2025年大學(xué)《空間科學(xué)與技術(shù)》專業(yè)題庫——太空微中微生物的特性分析考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、名詞解釋（每題4分，共20分）1.微中微生物2.空間輻射生物效應(yīng)3.低頻重力（Low-FrequencyGravity）4.微生物休眠孢子5.生物再生生命保障系統(tǒng)（Biosphere）二、填空題（每空2分，共20分）1.太空環(huán)境主要包括極端輻射、______、真空、溫度劇變和______等物理因素。2.許多微生物在太空環(huán)境下能形成______，這是一種抵抗不利環(huán)境的生存策略。3.真空環(huán)境對微生物的主要影響包括______和水分的______。4.空間輻射能導(dǎo)致微生物DNA產(chǎn)生______、單鏈/雙鏈斷裂等多種損傷。5.微重力條件下，微生物的______和______過程可能受到影響。三、簡答題（每題8分，共32分）1.簡述高能粒子輻射對微生物細胞DNA的主要損傷類型及其后果。2.與地面相比，簡述微重力環(huán)境如何影響微生物的群體行為，例如生物膜的形成。3.為什么說研究空間微中微生物的特性對于保障長期載人航天任務(wù)至關(guān)重要？4.簡述太空微生物研究可能帶來的潛在科學(xué)機遇和應(yīng)用價值。四、論述題（共28分）結(jié)合具體實例或機制，論述微生物在太空（如空間站）環(huán)境中至少三種不同的生理或遺傳適應(yīng)特性，并分析這些特性是如何幫助它們生存并可能引發(fā)問題的。試卷答案一、名詞解釋1.微中微生物：指體積介于微米級（微生物）和亞微米/納米級（超微顆粒）之間的生物體，包括細菌、古菌、部分原生生物、病毒以及細胞碎片、納米顆粒等。**解析思路：*定義需涵蓋“微中”的范圍（大?。饕悇e（細菌、古菌、原生生物、病毒等）以及非細胞成分（病毒、顆粒）。2.空間輻射生物效應(yīng)：指各種空間環(huán)境中的電離輻射（如高能粒子、X射線、伽馬射線）和非電離輻射（如紫外線）與生物體（包括微生物）相互作用，引起其細胞結(jié)構(gòu)和功能損傷、遺傳物質(zhì)改變等一系列生物學(xué)效應(yīng)。**解析思路：*定義需明確輻射類型（電離/非電離），強調(diào)其與生物體的相互作用，并點出主要后果（損傷、遺傳改變）。3.低頻重力（Low-FrequencyGravity）：通常指太空環(huán)境中的微重力（或稱重量lessness）以及由航天器姿態(tài)變化、軌道機動等引起的短暫或持續(xù)的低頻振動和旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的復(fù)合重力環(huán)境。**解析思路：*定義需包含微重力（weightlessness）的核心概念，并強調(diào)其還包括由動態(tài)因素引起的低頻變化，使用“低頻重力”是關(guān)鍵術(shù)語。4.微生物休眠孢子：某些微生物（如細菌、真菌）為適應(yīng)惡劣環(huán)境而形成的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、代謝極低、對環(huán)境脅迫具有高度抗性的休眠形式，是重要的生存策略之一。**解析思路：*定義需突出孢子的“休眠”狀態(tài)（代謝低）、“穩(wěn)定”特性（抗性強）以及“形成原因”（適應(yīng)惡劣環(huán)境），并指出其“生存策略”意義。5.生物再生生命保障系統(tǒng)（Biosphere）：利用封閉生態(tài)系統(tǒng)中生物（植物、微生物等）與物理環(huán)境（氣、水、光照等）的相互作用，實現(xiàn)部分或全部乘員生命必需品（如氧氣、食物、水）循環(huán)利用和再生，以支持長期太空任務(wù)的技術(shù)系統(tǒng)。**解析思路：*定義需抓住核心特征（生物+物理環(huán)境相互作用），強調(diào)“循環(huán)利用/再生”和“生命必需品（O2,F,W）”，并點明其應(yīng)用背景（長期太空任務(wù)）。二、填空題1.低頻重力（或微重力）；氣壓**解析思路：*第一個空需填入與重力相關(guān)的太空環(huán)境因素，微重力是核心，低頻重力更貼合題意，也可能接受微重力。第二個空是太空環(huán)境的另一顯著特征，與地面大氣層不同。2.休眠孢子**解析思路：*這是微生物抵抗惡劣太空環(huán)境（特別是輻射和真空）的典型生存策略，形成孢子是關(guān)鍵。3.離子化；丟失（或蒸發(fā)）**解析思路：*真空會剝奪細胞內(nèi)的水分，導(dǎo)致水分離子化并揮發(fā)流失，這對細胞結(jié)構(gòu)和功能是致命的。4.突變（或DNA損傷）；損傷（或突變）**解析思路：*空間輻射直接或間接損傷DNA，導(dǎo)致堿基改變（突變）或結(jié)構(gòu)破壞（如鏈斷裂），兩者常同時發(fā)生。5.生長；繁殖（或代謝）**解析思路：*微重力普遍被認為會延緩或改變微生物的生長速率和分裂頻率，對整體繁殖速率有影響，同時代謝活動也可能受干擾。三、簡答題1.高能粒子輻射（如質(zhì)子、重離子）具有高能量和強電離能力，能直接或間接（通過產(chǎn)生次級輻射如自由基）損傷微生物DNA。主要損傷類型包括：①堿基損傷：如堿基置換、插入、缺失，改變遺傳信息；②單鏈DNA斷裂（SSB）：DNA鏈的一條鏈斷裂；③雙鏈DNA斷裂（DSB）：DNA鏈的兩條鏈同時斷裂，是最嚴重的損傷，可能導(dǎo)致染色體結(jié)構(gòu)變異或丟失，若不正確修復(fù)可能導(dǎo)致細胞死亡或癌變。這些損傷若不能被細胞有效修復(fù)，將導(dǎo)致基因突變、功能喪失甚至細胞死亡。**解析思路：*首先點明輻射類型和作用方式，然后分點列出主要損傷類型（堿基、單鏈、雙鏈斷裂），最后簡述這些損傷的生物學(xué)后果（突變、功能喪失、死亡等）。2.微重力環(huán)境顯著改變了微生物細胞內(nèi)外的物理特性（如液體表面張力、浮力、沉降速率）和細胞間的相互作用。這會影響微生物的群體行為：①生物膜形成：微重力下，微生物更容易聚集并在表面形成生物膜。由于浮力消失，細胞不易沉降，更容易保持懸浮狀態(tài)并接觸到附著表面，同時液體粘度可能降低，有利于細胞擴散和聚集成膜。生物膜結(jié)構(gòu)可能更致密，產(chǎn)物排出受阻，導(dǎo)致內(nèi)部微環(huán)境差異增大。②群體感應(yīng)：微重力可能影響群體感應(yīng)分子的擴散和信號接收，改變?nèi)后w行為協(xié)調(diào)性。③運動方式：依賴鞭毛或纖毛運動的微生物在微重力下的游動軌跡和速度可能發(fā)生改變。**解析思路：*先解釋微重力對物理環(huán)境的改變，再推及對細胞間相互作用的影響，最后具體闡述對生物膜形成（易聚集、附著）、群體感應(yīng)、運動方式等群體行為的影響機制。3.研究空間微中微生物特性對保障長期載人航天任務(wù)至關(guān)重要，原因如下：①健康風(fēng)險：了解微生物在太空的存活、生長和致病性，有助于評估和預(yù)防對航天員造成的感染風(fēng)險，尤其是在免疫力可能下降的情況下。需監(jiān)測空間站內(nèi)微生物群落變化，防止有害生物污染。②設(shè)備安全：微生物（特別是形成生物膜的微生物）可能腐蝕航天器結(jié)構(gòu)材料，影響電子設(shè)備性能，堵塞管路，威脅任務(wù)安全。③任務(wù)成功：空間實驗的成敗可能受微生物污染干擾，需嚴格控制。生物再生生命保障系統(tǒng)（Biosphere）的運行依賴于對參與循環(huán)的生物（植物、微生物）的深刻理解。④行星保護與起源：研究微生物在極端太空環(huán)境下的生存能力，有助于理解地球生命的起源和宇宙生命的可能性，并需防止地球微生物污染其他天體（如火星），或帶回未知微生物。**解析思路：*從航天員健康、設(shè)備安全、任務(wù)執(zhí)行（實驗、生命保障系統(tǒng)）、科學(xué)探索（行星保護、生命起源）四個主要方面闡述其重要性。4.太空微生物研究具有廣泛的潛在科學(xué)機遇和應(yīng)用價值：①科學(xué)機遇：揭示生命在極端環(huán)境下的適應(yīng)極限和進化機制，為理解生命起源和宇宙中生命的普遍性提供線索。研究微生物間的相互作用在太空條件下的變化，有助于理解微重力等環(huán)境因素對生態(tài)系統(tǒng)功能的影響。②應(yīng)用價值：開發(fā)新型生物材料（如抗輻射、抗微重力材料），用于航天器制造和長期任務(wù)。利用特定微生物或其代謝產(chǎn)物進行太空環(huán)境監(jiān)測（如檢測有毒氣體、輻射水平）。開發(fā)基于微生物的太空食品或營養(yǎng)補充劑。為生物再生生命保障系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計提供理論依據(jù)和技術(shù)支持，實現(xiàn)部分物資循環(huán)利用，減輕發(fā)射負擔(dān)。探索利用微生物降解太空垃圾或處理航天器廢物。**解析思路：*分為“科學(xué)機遇”和“應(yīng)用價值”兩部分，分別從基礎(chǔ)研究（生命適應(yīng)、生態(tài)系統(tǒng)、材料科學(xué)）和應(yīng)用技術(shù)（生物材料、環(huán)境監(jiān)測、食品、生命保障、廢物處理）角度展開論述。四、論述題微生物在太空環(huán)境中展現(xiàn)出多種適應(yīng)特性，以下結(jié)合實例或機制論述三種：1.形成休眠孢子（SporeFormation）：許多細菌和真菌（如芽孢桿菌屬、鏈霉菌屬）能在不利環(huán)境（如地面上的干燥、低溫、輻射）下形成休眠孢子。在太空，雖然某些條件（如真空）可能不利，但極端輻射、溫度波動等仍構(gòu)成脅迫。微生物形成孢子是應(yīng)對這些挑戰(zhàn)的關(guān)鍵策略。孢子具有高度耐輻射性（外層結(jié)構(gòu)保護DNA，修復(fù)酶活性高）、耐干燥性、耐真空和極端溫度。例如，地衣中的真菌在太空返回樣本中能存活并萌發(fā)，其產(chǎn)生的孢子可能起到了關(guān)鍵作用。這種特性使得微生物能夠“潛伏”并通過航天器或探測器傳播到其他天體，構(gòu)成了太空微生物傳播的一個潛在途徑，同時也對長期任務(wù)中的生物污染構(gòu)成威脅。**解析思路：*點明特性（孢子形成），解釋其機制（耐輻射、干燥、真空、溫度），結(jié)合實例（地衣真菌孢子存活），分析其意義（生存、傳播、污染威脅）。2.增強的DNA損傷修復(fù)能力（EnhancedDNARepairCapacity）：太空輻射（高能粒子、紫外線）是導(dǎo)致微生物DNA損傷的主要因素。為了在輻射環(huán)境下生存，微生物進化出了高效且復(fù)雜的DNA修復(fù)系統(tǒng)。例如，Deinococcusradiodurans（耐輻射球菌）以其超強的輻射抗性聞名，其修復(fù)機制包括高效的同源重組修復(fù)（HR）和直接修復(fù)途徑。在普通細菌中，如大腸桿菌，也具有多種修復(fù)途徑（如堿基切除修復(fù)BER、核苷酸切除修復(fù)NER、錯配修復(fù)MMR、單鏈斷裂修復(fù)SSBR等）來應(yīng)對輻射損傷。在太空環(huán)境中，這些修復(fù)系統(tǒng)被高度激活，以修復(fù)由輻射造成的各種損傷（如點突變、堿基錯配、單鏈/雙鏈斷裂）。這種強大的修復(fù)能力使得某些微生物能夠在遠超地面輻射水平的太空環(huán)境中存活、繁殖，并可能引發(fā)基因突變，影響其表型和遺傳特性。**解析思路：*點明特性（增強的DNA修復(fù)），解釋其機制（多種修復(fù)途徑，如HR、BER等），結(jié)合實例（D.radiodurans），分析其效果（生存、突變風(fēng)險）。3.表型可塑性（PhenotypicPlasticity）：表型可塑性是指微生物在不改變遺傳序列的情況下，對環(huán)境變化做出表型（形態(tài)、生理、行為）調(diào)整的能力。微重力、輻射、營養(yǎng)限制等多種太空環(huán)境因素都可能誘導(dǎo)微生物表現(xiàn)出與地面不同的表型。例如，某些細菌在微重力下可能改變其生物膜結(jié)構(gòu)、代謝產(chǎn)物分泌、群體感應(yīng)信號或毒力因子表達。輻射脅迫也可能誘導(dǎo)微生物出現(xiàn)耐藥性變異或改變其