2025年大學(xué)《大氣科學(xué)》專業(yè)題庫——大氣環(huán)境中的微生物生態(tài)學(xué)研究考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、名詞解釋（每題3分，共15分）1.Bioaerosol2.Microbialviability3.Endospore4.Atmosphericprocessing5.Microbialindicator二、簡答題（每題5分，共25分）1.簡述影響大氣中微生物存活的關(guān)鍵環(huán)境因子。2.大氣微生物如何適應(yīng)大氣環(huán)境中的極端干燥條件？3.水汽在云/霧環(huán)境中促進(jìn)微生物生存和傳播方面扮演著怎樣的角色？4.簡述微生物參與大氣氧化還原過程的一個(gè)實(shí)例。5.列舉三種常用的采樣大氣微生物的方法，并簡述其原理。三、論述題（每題10分，共30分）1.論述大氣微生物群落結(jié)構(gòu)如何受到大氣物理化學(xué)因子的綜合影響。2.結(jié)合具體實(shí)例，論述大氣微生物活動(dòng)對(duì)空氣質(zhì)量的影響及其潛在應(yīng)用價(jià)值。3.評(píng)述當(dāng)前研究大氣微生物生態(tài)學(xué)面臨的主要挑戰(zhàn)以及可能的發(fā)展方向。試卷答案一、名詞解釋1.Bioaerosol:指懸浮于大氣中的微小生物顆粒，包括細(xì)菌、真菌、病毒、藻類、花粉、孢子等。**解析思路：*定義需要包含兩個(gè)核心要素：一是主體是“生物”，二是載體是“大氣”（懸浮顆粒）。2.Microbialviability:指微生物在特定環(huán)境中表現(xiàn)出生命活動(dòng)的能力，如生長、代謝等，通常通過特定指標(biāo)（如活菌計(jì)數(shù)）來評(píng)估。**解析思路：*定義需強(qiáng)調(diào)“生命活動(dòng)能力”而非僅僅是存在，并指出評(píng)估方式通常與“活菌”相關(guān)。3.Endospore:一些細(xì)菌在不利環(huán)境下形成的一種休眠結(jié)構(gòu)，具有極強(qiáng)的抗逆性（如耐熱、耐干旱、耐輻射、耐化學(xué)消毒劑）。**解析思路：*關(guān)鍵在于識(shí)別這是細(xì)菌的“休眠結(jié)構(gòu)”，并強(qiáng)調(diào)其核心特征是“極強(qiáng)的抗逆性”。4.Atmosphericprocessing:指微生物（或其組分）在大氣環(huán)境中經(jīng)歷的各種物理和化學(xué)變化過程，如干燥、輻射損傷、氧化、與其他大氣成分的相互作用等。**解析思路：*定義需涵蓋“微生物（或組分）”作為主體，以及“大氣環(huán)境”作為場所，核心是“物理和化學(xué)變化過程”的集合。5.Microbialindicator:指利用某些微生物（通常是易于檢測的微生物類群）的存在與否或數(shù)量變化來指示特定環(huán)境狀況（如空氣潔凈度、水體污染程度）的生物標(biāo)志物。**解析思路：*定義需點(diǎn)明微生物是“指示物”，其作用是“指示特定環(huán)境狀況”，并暗示了選擇這類微生物的原因（易于檢測）。二、簡答題1.影響大氣中微生物存活的關(guān)鍵環(huán)境因子包括：相對(duì)濕度（水分是微生物生存和代謝的必需品，但過高或過低都不利）、溫度（影響酶活性和代謝速率）、紫外線輻射（尤其是UV-B，具有強(qiáng)的殺菌作用）、大氣氧化性物質(zhì)（如臭氧、羥基自由基，能氧化破壞細(xì)胞膜和核酸）、大氣顆粒物（可作為附著表面，提供微環(huán)境，但也可能阻礙陽光）、氣流速度（影響水分蒸發(fā)和物質(zhì)交換）。**解析思路：*回答需全面覆蓋核心環(huán)境因子，并簡要說明其影響機(jī)制。從水分、溫度這兩大基本生命需求因子入手，再補(bǔ)充輻射、氧化性、顆粒物、氣流等影響生存條件的環(huán)境因素。2.大氣微生物適應(yīng)極端干燥條件的主要策略包括：進(jìn)入休眠狀態(tài)（如形成內(nèi)孢子），顯著降低代謝活動(dòng)，以減少水分消耗；在細(xì)胞表面形成保護(hù)層（如莢膜、黏液），減少水分蒸發(fā)；通過細(xì)胞膜或細(xì)胞壁的調(diào)節(jié)，維持細(xì)胞內(nèi)水分平衡；部分微生物能利用空氣中的水汽（吸附或吸收）；依附于大氣顆粒物表面，這些顆粒物能提供相對(duì)穩(wěn)定的微濕環(huán)境。**解析思路：*重點(diǎn)在于提出“適應(yīng)策略”，并解釋其原理。需涵蓋個(gè)體（休眠、結(jié)構(gòu)保護(hù)）和群體/環(huán)境（依附顆粒物）層面上的應(yīng)對(duì)機(jī)制。3.水汽在云/霧環(huán)境中促進(jìn)微生物生存和傳播方面扮演著重要角色：云/霧液滴為微生物提供了必需的水分和一定的營養(yǎng)（溶解的離子、有機(jī)物），使其能夠恢復(fù)代謝活性甚至生長繁殖；液滴表面可作為微生物附著的基質(zhì)，促進(jìn)微生物聚集形成生物膜；水滴的碰撞、融合和蒸發(fā)過程可能導(dǎo)致微生物在云/霧中發(fā)生混合和長距離傳輸，甚至在液滴蒸發(fā)時(shí)將微生物氣溶膠化，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離擴(kuò)散。**解析思路：*從“提供水分和營養(yǎng)”、“作為附著基質(zhì)”、“促進(jìn)混合與傳輸/氣溶膠化”三個(gè)角度闡述水汽的作用，并結(jié)合云/霧的物理過程（碰撞、蒸發(fā)）來解釋。4.微生物參與大氣氧化還原過程的實(shí)例：例如，好氧細(xì)菌和真菌可以利用大氣中的氧氣（O?）作為末端電子受體，通過有氧呼吸過程將大氣中的揮發(fā)性有機(jī)物（VOCs）或氮氧化物（NOx）等氧化分解。反之，一些厭氧或兼性厭氧微生物可以在特定條件下（如水體或土壤與大氣界面）利用還原性氣體（如甲烷CH?、氨NH?、硫化氫H?S）作為電子供體，參與大氣成分的循環(huán)和轉(zhuǎn)化，或產(chǎn)生溫室氣體。**解析思路：*選擇一個(gè)具體的氧化還原反應(yīng)類型（如好氧降解），明確指出微生物的作用（氧化劑/還原劑提供者），并給出反應(yīng)物（VOCs,NOx,CH?等）和產(chǎn)物（CO?,H?O,NO??等）的例子，體現(xiàn)微生物對(duì)大氣化學(xué)平衡的影響。5.常用的采樣大氣微生物的方法及其原理：①撞擊式采樣（ImpingementSampling）：利用高速氣流將空氣中的顆粒物撞擊到收集介質(zhì)（如瓊脂平板、濾膜）上。原理是基于顆粒物的慣性，氣流速度越高，撞擊收集的顆粒物粒徑通常越大。②濾膜采樣（FilterSampling）：讓空氣通過具有特定孔徑的濾膜，將顆粒物截留在濾膜表面。原理是篩分效應(yīng)，可根據(jù)濾膜材質(zhì)和孔徑選擇捕獲不同大小或性質(zhì)的顆粒物。③主動(dòng)采樣（ActiveSampling）：使用真空泵或抽氣裝置主動(dòng)吸引空氣通過采樣器，可精確控制采樣流量和采樣時(shí)間，適用于低濃度或遠(yuǎn)距離傳輸樣品的采集。原理是克服空氣阻力，確保空氣按設(shè)定條件通過采樣頭。**解析思路：*列舉三種主流方法，每種方法都要說明其操作方式和核心原理（如何實(shí)現(xiàn)采樣）。撞擊式強(qiáng)調(diào)“慣性”，濾膜強(qiáng)調(diào)“篩分”，主動(dòng)采樣強(qiáng)調(diào)“主動(dòng)吸引/控制條件”。三、論述題1.大氣微生物群落結(jié)構(gòu)受到大氣物理化學(xué)因子的綜合影響，呈現(xiàn)出明顯的時(shí)空異質(zhì)性。相對(duì)濕度是關(guān)鍵因子，它不僅直接決定水分限制程度，影響微生物的存活和代謝，還與溫度、大氣壓力等共同決定云、霧、冰晶等氣溶膠形態(tài)的存在，而這些水相載體為微生物提供了生存和繁殖的“微生態(tài)位”。溫度直接影響微生物酶活性和生長速率，塑造了不同緯度、海拔和垂直高度上的微生物群落組成差異。紫外線輻射（特別是UV-B）是強(qiáng)大的選擇壓力，對(duì)微生物的DNA和蛋白質(zhì)造成損傷，使得具有高效修復(fù)機(jī)制或能形成抗性形態(tài)（如孢子）的微生物在陽光強(qiáng)烈的環(huán)境中具有優(yōu)勢。大氣化學(xué)成分，如氧化性氣體（O?,NOx,RO?）和酸性氣體（H?SO?,HNO?），通過氧化損傷和改變表面電荷/化學(xué)性質(zhì)，影響微生物的細(xì)胞膜、細(xì)胞壁和代謝過程，篩選出耐受性強(qiáng)的物種。大氣顆粒物作為微生物的附著和傳輸載體，其類型（如有機(jī)碳、黑碳、鹽類）和濃度也影響微生物的可利用性、群落組成和空間分布。這些因子并非孤立作用，而是相互關(guān)聯(lián)、動(dòng)態(tài)變化，共同驅(qū)動(dòng)著大氣微生物群落的演替和分化。**解析思路：*開頭點(diǎn)明核心論點(diǎn)（綜合影響）。分點(diǎn)闡述關(guān)鍵因子（濕度、溫度、UV、化學(xué)成分、顆粒物）的作用機(jī)制及其對(duì)群落結(jié)構(gòu)的影響。強(qiáng)調(diào)因子間的相互作用（非孤立）和時(shí)空異質(zhì)性。最后總結(jié)，使論述更完整。2.大氣微生物活動(dòng)對(duì)空氣質(zhì)量有顯著影響，并具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。一方面，微生物參與大氣化學(xué)反應(yīng)，影響空氣污染物（如揮發(fā)性有機(jī)物VOCs、氮氧化物NOx）的轉(zhuǎn)化與降解。例如，某些細(xì)菌和真菌能夠利用VOCs作為碳源或電子受體，將其氧化為二氧化碳或溶解性有機(jī)物，從而降低室內(nèi)或近地面的VOCs濃度。在云/霧環(huán)境中，附著在液滴表面的微生物可能催化或參與氣-液界面上的化學(xué)反應(yīng)，如促進(jìn)硫酸鹽的次生顆粒物形成，或影響臭氧的生成與破壞。另一方面，微生物代謝活動(dòng)產(chǎn)生的氣態(tài)產(chǎn)物（如微生物源碳化合物MBC、揮發(fā)性有機(jī)物）也可能參與大氣化學(xué)循環(huán)，甚至成為新的二次氣溶膠的前體物。大氣微生物作為生物指示物，其濃度和群落組成可以反映空氣潔凈度、污染來源以及環(huán)境變化。例如，特定細(xì)菌或真菌的存在可能指示工業(yè)污染或生物氣溶膠的存在，而花粉等大生物顆粒物的濃度則直接關(guān)聯(lián)植被狀況和過敏原水平。這些信息可用于空氣質(zhì)量評(píng)估和預(yù)警。潛在應(yīng)用價(jià)值還包括：利用高效降解污染物的微生物開發(fā)空氣凈化技術(shù)（如生物過濾、生物洗滌）；利用微生物代謝產(chǎn)物（如酶）進(jìn)行污染物檢測；研究微生物與污染物交互作用，為制定更有效的空氣污染控制策略提供依據(jù)。**解析思路：*分兩部分論述：一是“影響”（正面與負(fù)面，主要關(guān)注轉(zhuǎn)化降解），二是“應(yīng)用價(jià)值”（生物指示、技術(shù)開發(fā)、策略制定）。每個(gè)部分都要有具體例子支撐（如VOCs降解、生物指示物）。強(qiáng)調(diào)微生物活動(dòng)與空氣質(zhì)量改善、環(huán)境監(jiān)測、技術(shù)開發(fā)的聯(lián)系。3.當(dāng)前研究大氣微生物生態(tài)學(xué)面臨的主要挑戰(zhàn)包括：①樣品采集代表性難：大氣環(huán)境廣闊、動(dòng)態(tài)變化，如何采集到能真實(shí)反映大氣微生物群落特征（包括空間分布、垂直分布、季節(jié)變化）的樣品極具挑戰(zhàn)，尤其是在遠(yuǎn)程地區(qū)或高空。②微生物存活率低且難以檢測：大氣環(huán)境（干燥、輻射、氧化）導(dǎo)致實(shí)際可存活微生物數(shù)量遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)培養(yǎng)方法測得的總量（僅占少數(shù)“活性”細(xì)胞），而檢測這些低豐度、低活性的微生物（特別是古菌、病毒）需要先進(jìn)技術(shù)。③非培養(yǎng)方法解釋復(fù)雜性：高通量測序等技術(shù)（如宏基因組學(xué)）揭示了大氣微生物驚人的多樣性，但許多序列無法關(guān)聯(lián)到已知物種，其功能未知，難以完全解讀測序數(shù)據(jù)背后的生態(tài)意義。④生態(tài)系統(tǒng)互作理解不足：大氣微生物之間、以及它們與大氣物理化學(xué)因子之間的相互作用機(jī)制復(fù)雜，目前對(duì)其整體生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的認(rèn)識(shí)還很有限。⑤模型模擬精度待提高：將微生物過程融入大氣化學(xué)傳輸模型和氣候模型是一個(gè)巨大挑戰(zhàn)，需要更多實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和更精細(xì)的微生物生理生態(tài)參數(shù)。可能的發(fā)展方向包括：開發(fā)更高效、非破壞性的采樣技術(shù)；發(fā)展單細(xì)胞測序和功能基因組學(xué)技術(shù)，研究個(gè)體微生物的功能；加強(qiáng)多