2025年大学《海洋科学》专业题库- 海洋颗粒与微生物相互作用研究

2025年大学《海洋科学》专业题库——海洋颗粒与微生物相互作用研究考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、选择题（每小题2分，共20分）1.下列哪一项不属于海洋生物颗粒物的范畴？A.浮游植物细胞B.细菌聚集体C.有机碎屑D.沉积物矿物碎屑2.微生物在颗粒物表面附着的主要驱动力通常不包括？A.表面电荷相互作用B.化学键合（如范德华力）C.颗粒内的高营养盐浓度D.水动力剪切力3.生物膜（Biofilm）的核心结构特征通常是什么？A.均一的细胞分布B.完全被水体渗透C.具有连续的胞外聚合物基质和分层细胞结构D.细胞密度极低4.“颗粒内环境”通常指什么？A.颗粒表面附着的水层B.颗粒内部相对独立、与外部水体差异较大的微环境C.悬浮在水体中的颗粒物总体现D.颗粒物周围形成的上升水流5.在海洋生态系统中，细菌对颗粒有机碳（POC）的降解主要发生在哪个过程？A.颗粒物的初始附着阶段B.颗粒物在沉积物的沉降过程中C.颗粒物在水柱中的再悬浮阶段D.颗粒物被埋藏进入沉积物后的厌氧降解阶段6.下列哪种研究方法主要用于分析颗粒物表面附着微生物的种类和相对丰度？A.流式细胞术（FCM）B.原位杂交（ISH）C.颗粒有机碳分析（POC）D.胞外聚合物（EPS）提取7.颗粒物的存在如何影响微生物在水柱中的垂直迁移？A.仅通过增加微生物的沉降速度B.仅通过增加微生物的浮力C.可以作为微生物的附着基质，影响其随颗粒物沉降或再悬浮D.完全阻碍微生物的垂直迁移8.水动力条件（如流速）对颗粒-微生物相互作用的主要影响体现在哪里？A.影响颗粒物的形成速率B.影响微生物分泌EPS的量C.决定微生物在颗粒物表面的附着效率和生物膜的结构D.直接决定颗粒物的最终沉降深度9.在海洋碳循环中，生物颗粒泵（BiologicalCarbonPump,BCP）的关键环节之一是什么？A.水体中CO2的溶解B.浮游植物的光合作用固定碳C.微生物对有机碎屑的快速降解D.沉积物中有机碳的长期封存10.能够同时分离水体中的溶解微生物和颗粒相关微生物的技术是？A.离心分离B.过滤C.沉降技术D.粒子-有机物分离（POM-SEC）二、简答题（每小题5分，共20分）1.简述影响微生物在颗粒物表面附着效率的主要因素。2.解释什么是“颗粒内环境”，并简述其内部微生物群落可能存在的特征。3.阐述颗粒物在海洋氮循环中可能扮演的多种角色。4.简要说明生物膜的形成对附着微生物有哪些潜在的有利影响。三、论述题（每小题10分，共30分）1.论述海洋颗粒物如何作为微生物的“载体”，影响其在海洋生态系统中的分布和生物地球化学循环。2.结合实例，讨论人类活动（如河流输入、气候变化）如何通过改变颗粒物特性及其与微生物的相互作用，对海洋生态系统功能产生影响。3.假设你需要研究某一特定海域（如河口附近或深海）颗粒-微生物相互作用的强度和模式，你会选择哪些研究方法？请说明选择理由，并简述研究设计的思路。试卷答案一、选择题（每小题2分，共20分）1.D2.D3.C4.B5.D6.B7.C8.C9.D10.D二、简答题（每小题5分，共20分）1.影响微生物在颗粒物表面附着效率的主要因素包括：颗粒物自身的性质（如表面电荷、化学成分、尺寸、形状、粗糙度）和水的物理化学性质（如流速、湍流强度、离子强度、温度），以及微生物自身的特性（如细胞表面性质、鞭毛/纤毛运动、附着能力）。高流速和湍流会降低附着效率，而颗粒表面电荷与微生物带电表面的相互作用（吸引或排斥）是关键物理化学因素。2.颗粒内环境指颗粒内部相对独立、与外部水体差异较大的微环境。由于物质交换受限，颗粒内部通常具有高浓度的溶解性有机物（DOM）和营养物质，低氧或无氧条件（取决于颗粒类型和位置），以及独特的pH和温度。这种环境可能支持不同于周围水体的微生物群落，形成独特的“内生”微生物群落，其组成和功能可能专注于利用颗粒内的资源。3.颗粒物在海洋氮循环中扮演多种角色：首先，颗粒物（特别是生物颗粒）是氮素（以有机形态）的主要载体，通过沉降将氮素从光hợp层输送到深海；其次，附着在颗粒表面的微生物（特别是细菌）通过异化氨氧化（Anammox）等过程参与氮的循环转化，即使颗粒物最终分解，微生物活动也能改变颗粒物中的氮形态和含量；再次，某些颗粒物（如富含铁的矿物）可以作为微生物进行氮固定的微氧化还原界面；最后，微生物活动产生的胞外聚合物（EPS）可以吸附和释放含氮化合物。4.生物膜的形成对附着微生物的有利影响包括：提供物理屏障，保护微生物免受水体中不良环境因子（如紫外线辐射、有害物质、捕食者）的影响；形成相对稳定的微环境，为微生物提供适宜的生长和代谢条件（如特定营养物富集、温度和pH稳定）；促进微生物间的协同作用（如资源共享、信息传递）；增强微生物对颗粒物基质的附着力和抵抗剪切力的能力；作为微生物群落结构的基础，支持复杂的生态位分化。三、论述题（每小题10分，共30分）1.海洋颗粒物作为微生物的“载体”，极大地影响着微生物在水体中的分布、迁移和生态功能。首先，颗粒物（尤其是生物颗粒如浮游植物和有机碎屑）为微生物提供了附着和迁移的“搭便车”途径。微生物可以通过附着在这些颗粒表面，随颗粒物的沉降或再悬浮过程实现快速、长距离的垂直或水平迁移，这远快于其依靠自身力量（如鞭毛运动）的扩散速度。这种机制使得微生物能够克服水体的层化现象，实现更均匀的分布，或快速响应环境变化。其次，颗粒物作为微生物的“食物源”和“庇护所”，影响着微生物群落的结构和丰度。颗粒物的分解过程（由附着微生物驱动）为周围水体提供了可利用的营养物质，支持微生物的生长；同时，颗粒表面及其内部形成的生物膜为微生物提供了保护，使其免受剪切力、UV辐射和溶解性有毒物质的伤害。此外，不同类型和性质的颗粒物可以富集不同的微生物群落，影响局部生态系统的功能，例如，富含碳水化合物的颗粒物可能富集降解细菌，而富含蛋白质的颗粒物可能富集降解蛋白的细菌。因此，颗粒物通过提供迁移途径、营养来源和保护环境，显著调控着微生物在海洋生态系统中的时空分布格局及其在生物地球化学循环中的角色。2.人类活动通过改变颗粒物的特性及其与微生物的相互作用，对海洋生态系统功能产生广泛影响。例如，河流输入的增加会携带大量陆源颗粒物（如悬浮泥沙、有机碎屑）进入近海和河口区域。这些颗粒物不仅改变了水体的透明度，影响浮游植物的光合作用，其表面也可能吸附大量营养盐和污染物，改变局部微生物群落结构，促进某些营养盐快速再生或有害藻华的发生。同时，陆源颗粒物为近海微生物提供了额外的“食物源”，可能改变微生物的代谢活性。另一方面，气候变化导致的海洋变暖、海酸化（pH降低）和极端天气事件频发，也会影响颗粒物的形成、沉降通量和性质。例如，变暖可能加速生物颗粒的分解，改变微生物群落组成；海酸化可能影响碳酸钙颗粒（如珊瑚骨骼、有孔虫壳）的形成和稳定性，进而影响依赖这些颗粒物的微生物（如钙化细菌）；更强的风浪和降雨可能增加河流输入和近海悬浮颗粒物的浓度。这些变化进而改变了颗粒-微生物相互作用的强度和模式，可能加速物质循环速率，改变生物群落结构，甚至引发生态系统功能的退化或转变。人类活动如船舶运输、石油开采等直接排放的颗粒状污染物，也可能直接毒害微生物，或改变局部颗粒物的化学性质，间接影响微生物生态。3.研究特定海域颗粒-微生物相互作用强度和模式，我会选择结合多种研究方法的技术组合。首先，需要进行颗粒物的表征分析，以了解研究海域颗粒物的类型（生物/非生物）、尺寸分布、表面性质（电荷、化学组成）和通量（沉降速率、再悬浮）。这可以通过样品采集（如网捕、浮游生物泵、沉降器）、实验室分析（如显微镜观察、激光粒度仪、zeta电位仪、元素分析C/N/P）和遥感数据（如叶绿素a浓度反映生物颗粒）来实现。其次，需要研究微生物群落结构和功能。对于水体中的溶解微生物，可以使用高通量测序技术（如16SrRNA或18SrRNA测序）分析细菌和古菌群落组成；对于颗粒表面微生物，可以使用原位杂交（ISH）或宏基因组测序技术进行分析。此外，可以通过流式细胞术（FCM）分析特定功能微生物（如光合细菌、异养细菌）的丰度和活性。为了量化相互作用强度，可以选择特定的分离技术，如颗粒-有机物分离（POM-SEC）或分级沉降技术，以分别获得溶解微生物、颗粒表面微生物和自由悬浮微生物，然后比较它们的丰度、活性（如光合速率、呼吸速率）或群落组成差异。研究微生物活动对颗粒物的影响，可以测量颗粒物的分解速率（如CO2释放、颗粒质量损失），并分析EPS的组成和分泌量。研究颗粒物