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阅读下面材料,完成(1~4)题

厌氧膜生物反应器处理高浓度有机废水的研究

随着科学技术和生物工程的发展,微生物作为污水的清道夫应用越来越广泛。微生物能够快速繁殖,分解污染物并将其转化为无害物质,实现对污水的高效处理。

在现有的各类污水处理技术中,好氧生物处理技术发展较为成熟,但存在能耗高、污泥产量高以及资源回收率低等缺点。厌氧生物处理是厌氧微生物利用有机废水中的有机质作为自身营养物质,在适宜的条件下(如合适的温度、pH 等)将其转化为沼气的过程。后者具有能耗低、污泥产量少及易于控制等优点。

厌氧膜生物处理技术结合了厌氧生物处理与膜过滤系统,成为处理高浓度有机废水的研究热点。厌氧膜生物反应器(AnMBR)是此项技术的实际应用,其工作过程分为厌氧消化与膜过滤两个阶段,具体装置如图所示。

厌氧消化过程是由厌氧微生物所进行的一系列生物化学的耦合反应。由于厌氧反应器内部各区域的差异,造成非产甲烷细菌、产甲烷细菌出现有规律的演替,通过各种群之间的相互利用、相互制约,

构成一个相对稳定的微生物群落,从而保证了生物代谢过程的正常进行。厌氧反应器是AnMBR的核心装置之一,其设计必须保证微生物停留的时间足

够长,这样才能减少污染物与膜的接触,减少膜污染的发生。

选择合适的膜材料和膜组件是反应器设计的关键。应用于AnMBR的膜材料可分为3种形态:疏水性有机聚合膜、金属膜和非金属膜(陶瓷膜)。膜污染是各类膜生物反应器技术都面临的难题之一。在污水处理过程中,反应器中的物质(水溶性有机物、细胞裂解产物和无机沉淀物等)会在膜孔、膜表面沉积,形成膜垢。膜结垢后使得整个操作系统的稳定性和可靠性减小,从而降低了反应器的处理效能。解决这些问题的方法除了更换膜,还可以对膜进行清洁。物理法清洁主要包括反冲洗、表面冲洗和超声波处理;化学法是指运用特定的试剂(酸、碱和氧化剂等)来去除膜的污染;生物法是指采用酶制剂来清洗膜污染物中的有机污染物。

如果能有效解决AnMBR目前存在的各种问题,此技术将在污水处理方面发挥更大的作用。

1)根据材料信息可以看出,厌氧膜生物处理技术是利用微生物的________作用和膜的过滤功能,有效处理高浓度有机废水。应用此技术可以__________(选择下列序号填写),实现环境与经济效益的双赢。

a.促进物质循环再生  b.促进新物种的产生  c.提高人类对生态系统能量利用的效率

2)研究发现,用AnMBR处理海产品加工的高盐度废水时,常常出现处理效果差,去除速度低等现象,可能的原因是____________

3)科研人员欲利用现有能分解不同有机污染物的各菌种和基因工程技术,培育出一种能同时高效降解多种有机污染物的超级菌,用以提高AnMBR处理废水的能力。请简述培育思路。__________

4)结合文中信息分析,与物理法和化学法清洁膜相比,生物法清洁膜的优势。 __________

 

分解 ac 较高盐度会使厌氧微生物失水或酶的活性受抑制 将不同菌中分解不同有机污染物质的相关基因导入同一微生物中; 用仅以有机污染物为碳源的选择培养基培养转基因的微生物; 经筛选得到分解有机污染物效果最好的超细菌(工程菌) 酶制剂没有二次污染,而且对膜不产生损害;酶制剂可以反复利用;酶制剂效率高 【解析】 依据题干信息“厌氧膜生物处理技术结合了厌氧生物处理与膜过滤系统,成为处理高浓度有机废水的研究热点”,可知厌氧微生物通过分解污染物中的有机物,实现了物质的循环利用,同时提高了能量的利用率,据此答题。 (1)依据材料信息,厌氧膜生物处理技术结合了厌氧生物处理与膜过滤系统,其中微生物能够快速繁殖,分解污染物并将其转化为无害物质,实现对污水的高效处理。此项技术可以促进物质循环再生以及提高人类对生态系统能量利用的效率。 (2)在高浓度的盐水中,较高盐度会使厌氧微生物失水或酶的活性受抑制,从而会导致污染物处理效果差,去除速度低等现象。 (3)利用基因工程技术将能分解不同有机污染物的各菌种培育出一种能同时高效降解多种有机污染物的超级菌的具体过程为:首先将不同菌中分解不同有机污染物质的相关基因导入同一微生物中,然后用仅以有机污染物为碳源的选择培养基培养转基因的微生物,最后筛选得到分解有机污染物效果最好的超细菌(工程菌)。 (4)生物法清洁膜与物理法和化学法清洁膜相比具有显著的优势,表现在酶制剂没有二次污染,而且对膜不产生损害;酶制剂可以反复利用;酶制剂效率高等等。
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考点分析:
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神经细胞间兴奋的传递依赖突触。无脊椎动物枪乌贼的星状神经节具有巨大的化学突触结构(巨突触),可用微电极来记录突触前动作电位和突触后电位变化(如图1)。以下是关于递质释放机制的相关研究。

1)在图1中的突触结构中,突触前神经元兴奋后,由突触前膜释放的________作用于突触后膜的________,导致突触后神经元兴奋。

2)河豚毒素(TTX)是一种钠离子通道阻断剂。用TTX处理突触前神经纤维,然后每隔5min施加一次刺激,分别测量突触前和突触后神经元的电位变化,结果如图2。推测TTX导致突触前和突触后神经元电位发生变化的原因是_________

3)在上述实验过程中,研究者检测到,在使用TTX后突触前膜处的Ca2+内流逐渐减弱,由此推测“突触前动作电位通过提高突触小体内Ca2+浓度来促进神经递质的释放”。研究者利用图1所示标本进行如下实验,获得了支持上述推测的实验结果。

实验材料:BAPTA(是一种Ca2+螯合剂,能够快速与钙离子发生结合,从而阻断钙离子与相应分子的结合) “笼锁钙”(是一种缓冲液,暴露在强紫外线下会释放钙离子。强紫外线不影响正常神经纤维兴奋)

实验过程及结果:

第一组:对突触前神经纤维施加适宜电刺激。实验结果:先检测到突触前动作电位的发生,之后检测到突触后电位的变化。

第二组:先向突触小体注射足量BAPTA,接着在突触前神经纤维施加适宜电刺激。实验结果:_________

第三组:________(写出实验过程及结果)。

4)结合上述研究,完善正常条件下的递质释放流程图。________

 

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南极磷虾广泛分布在南极海域,它们主要摄食海水表层的浮游植物,同时也是部分鱼类、企鹅、海鸟、鲸、海豹等生物的饵料,在南极生态系统中扮演着至关重要的角色。

1)南极海域中的各种生物共同构成________,南极磷虾属于生态系统组成成分中的_________。长期捕食磷虾的生物中,蓝鲸长有密集的鲸须,食蟹海豹的牙齿具有复杂缺刻、能够彼此交合,这些过滤结构为捕食成群的南极磷虾提供了方便,体现了生物体的_________相适应的特点。

2)蓝鲸是南极海域捕食磷虾量最大的生物。当极昼来临,蓝鲸在南极海域聚集,它们潜入一定深度捕食,回到水面排泄,鲸粪中含有丰富的氮、磷、铁等,这种行为加快了生态系统的_________,对缺乏矿质元素的极地表层水域非常重要。此时,表层水体中浮游植物爆发性生长,其原因是_________(写出2点)。

3)据调查,磷虾的数量已经连续数十年呈下降趋势,具体原因还不十分确定。图所示为最近100年蓝鲸种群数量的变化趋势。你认为这种变化会使南极磷虾种群数量增加、减少,还是无法确定?请阐述你的理由。________

4)虽然南极磷虾资源蕴藏量巨大,但人类开发利用仍然需要十分谨慎。若想达到生态效益与经济效益双赢,应采取怎样的措施?________

 

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马铃薯叶片光合作用合成的有机物以蔗糖的形式通过韧皮部的筛管运输到地下的匍匐枝,用于分解供能或储存。研究人员对蔗糖的运输、利用和储存进行了研究。

1)叶肉细胞中的________CO2结合形成C3,据图2判断丙糖磷酸是否为碳(暗)反应的第一个产物C3,作出判断的依据是________

2)叶肉细胞合成的蔗糖通过筛管运输至根、茎等器官。

①蔗糖“装载”进入筛管可能通过________使筛管中的蔗糖积累到很高的浓度(选择下列序号填写)。

a.自由扩散       b.协助扩散        c.主动运输

②为了验证光合产物以蔗糖形式运输,研究人员将酵母菌蔗糖酶基因转入植物,该基因表达的蔗糖酶定位在叶肉细胞的细胞壁上。结果发现:转基因植物出现严重的短根、短茎现象,其原因是_________;该酶还导致叶肉细胞外________含量升高,被叶肉细胞吸收后通过_________调节机制抑制了光合作用。

3)马铃薯块茎是通过地下茎顶端的侧向膨胀而不断发育的(见图)。筛管中的蔗糖在此处“卸载”,进入地下茎细胞中,细胞中的蔗糖酶催化蔗糖水解,蔗糖合酶参与催化蔗糖转化成淀粉的过程。据上述信息和图3分析,蔗糖合酶主要分布的部位是__________,其生物学意义是__________

 

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用纸片扩散法测定某病原菌对各种抗生素敏感性的实验,是在某病原菌均匀分布的平板上,铺设含有不同种抗生素的纸片后进行培养。图示为培养的结果,其中抑菌圈是在纸片周围出现的透明区域。下列分析正确的是

A.在图示固体培养基上可用平板划线法或涂布法接种病原菌

B.未出现抑菌圈可能是病原菌与抗生素接触后发生抗性变异

C.形成的抑菌圈较小的原因可能是微生物对药物较敏感

D.不同抗生素在平板上的扩散速度不同会对实验结果造成影响

 

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下列实验程序不正确的是

A.蔬菜加工+泡菜盐水→加调料、装坛无氧发酵泡菜

B.挑选葡萄、冲洗、榨汁→有氧发酵果醋→无氧发酵 果酒

C.动物组织胰蛋白酶制备细胞悬液→原代培养→传代培养

D.离体细胞消毒、接种→脱分化愈伤组织→再分化→试管苗

 

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