112 高普考普通考試 環境檢驗 環境微生物學概要 考古題詳解

核心觀念

加強型生物除磷（EBPR）的關鍵，是聚磷菌（PAO）具有在厭氧與好氧（或缺氧）環境交替時，改變細胞內儲存物質與磷含量的能力。聚磷菌能在厭氧期攝取並儲存有機碳，接著在好氧或缺氧期過量攝取磷酸鹽、合成細胞內聚磷；將含磷污泥排出系統後，磷便隨剩餘污泥移除。

解題方法

依序說明聚磷菌在厭氧期與好氧／缺氧期的代謝，再指出這種代謝如何讓它在交替環境中取得競爭優勢。

1. 厭氧期：攝取碳源並儲存能量與碳源 聚磷菌可攝取污水中的揮發性脂肪酸等易分解有機物，將其轉化為細胞內的聚羥基烷酸酯（PHA）儲存。厭氧時沒有氧可作為電子受體，聚磷菌分解細胞內聚磷（poly-P）以取得能量，並釋出正磷酸鹽至水中；同時也會消耗部分肝醣，以供代謝所需的還原力。

2. 好氧期：利用儲存碳源，過量攝取磷 進入好氧環境後，聚磷菌氧化先前儲存的 PHA，取得能量與生長所需物質，並補充肝醣、重新合成聚磷。此時細胞攝取水中的正磷酸鹽，且攝取量超過一般生長所需，形成「過量攝磷」（luxury uptake）。缺氧期若有適當電子受體，例如硝酸鹽，部分聚磷菌也能利用儲存的 PHA 進行代謝與攝磷。

核心觀念

本題比較的是兩類用途不同的基因：核醣體 RNA（rRNA）基因與功能性基因。rRNA 基因編碼構成核醣體的 RNA，常用於微生物的分類與親緣關係分析；功能性基因則編碼執行特定生理功能的產物，可反映微生物具備哪些代謝或生態功能。

解題方法

比較時可從「編碼產物、主要用途、保守程度、適用範圍」四方面說明：

核心觀念

微生物的生長溫度範圍，主要受細胞內蛋白質、酵素與細胞膜的穩定性限制。最適生長溫度是微生物生長速率最高時的溫度；最高可容忍生長溫度則是微生物仍能維持生長的上限。題目要說明的是：為什麼生長速率最高的溫度，通常離生長上限不遠。

解題方法

溫度升高時，分子運動加快，酵素催化反應與代謝速率通常隨之提高，微生物生長因而加快；但此效應只在細胞結構尚能維持正常功能的範圍內成立。

核心觀念

本題考查微生物如何利用大氣中的氣體作為代謝反應的電子受體、碳源或氮源。答題時應說明氣體名稱、參與的代謝作用，以及具代表性的微生物或反應。

解題方法

依氣體在代謝中的角色分類，逐一舉例說明：

1. 氧氣（O₂）—電子受體 好氧微生物以氧氣作為有氧呼吸的末端電子受體，接受電子後生成水，並藉此進行能量代謝。例如許多好氧細菌及真菌。

2. 二氧化碳（CO₂）—碳源 自營微生物固定二氧化碳，將無機碳轉成細胞所需的有機物。光合微生物利用光能固定 CO₂；化學自營微生物則利用無機物氧化所釋出的能量固定 CO₂。例如藍綠菌可行光合作用，硝化細菌可行化學自營作用。