113 地方特考四等 環境檢驗 環境微生物學概要 考古題詳解

核心觀念

製作固態微生物培養基時，通常使用高壓蒸氣滅菌法（autoclaving），也就是以飽和水蒸氣在高於大氣壓的條件下加熱，使培養基及容器內的微生物失去活性。常見操作條件為 121°C、約 15 psi（相對於大氣壓）、維持 15–20 分鐘；實際時間須依培養基體積、裝載方式及設備條件調整。

固態培養基通常含有瓊脂（agar）。瓊脂受熱會溶解，冷卻後凝固，因此可將培養基加熱滅菌後，倒入培養皿或試管中，待冷卻形成固體。

解題方法

本題問的是固態培養基的常用滅菌方式、原理及實例，可依序回答：

1. **指出方法：**高壓蒸氣滅菌法。
2. **說明原理：**加壓提高水的沸點，使飽和蒸氣能在較高溫度下凝結於物品表面，釋放大量潛熱，使微生物蛋白質變性與凝固，達到殺菌效果；亦能殺滅具耐熱性的細菌芽孢。
3. **舉例說明：**將含瓊脂的培養基配製完成後，置入高壓蒸氣滅菌器處理，再於無菌操作下倒入培養皿，冷卻凝固後使用。

滅菌原理與操作重點

核心觀念

碳循環是碳在大氣、水體、土壤、岩石及生物體之間轉移與轉化的過程。微生物是其中重要的分解者與轉化者，能將有機碳分解、礦化或轉成其他形態，也能固定無機碳並合成細胞物質。碳在循環中常見的形態包括二氧化碳、甲烷、溶解無機碳及有機物。

解題方法

作答時可依「固定無機碳、分解有機碳、轉化不同碳化合物」三個方向說明微生物的功能，並各舉一個具體例子。如此能呈現微生物在碳循環中不只負責分解，也參與碳的合成與不同氧化還原形態間的轉化。

微生物在碳循環中的角色與例子

1. 固定二氧化碳，形成有機碳 藻類、藍綠菌及其他自營微生物可利用光能或化學能固定二氧化碳，合成醣類等有機物，使無機碳進入生物量。例如，藍綠菌行光合作用，將二氧化碳轉為細胞有機物，並釋出氧氣。

2. 分解有機物並使碳礦化 細菌與真菌分解枯枝落葉、排泄物及死亡生物等有機物，透過呼吸作用將其中一部分碳轉為二氧化碳，回到大氣或水體。

核心觀念

本題考查飲用水處理中生物處理法的適用原因、微生物角色與水質改善機制。生物處理是利用微生物的代謝、吸附與同化作用，轉化或去除水中的可生物分解物質。常見例子包括慢速濾床，以及以生物活性碳（BAC）或生物濾床處理飲用水。

解題方法

可依「為何採用、微生物做什麼、改善哪些水質」三個層次作答：

1. 為何常用： 水源中常含有可生物分解的天然有機物、異味物質及氨氮等污染物。適當控制生物處理，可利用微生物持續轉化這些物質，減少後續處理負荷，並改善水的穩定性與感官品質。
2. 微生物扮演的角色： 微生物附著在濾料表面形成生物膜，或以懸浮狀態存在於處理單元中。它們利用水中的有機物或無機物作為碳源、能源或營養物質，經代謝將其分解、氧化或同化。
3. 水質改善方式：

• 分解有機物： 微生物將可生物分解的有機物轉化為二氧化碳、水及微生物細胞物質，降低水中有機負荷。

核心觀念

本題考「光能來源」與「碳源」的組合。光合微生物都利用光作為能量來源；兩者的關鍵差異在於固定細胞碳所需的碳源：

光合自營菌又可依電子供體與光合作用方式，區分為產氧型與不產氧型。藍綠菌（藍菌）以水作為電子供體，會產生氧；紫硫菌等不產氧光合菌則可利用硫化氫等電子供體，不釋出氧氣。

解題方法

先將「光合」與「異營／自營」拆開判讀：

1. 光合：表示能量主要來自光。
2. 異營或自營：表示固定細胞碳時所依賴的碳源不同。
3. 再以環境應用連結其代謝特性：光合異營菌可利用有機污染物，光合自營菌可固定二氧化碳，部分菌種也能利用特定無機污染物或營養鹽。

作答時應避免只寫「兩者都靠光」，因為真正區分兩者的是碳源；也不要將「自營」直接等同「一定產氧」，因為不產氧光合菌也能以二氧化碳為碳源。

環境應用潛力