2025年大学《资源化学》专业题库- 微生物在资源化学中的应用研究

2025年大学《资源化学》专业题库——微生物在资源化学中的应用研究考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、选择题（每小题2分，共20分。下列每小题选项中，只有一项符合题意。）1.在微生物浸矿过程中，能高效分解硫化物的微生物主要是（）。A.光合细菌B.硝化细菌C.硫化细菌/硫杆菌D.反硝化细菌2.下列哪种微生物资源通常不直接用于生物转化金属矿物，而是用于环境中的重金属污染治理？（）A.硫化细菌B.菌根真菌C.光合细菌D.假单胞菌3.微生物在资源化学中的应用，最核心的优势之一是（）。A.处理量大、速度快B.技术成熟、成本极低C.环境友好、条件温和D.产品纯度高、选择性好4.下列关于生物冶金过程的描述，错误的是（）。A.利用微生物的氧化还原作用将目标金属溶解到溶液中B.可以处理一些传统化学方法难以处理的贫矿或尾矿C.微生物直接将固体矿物转化为金属单质D.需要优化微生物种类、发酵条件和浸出参数5.在利用微生物进行工业废水或废弃物资源化时，下列哪项技术主要利用了微生物的降解代谢能力？（）A.生物吸附B.生物转化C.生物矿化D.生物传感6.提高微生物资源化学应用效率的关键途径之一是（）。A.扩大微生物培养规模B.降低发酵成本C.通过基因工程改造微生物，优化其代谢途径D.改善反应器性能7.下列属于微生物直接转化法获取元素或化合物的是（）。A.利用光合细菌固定二氧化碳制取生物能源B.利用硫酸盐还原菌还原UraniumC.利用铁细菌氧化Fe(II)为Fe(III)D.利用酵母菌发酵葡萄糖生产乙醇8.微生物在资源化学中的应用研究中，分子生物学技术主要服务于（）。A.微生物的快速鉴定B.微生物高效菌株的筛选C.微生物功能基因的挖掘与表达调控D.资源化学过程的模拟与优化9.评价一种微生物浸矿工艺经济性的重要指标是（）。A.浸出率B.微生物生长速率C.浸出金属的纯度D.单位成本下的金属回收率10.将微生物资源化学技术与其他学科（如材料科学、化学工程）交叉融合，有助于（）。A.仅提高理论研究的深度B.仅降低生产过程的成本C.开发更高效、更绿色的资源利用技术D.仅拓展微生物的应用领域二、填空题（每空2分，共20分。）1.微生物浸矿通常分为__自养浸矿__和__异养浸矿__两大类。2.菌根真菌通过与植物根系共生，可以显著提高植物对__磷、钾__等元素的吸收能力，间接应用于资源利用。3.利用微生物降解环境中的多氯联苯（PCBs）等持久性有机污染物，体现了微生物在__环境修复__和资源再生方面的潜力。4.生物反应器是提供微生物生长和完成特定转化任务的关键__工程设备__。5.通过__代谢工程__改造微生物，可以使其更高效地利用廉价底物并积累目标产物。6.在生物转化电子废弃物中的重金属时，微生物可以将其__浸出__到溶液中或转化为其他形态。7.影响微生物浸矿效率的主要因素包括__微生物种类__、__环境pH值__和__氧气供应__等。8.一些古菌在极端环境（如高温、高压、强酸碱）下具有独特的资源转化能力，是微生物资源化学研究的新热点。9.微生物合成生物学为设计用于特定资源化学任务的__工程微生物菌株__提供了强大工具。10.绿色微生物资源化学强调在资源转化过程中实现__原子经济性__和__环境友好__。三、名词解释（每小题3分，共15分。）1.生物冶金（Bioleaching）2.元素生物地球化学循环（Biogeochemicalcyclingofelements）3.生物转化（Biotransformation）4.固定化微生物（Immobilizedmicroorganisms）5.合成生物学（Syntheticbiology）四、简答题（每小题5分，共20分。）1.简述光合细菌在资源化学中可能的应用方向。2.比较自养浸矿和异养浸矿在原理和条件上的主要区别。3.简述利用微生物技术处理重金属污染废水的两种主要途径及其原理。4.微生物资源化学研究面临的主要挑战有哪些？五、论述题（每小题10分，共30分。）1.论述基因工程和合成生物学技术在提高微生物资源化学应用效率方面的作用和潜力。2.结合具体实例，论述微生物技术在处理工业固体废弃物（如矿业尾矿、粉煤灰）资源化利用中的优势和应用前景。3.分析当前微生物资源化学技术从实验室研究走向工业化应用所需要克服的关键科学和工程问题，并提出可能的解决方案。---试卷答案一、选择题1.C2.B3.C4.C5.B6.C7.B8.C9.D10.C二、填空题1.自养浸矿；异养浸矿2.磷、钾3.环境修复4.工程设备5.代谢工程6.浸出7.微生物种类；环境pH值；氧气供应8.工程微生物菌株9.原子经济性；环境友好三、名词解释1.生物冶金（Bioleaching）：指利用微生物（或其代谢产物）的代谢活动，将矿石中的目标金属溶解到溶液中，从而实现金属提取的冶金过程。解析思路：抓住核心“微生物”和“溶解金属”两个关键点。2.元素生物地球化学循环（Biogeochemicalcyclingofelements）：指地球上的元素（如碳、氮、硫、磷等）在生物圈、岩石圈、水圈等圈层之间，通过生物作用和非生物作用的复杂过程进行迁移、转化和循环的现象。解析思路：理解“生物”、“地球化学”、“循环”三个核心概念及其相互关系。3.生物转化（Biotransformation）：指利用微生物或酶作为催化剂，对底物（如有机物、无机物）进行结构修饰或化学转化，生成目标产物或去除有害物质的过程。解析思路：强调“微生物/酶催化”和“结构修饰/化学转化”这两个特征。4.固定化微生物（Immobilizedmicroorganisms）：指将活着的微生物通过物理或化学方法限制在其固定载体上（如凝胶、树脂），使其保持生物活性，并能重复使用的技术。解析思路：关键在于“限制在载体上”和“保持活性可重复使用”。5.合成生物学（Syntheticbiology）：指利用工程学原理和方法，通过设计、构建或改造生物系统（如微生物菌株），以实现特定的有用功能或解决实际问题。解析思路：突出“工程学方法”和“设计构建改造生物系统”以达到“特定功能”的目标。四、简答题1.简述光合细菌在资源化学中可能的应用方向。解析思路：从光合细菌的特性出发，联想其在资源转化中的应用。光合细菌能进行光能自养代谢，不需要有机碳源，可以在光照下利用CO2等无机物合成有机物。在资源化学中，可利用其合成能力生产生物基化学品或能源；利用其代谢特性处理特定污染物；在特殊环境（如光能利用）下进行资源转化。2.比较自养浸矿和异养浸矿在原理和条件上的主要区别。解析思路：明确两种浸矿方式的微生物类型和能量来源。自养浸矿由自养微生物（如硫杆菌）进行，它们利用无机物（如CO2或H2）作为碳源，并通常通过氧化无机物（如Fe2+、S）或利用光能获取能量，将金属溶解。异养浸矿由异养微生物（如细菌、真菌）进行，它们利用有机物（如葡萄糖）作为碳源和能源，通过呼吸作用或发酵将金属溶解。条件上，自养浸矿常需特定无机氧化还原条件（如氧气、硫化物），异养浸矿对有机物有要求，营养需求更复杂。3.简述利用微生物技术处理重金属污染废水的两种主要途径及其原理。解析思路：微生物处理重金属污染主要有两大类机制：吸附和转化（包括浸出和沉淀/甲基化等）。生物吸附是微生物细胞壁/膜上的官能团直接吸附重金属离子，降低其在水中的溶解性。生物转化包括生物浸出（类似生物冶金，将固相重金属溶解到水中）和生物沉淀/甲基化等（将水中溶解的重金属转化为溶解度更低或毒性不同的形态，如氢氧化物沉淀、金属硫化物沉淀、甲基化等）。4.微生物资源化学研究面临的主要挑战有哪些？解析思路：从基础研究、应用开发、经济性、环境影响等多个维度思考。主要挑战包括：高效、耐低品位资源的微生物资源挖掘困难；微生物作用机理（特别是复杂过程）的深入理解不足；将实验室成果转化为稳定、高效的工业化应用技术难度大；过程优化、放大和控制技术有待突破；成本控制与经济效益难以平衡；大规模应用可能带来的生态风险评估等。五、论述题1.论述基因工程和合成生物学技术在提高微生物资源化学应用效率方面的作用和潜力。解析思路：首先阐述基因工程和合成生物学的基本概念和区别。基因工程主要是对现有基因进行改造或引入，优化微生物的现有功能。合成生物学则更强调从头设计、构建新的生物部件、设备和系统。然后重点论述它们在资源化学中的应用：①提高金属浸出效率：改造微生物的金属转运蛋白、氧化还原酶等，增强其对目标金属的吸收和氧化能力；②降低底物要求：改造代谢途径，使其能利用更廉价的碳源或氮源；③提高目标产物产量：强化目标产物合成通路，降低反馈抑制；④开发新功能：设计微生物能够降解传统方法难以处理的资源或污染物；⑤实现环境适应：增强微生物对高温、高盐、强酸碱等恶劣环境条件的耐受性。最后总结其潜力在于能够从根本上突破微生物自身的限制，创造性能更优异的“超级微生物”，推动资源化学向高效、绿色、可持续方向发展。2.结合具体实例，论述微生物技术在处理工业固体废弃物（如矿业尾矿、粉煤灰）资源化利用中的优势和应用前景。解析思路：首先论述微生物技术处理工业固体废弃物的优势：①环境友好：条件温和（常温常压），能耗低，减少二次污染；②处理对象广：能处理多种类型的废弃物；③功能多样：可实现减量化、无害化、资源化；④系统灵活：可与其他技术结合。然后结合实例论述应用前景：①矿业尾矿：利用生物冶金技术浸出有价金属（如铜、钼、金等），或利用微生物/植物联合修复技术固定重金属、改善土壤；②粉煤灰：利用微生物（如硫杆菌）在其表面进行氧化反应，改变其表面性质或浸出微量元素；利用微生物合成生物材料（如生物聚合物）固定粉煤灰中的重金属；利用植物-微生物共生体系促进粉煤灰堆场的生态恢复。前景展望：随着对废弃物中有用组分赋存状态和微生物转化机制认识的加深，以及基因工程等技术的应用，微生物技术将在工业固体废弃物的资源化利用中发挥越来越重要的作用，实现变废为宝。3.分析当前微生物资源化学技术从实验室研究走向工业化应用所需要克服的关键科学和工程问题，并提出可能的解决方案。解析思路：首先分析关键科学问题：①微生物资源发掘瓶颈：高效、耐低品位资源的微生物资源挖掘不足；②作用机理不清：许多微生物资源化学过程（特别是复杂网络）的分子机制尚不明确，难以进行理性设计和优化；③系统稳定性与可控性差：微生物群落结构不稳定，过程受环境因素干扰大，难以精确控制。然后分析关键工程问题：①工业放大困难：从实验室小规模培养到工业规模放大，存在传质传热限制、混合不均、染菌等问题；②成本效益低：培养基成本、能耗、设备投资等导致