2025年大学《分子科学与工程》专业题库- 分子科学与工程中的微生物处理技术

2025年大学《分子科学与工程》专业题库——分子科学与工程中的微生物处理技术考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、选择题（每题2分，共20分。请将正确选项字母填在括号内）1.在微生物处理技术中，下列哪种微生物通常用于处理高浓度的有机废水，并通过厌氧消化产生沼气？A.好氧芽孢杆菌B.产甲烷古菌C.厌氧丝状菌D.真菌2.用于快速鉴定环境样品中特定目标微生物或评估微生物群落多样性的分子生物学技术是？A.传统培养法B.活性污泥法C.基因芯片技术D.恒温培养箱3.下列哪种基因编辑技术因其高效、精确和易于操作，近年来在改良用于环境修复的工程细菌中得到了广泛应用？A.转基因技术B.基因枪法C.CRISPR-Cas9系统D.RNA干扰4.微生物在降解持久性有机污染物（如多氯联苯PCBs）时，其降解效率受到哪些因素的影响？（请选择两个正确选项）A.污染物的浓度B.微生物的酶系多样性C.温度和pH条件D.周围好氧微生物的存在5.生物膜法处理废水的主要优点之一是？A.处理速度快，能耗低B.微生物易被流失C.对冲击负荷适应性强D.不需要污泥回流6.利用基因工程改造微生物，使其能够高效降解石油烃，这主要体现了分子科学与工程中哪方面的应用？A.生物材料合成B.医药生物技术C.环境生物技术D.食品生物技术7.在分子层面监测生物修复过程中，哪项技术可以用来评估功能降解菌在微生物群落中的丰度和活性？A.紫外-可见分光光度法B.实时荧光定量PCR（qPCR）C.气相色谱-质谱联用（GC-MS）D.扫描电子显微镜（SEM）8.将微藻用于生物燃料生产或水体富营养化治理，其核心的科学基础之一是利用微藻的光合作用进行？A.化学合成B.化学分解C.光能转化D.机械能转化9.微生物代谢工程的目标是？A.提高微生物的生长速率B.优化微生物的代谢网络以生产目标产物C.增强微生物对外界环境的抵抗力D.增加微生物的种群数量10.下列哪项不属于分子生物学技术在微生物处理技术中的直接应用范畴？A.构建报告基因以监测污染物降解B.通过基因敲除提高酶的稳定性C.利用纳米材料进行污染物吸附D.基于高通量测序分析群落功能潜力二、填空题（每空1分，共15分。请将答案填在横线上）1.微生物处理技术根据处理原理不同，主要可分为______处理和______处理两大类。2.影响微生物生长的最基本环境因素通常包括温度、______、pH、氧气和营养物质。3.利用微生物降解环境中的有机污染物，使其转化为______和二氧化碳的过程，称为生物降解。4.在生物膜系统中，微生物被包裹在由胞外聚合物构成的基质中，这种基质的主要功能之一是______。5.基因工程菌的构建通常涉及载体（如质粒）、目标基因和______三个关键要素。6.厌氧消化过程中，产甲烷阶段主要是由______完成的。7.通过基因编辑技术精确修饰微生物基因组，可以实现对微生物性状的______和定向改造。8.微藻作为光合生物，其固定二氧化碳的途径主要是______作用。9.分子标记技术如______和______等，是研究微生物群落结构和动态变化的重要工具。10.微生物转化技术可以用于将一种化合物转化为具有不同______或更高价值的产物。三、名词解释（每题3分，共15分）1.生物强化2.代谢通路工程3.活性污泥法4.基因枪法5.微藻生物技术四、简答题（每题5分，共20分）1.简述好氧和厌氧生物处理技术的根本区别在于微生物的代谢类型和产物。2.简述利用分子生物学方法鉴定微生物功能基因的基本思路。3.简述生物膜的形成过程及其对污染物去除的影响。4.简述基因编辑技术在改良工业废水处理菌种方面的潜在优势。五、论述题（每题10分，共20分）1.论述从分子层面理解微生物降解难降解有机污染物（如多环芳烃）的机制及其意义。2.论述合成生物学在构建高效、智能微生物处理系统方面的应用前景与挑战。试卷答案一、选择题1.B2.C3.C4.A,B,C5.A6.C7.B8.C9.B10.C二、填空题1.好氧；厌氧2.溶解氧3.无机物4.隔离保护5.基因工具（或限制性内切酶、连接酶等）6.产甲烷菌（或产甲烷古菌）7.定向8.光合9.PCR；基因测序（或高通量测序）10.功能（或活性、价值）三、名词解释1.生物强化：指通过基因工程等手段，改造或筛选获得能够高效降解特定污染物的微生物，然后将其投加到受污染环境中，以增强微生物原有的生物降解能力。2.代谢通路工程：指通过基因编辑、基因敲除或基因过表达等分子生物学技术，对微生物的代谢网络进行修饰和优化，以改变其代谢流向，使其能够高效合成目标产物或高效降解特定底物。3.活性污泥法：一种常用的好氧生物处理技术。通过在曝气池中培养高浓度的活性污泥（富含微生物的絮体），使污水与活性污泥充分接触，利用微生物的代谢活动降解污水中的有机污染物。4.基因枪法：一种物理基因转移方法。利用火药或电击等方式将包裹有外源DNA的微粒（如金粉、钨粉）轰击到生物细胞（如植物细胞、微生物细胞）上，使DNA导入细胞内，从而实现基因转移。5.微藻生物技术：指利用分子生物学、细胞生物学、遗传工程等现代生物技术手段，研究、改造和利用微藻，以实现其在生物能源、生物医药、环境治理、食品工业等领域的应用。四、简答题1.解析思路：首先区分好氧和厌氧微生物的代谢类型。好氧微生物通过氧化代谢（如呼吸作用）利用氧气作为最终电子受体，将有机物彻底降解为CO2和H2O，同时释放大量能量。厌氧微生物则在没有氧气或利用其他物质（如NO3-,SO4^2-,CO2）作为最终电子受体的条件下，通过发酵或产甲烷等途径降解有机物，能量释放较少，且降解产物通常不是CO2和H2O。结合微生物处理过程，好氧处理效率通常较高，速度快，但能耗大；厌氧处理能耗低，适用于处理高浓度有机物或作为污泥减量化手段，但处理时间较长，对某些污染物效果有限。2.解析思路：鉴定功能基因通常需要先确定目标功能（如降解某污染物）。然后，从目标微生物中提取基因组DNA。利用PCR等技术扩增可能编码该功能的基因片段（如调控基因、酶结构基因）。将扩增产物进行测序，与已知数据库中的基因序列进行比对，寻找同源性高的基因。进一步可以通过基因敲除或过表达等实验验证该基因的功能。常用的分子标记技术包括：利用PCR检测基因的特定标记（如SNP、SSR）；利用基因芯片同时检测大量基因的表达水平；利用高通量测序技术（如16SrRNA测序、宏基因组测序）分析群落中已知功能基因或所有基因的丰度。3.解析思路：生物膜的形成通常经历附着、生长、繁殖、成熟、脱落/休眠等阶段。微生物首先在固体表面附着，然后快速生长并分泌胞外聚合物（EPS），与细胞形成一层粘液状基质，微生物在其中繁殖，生物膜逐渐增厚。成熟的生物膜结构复杂，具有分层结构，外层致密，内部可能有微环境差异。生物膜状态下，微生物被EPS包裹，与外部环境有隔离，这既保护了微生物免受外界胁迫，也可能导致传质阻力增大，影响处理效率。同时，生物膜内部异养菌和自养菌的共存可能协同去除污染物，或产生竞争。4.解析思路：基因编辑技术（如CRISPR-Cas9）能够精确地定位并修饰微生物基因组中的特定基因。其优势在于：首先，精确性高，可以实现对目标基因的敲除、替换、插入等操作，避免传统转基因方法可能带来的随机插入和多重插入问题。其次，效率高，操作相对简便快捷。再次，可以同时编辑多个基因，构建更复杂的工程菌。最后，可以用于研究基因功能，为理解微生物处理机制提供依据，并据此构建性能更优越、适应性更强、功能更专一的微生物处理菌种。五、论述题1.解析思路：论述需从分子机制角度阐述微生物如何降解多环芳烃（PAHs）等难降解有机物。可以从微生物的代谢途径入手，如：好氧降解通常通过加氧酶、单加氧酶、双加氧酶等将PAHs开环或引入羟基，使其转化为可溶性中间体，再进入三羧酸循环（TCA）等中央代谢途径彻底降解。厌氧降解则可能通过还原酶等途径进行。涉及的关键分子机制包括：特定的酶（加氧酶、还原酶、裂解酶等）的作用机制和结构特性；酶的调控机制（基因表达调控、辅因子调控等）；微生物的代谢重组和适应性进化；微生物间的协同代谢作用（如电子传递链）。论述其意义在于：深入理解分子机制有助于筛选和培育高效降解菌；为理性设计生物修复策略提供理论依据；指导酶工程和代谢工程改造微生物以提高降解效率。2.解析思路：论述需结合合成生物学概念，探讨其在构建智能微生物处理系统中的应用前景与挑战。前景方面：可以设计合成通路，使微生物能够利用废水中特定污染物作为碳源或能源；可以构建感应-响应系统，使微生物能够感知污染物浓度变化并调整代谢活动；可以整合