民國115年 高考三級 環境檢驗 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、能量學原則：微生物轉化污染物需取得能量（ATP）與還原力（NADH、NADPH）。TCE 的碳平均氧化態為＋1，既可被進一步氧化，亦可被還原脫氯。因此其角色隨途徑而異：好氧時為共代謝基質，厭氧時為電子接受者。
- 二、好氧轉化：TCE 無法作為唯一碳源與能源，屬共代謝（cometabolism）。甲烷氧化菌的可溶性甲烷單加氧酶（soluble methane monooxygenase, sMMO）、氨氧化菌的氨單加氧酶（ammonia monooxygenase, AMO）、甲苯或酚降解菌的加氧酶，會以 O2 與還原力將 TCE 環氧化為 TCE-epoxide，再水解為二氯乙酸、乙醛酸、甲酸等。能量則來自甲烷、氨或甲苯等初級基質。
- 三、厭氧轉化：TCE 作為終端電子受體，進行脫鹵呼吸（dehalorespiration）。電子供體多為 H2（由發酵菌提供），經還原脫鹵酶（reductive dehalogenase, RDase，含鈷胺素輔基）催化 TCE→cis-DCE→VC→乙烯（ethene），並經電子傳遞鏈建立質子驅動力以合成 ATP。代表菌為 Dehalococcoides mccartyi。
- 四、角色比較：好氧途徑中 TCE 為非生長基質（gratuitous substrate），不被微生物用以產能，且環氧化物具毒性，可能使酵素失活；厭氧途徑中 TCE 為電子接受者，其還原可產能，但自由能隨脫氯程度遞減，乙烯生成步驟能量收益低，需嚴格厭氧、低氧化還原電位與低 H2 閾值。
- 五、應用啟示：好氧共代謝需供應 O2 與初級基質，並注意競爭性抑制；厭氧脫鹵需添加乳化油、乳酸鹽等緩釋 H2 的基質，並監測 VC 累積、Dehalococcoides 菌量（qPCR）與脫鹵酶基因，以避免不完全脫氯造成毒性中間產物殘留。
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。