民國115年 高考三級 環境工程 環境化學與環境微生物學
第4題
地下水受三氯乙烯（TCE）污染時，可利用生物復育進行整治。TCE 的 微生物轉化主要包括好氧氧化與厭氧還原脫氯。請從微生物細胞能量學 的角度，分別說明微生物如何…
題目
地下水受三氯乙烯（TCE）污染時，可利用生物復育進行整治。TCE 的 微生物轉化主要包括好氧氧化與厭氧還原脫氯。請從微生物細胞能量學 的角度，分別說明微生物如何參與TCE 的好氧與厭氧轉化，並比較TCE 在兩種途徑中分別扮演何種角色？（25 分）
參考解答（AI 生成，非官方）
- 一、三氯乙烯（trichloroethylene, TCE）屬含氯乙烯類化合物（chlorinated ethene），碳具較高氧化態且 C-Cl 鍵強，自然水解緩慢。微生物可經好氧氧化（aerobic oxidation）與厭氧還原脫氯（anaerobic reductive dechlorination）轉化，但兩者能量學及 TCE 所扮演之角色截然不同。
- 二、好氧氧化多屬共代謝（cometabolism）：甲烷氧化菌、氨氧化菌或甲苯分解菌以甲烷、氨或甲苯為生長基質，其單加氧酶（monooxygenase，如 sMMO、AMO、toluene dioxygenase）同時氧化 TCE，生成 TCE 環氧化物，再經水解與脫氯形成二氯乙酸、乙醛酸及 CO2，過程需 O2 與 NADH/NADPH 提供還原當量。
- 三、能量學上 TCE 並非生長基質，氧化 TCE 不產生可供合成 ATP 之能量，反而消耗還原當量，且環氧化物具毒性可能抑制菌體；故微生物並非利用 TCE 取得能量，而是非專一性酵素之副反應，須持續供應甲烷等基質以維持酵素活性。
- 四、厭氧還原脫氯屬有機鹵化物呼吸（organohalide respiration）：以 H2 為電子供給者、TCE 為末端電子接受者，經還原脫鹵酶（reductive dehalogenase, RDase）依序脫氯為二氯乙烯（DCE）、氯乙烯（VC）與乙烯（ethene），代表菌為 Dehalococcoides mccartyi，需維生素 B12 與氫化酶。此途徑可經膜上電子傳遞建立質子梯度而產生少量 ATP，屬可維持生長之呼吸作用，惟產率遠低於氧呼吸，菌體生長緩慢。
- 五、角色比較與應用：好氧途徑中 TCE 為被共代謝氧化之受質（cometabolic substrate），微生物真正能源來自甲烷或氨；厭氧途徑中 TCE 為電子接受者（electron acceptor），微生物藉其還原取得能量。實務上可依氧化還原環境選擇生物通風、甲烷注入或生物增強脫氯（bioaugmentation），並監測 DCE/VC 與乙烯之比值以評估成效。
AI 依官方試題文字產生的參考解答，非考選部公告答案，內容僅供備考參考。