降解）的重要性，并舉例說明。3.結(jié)合資源化學(xué)專業(yè)背景，論述加強微生物化學(xué)相關(guān)研究對促進可持續(xù)發(fā)展的意義。試卷答案一、選擇題1.C2.C3.D4.C5.B6.B7.C8.A9.C10.C二、填空題1.代謝，合成2.生物轉(zhuǎn)化3.硫化氫4.生物地球化學(xué)循環(huán)5.次級代謝產(chǎn)物6.化學(xué)交聯(lián)法7.合成生物學(xué)8.硝酸鹽9.多氯聯(lián)苯，持久性有機污染物10.氧化還原離子三、名詞解釋1.自養(yǎng)微生物：指能夠利用無機物質(zhì)（如二氧化碳或硫化氫）作為碳源，并利用無機能源（如光能或化學(xué)能）進行生長和繁殖的微生物。2.生物浸礦：指利用微生物的代謝活動來溶解和提取礦石中有價金屬的過程，常用于低品位礦石的開發(fā)。3.次級代謝產(chǎn)物：指微生物在生長后期才開始合成的一類代謝產(chǎn)物，通常不直接參與細胞生長、繁殖等基本生命活動，但具有多種生理功能，如抗生素、毒素、色素等。4.微生物固定化：指將微生物或其酶固定在特定的載體上，使其保持生物活性，并可以重復(fù)使用的技術(shù)方法。5.生物地球化學(xué)循環(huán)：指化學(xué)元素在生物圈、巖石圈、水圈和大氣圈之間進行遷移和循環(huán)的過程，微生物在其中發(fā)揮著關(guān)鍵的轉(zhuǎn)化作用。四、簡答題1.微生物在土壤氮循環(huán)中發(fā)揮的關(guān)鍵作用包括：*硝化作用：某些微生物（如亞硝化單胞菌和硝化桿菌）將土壤中的氨氮（NH??）氧化為亞硝酸鹽（NO??），再進一步氧化為硝酸鹽（NO??）。這個過程將氮素轉(zhuǎn)化為植物更容易吸收利用的形式，但硝酸鹽也容易流失。*反硝化作用：在厭氧條件下，反硝化細菌（如*Pseudomonas*屬）將硝酸鹽（NO??）還原為氮氣（N?）等氣態(tài)氮，從而將氮素返回到大氣中，減少了土壤氮素的有效性。2.利用微生物技術(shù)處理有機廢水的基本原理是：*利用能降解有機污染物的微生物，在適宜的條件下（如溫度、pH、營養(yǎng)鹽等）對廢水中的有機物進行分解和轉(zhuǎn)化。*微生物通過代謝活動，將復(fù)雜的有機大分子（如COD、BOD）分解為簡單的無機物（如CO?、H?O、NH??）或更簡單的有機物，從而降低廢水的污染物濃度，使其達到排放標(biāo)準或回用要求。*常見工藝如活性污泥法、生物膜法等，都是基于這個原理。3.微生物合成生物學(xué)在開發(fā)新型生物催化劑（酶）方面的優(yōu)勢：*定向改造：可以基于已有的微生物酶基因，通過基因編輯、蛋白質(zhì)工程等技術(shù)，對酶的結(jié)構(gòu)進行定向改造，提高其催化效率（kcat/KM）、穩(wěn)定性、底物特異性或改變最適條件（溫度、pH）。*發(fā)掘新酶源：可以利用宏基因組學(xué)等手段，從極端環(huán)境（如熱泉、深海）中發(fā)掘具有獨特功能的酶，并通過合成生物學(xué)技術(shù)將其應(yīng)用于更廣泛的領(lǐng)域。*降低成本：通過優(yōu)化微生物表達系統(tǒng)，提高目標(biāo)酶的產(chǎn)量，并探索利用廉價底物發(fā)酵生產(chǎn)酶，降低生物催化劑的成本。*綠色環(huán)保：酶催化反應(yīng)通常條件溫和（常溫常壓）、特異性高，且可生物降解，符合綠色化學(xué)的理念。4.硫酸鹽還原菌（SRB）在厭氧環(huán)境中可能產(chǎn)生的危害：*產(chǎn)生硫化氫（H?S）：SRB將硫酸鹽（SO?2?）還原為硫化氫（H?S）。H?S具有臭雞蛋氣味，有劇毒，不僅污染環(huán)境，還對人體健康和設(shè)備造成危害。*造成金屬設(shè)備腐蝕：H?S具有強還原性，能與金屬（如鐵、鋼、銅等）反應(yīng)，生成硫化亞鐵（FeS）等黑色腐蝕產(chǎn)物，加速金屬設(shè)備的腐蝕，縮短設(shè)備使用壽命，尤其是在厭氧的腐蝕環(huán)境中（如陰極保護下的管道）。*堵塞管道和設(shè)備：生成的硫化物（特別是FeS）是疏松或細小的固體，容易在管道、設(shè)備內(nèi)壁沉積、堆積，導(dǎo)致管道堵塞或設(shè)備運行不暢。五、論述題1.微生物化學(xué)在生物能源開發(fā)中的應(yīng)用潛力和面臨的挑戰(zhàn)：*潛力：*生物質(zhì)轉(zhuǎn)化：利用微生物（如酵母、細菌、真菌）及其酶系，高效、綠色地將農(nóng)林廢棄物（如纖維素、半纖維素、木質(zhì)素）等可再生資源轉(zhuǎn)化為乙醇、丁醇、生物柴油、氫氣、甲烷（生物天然氣）等生物能源。例如，利用纖維素降解菌預(yù)處理秸稈，再用酵母發(fā)酵產(chǎn)乙醇。*CO?減排利用：利用光合微生物或化能自養(yǎng)微生物，通過光合作用或化能合成作用將大氣中的CO?固定并轉(zhuǎn)化為生物質(zhì)或能源產(chǎn)品（如生物乙醇、生物甲烷），有助于緩解溫室效應(yīng)。*生產(chǎn)氫能：利用厭氧微生物（產(chǎn)氫菌）在發(fā)酵過程中產(chǎn)生氫氣，或利用光能微生物（綠硫細菌、藍細菌）在光照下產(chǎn)生氫氣。*挑戰(zhàn)：*效率問題：將廉價、豐富的生物質(zhì)資源（特別是木質(zhì)纖維素）高效、低成本地轉(zhuǎn)化為能源產(chǎn)品的效率仍有待提高。*經(jīng)濟性：目前許多微生物能源生產(chǎn)技術(shù)（如生物乙醇）的規(guī)?；a(chǎn)成本仍然較高，與化石能源競爭面臨壓力。*原料預(yù)處理：生物質(zhì)資源結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需要高效的預(yù)處理技術(shù)（如酸堿處理、酶處理）去除抑制物，這會增加成本和能耗。*工程菌構(gòu)建與調(diào)控：構(gòu)建高效、穩(wěn)定的工業(yè)微生物菌株，并進行有效的過程調(diào)控，以實現(xiàn)高產(chǎn)目標(biāo)產(chǎn)物，是重要的技術(shù)瓶頸。*可持續(xù)性：部分能源生產(chǎn)過程可能涉及能源密集型步驟，以及土地使用變化等問題，需要綜合考慮其環(huán)境可持續(xù)性。2.微生物化學(xué)在環(huán)境修復(fù)領(lǐng)域的重要性，并舉例說明：*重要性：*高效降解污染物：微生物具有強大的代謝多樣性和適應(yīng)性，能夠降解多種難以降解的有機污染物（如石油烴、多氯聯(lián)苯、農(nóng)藥、藥物殘留等）和無機污染物（如重金屬離子），將其轉(zhuǎn)化為無害或低毒的物質(zhì)。*環(huán)境友好：微生物修復(fù)技術(shù)通常操作簡單、成本低廉、環(huán)境友好，符合可持續(xù)發(fā)展的要求，尤其適用于大面積、低濃度污染物的修復(fù)。*原位修復(fù)：許多微生物修復(fù)技術(shù)可以在污染現(xiàn)場進行（原位修復(fù)），避免了污染物轉(zhuǎn)移和二次污染的風(fēng)險。*處理復(fù)合污染：微生物能夠協(xié)同作用，處理多種污染物混合的復(fù)雜環(huán)境問題。*舉例說明：*石油污染土壤修復(fù)：利用能降解石油烴的微生物（如假單胞菌屬*Pseudomonas*、芽孢桿菌屬*Bacillus*等），通過生物淋濾（將微生物引入土壤孔隙水中降解）、生物堆肥（將污染土壤與有機物料混合培養(yǎng)）、生物修復(fù)（種植能降解石油的植物）等技術(shù)，降低土壤中石油烴的含量。*水體富營養(yǎng)化治理：利用光合微生物（如藍藻、綠藻）吸收水體中的氮（N）、磷（P），或利用反硝化細菌、聚磷菌等去除廢水中的氮磷，控制藻類過度生長，改善水體水質(zhì)。*重金屬污染治理：利用能耐受并積累重金屬的微生物（如硫酸鹽還原菌、假單胞菌等），通過生物吸附（吸附重金屬）、生物積累（將重金屬富集在微生物體內(nèi)）、生物提純（轉(zhuǎn)化或浸出重金屬）等技術(shù)，降低環(huán)境中的重金屬污染水平。3.結(jié)合資源化學(xué)專業(yè)背景，論述加強微生物化學(xué)相關(guān)研究對促進可持續(xù)發(fā)展的意義：*資源高效利用與循環(huán)經(jīng)濟：微生物化學(xué)研究有助于開發(fā)高效、綠色的生物轉(zhuǎn)化技術(shù)，將傳統(tǒng)化學(xué)難以利用的廢棄物（如農(nóng)業(yè)廢棄物、工業(yè)副產(chǎn)物、生活垃圾等）轉(zhuǎn)化為有價值的化學(xué)品、燃料或能源，實現(xiàn)資源的循環(huán)利用，減少對原生資源的依賴，符合可持續(xù)發(fā)展的資源節(jié)約原則。*環(huán)境友好型材料與能源開發(fā)：基于微生物化學(xué)的合成生物學(xué)，可以設(shè)計微生物工廠生產(chǎn)生物基高分子材料（替代塑料）、生物能源（替代化石能源），以及環(huán)境友好的生物催化劑和生物溶劑，減少對環(huán)境有害的化學(xué)品的依賴，推動綠色化學(xué)和可持續(xù)工業(yè)的發(fā)展。*環(huán)境污染控制與生態(tài)修復(fù)：微生物化學(xué)在環(huán)境修復(fù)中的應(yīng)用，能夠有效治理由資源開采、化學(xué)工業(yè)