2025年大学《空间科学与技术》专业题库- 宇宙中微重力条件生物实验

2025年大学《空间科学与技术》专业题库——宇宙中微重力条件生物实验考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、选择题（每题2分，共20分）1.下列哪一项不属于微重力环境下常见的生物体细胞形态学变化？A.细胞体积增大B.细胞扁平化C.细胞器分布均匀性增加D.细胞膜流动性显著降低2.在空间站进行的微重力生物实验中，为了模拟地面重力环境，常采用的方法是？A.使用超重力离心机B.将实验装置放置在失重舱内C.利用中性浮力在水中模拟D.通过计算机软件进行数据模拟3.微重力导致航天员体液重新分布的主要原因是？A.心脏功能显著增强B.肾脏排水能力下降C.重力对体液的向下拉力消失D.血管舒张功能减弱4.下列哪项不是目前用于地面模拟微重力的常用设备？A.转床（RotatingWallVessel）B.中性浮力模拟池C.惯性离心机D.droptower（落塔）5.在空间生命科学研究中，研究植物向地性响应的意义在于？A.仅用于验证牛顿定律B.帮助理解重力信号感知与传导机制C.主要为了改良作物产量D.探索微重力下新的农业种植模式6.下列哪个领域不属于微重力生物实验的主要应用范畴？A.蛋白质晶体生长研究B.新药筛选与药物递送研究C.地面环境污染治理D.载人航天医学保障7.长期处于微重力环境对航天员的骨骼健康构成威胁，主要表现为？A.骨骼密度增加B.骨骼变粗C.骨骼矿物质含量下降，骨微结构劣化D.骨骼对冲击的承受能力增强8.旋转设施（如转床）用于模拟微重力环境的主要原理是？A.通过向心力完全抵消重力B.通过离心力模拟重力C.通过降低实验容器内的加速度D.通过产生短暂的失重状态9.宇宙中微重力条件下，细胞培养面临的主要挑战之一是？A.细胞营养液均匀分布困难B.细胞生长速度显著加快C.细胞易于自然分层D.培养基无需频繁更换10.发展微重力生物实验技术，除了满足科学研究需求外，主要驱动力之一是？A.提高地面实验室运营成本B.满足地面工业大规模生产需求C.支撑人类探索太空和开发太空资源的需要D.探索地外生命存在的可能性二、填空题（每空1分，共10分）1.微重力通常指低于______的重力水平，其产生主要源于航天器在地球轨道上的______运动状态。2.微重力环境会引起植物种子萌发后的______生长，表现为根和茎的生长方向失去对重力的敏感性。3.在微重力条件下，由于缺乏重力引起的体液shifts，航天员常出现______和______的现象。4.用于研究微重力对细胞形态影响的标准培养系统是______，它能提供无重力的液体环境。5.国际空间站（ISS）是进行长期微重力生物实验的重要平台，其上的______实验模块为生命科学研究提供了独特条件。三、名词解释（每题3分，共12分）1.微重力（或称失重）2.重力适应3.向地性4.空间飞行器实验平台四、简答题（每题5分，共20分）1.简述微重力对生物体细胞水平可能产生的主要影响。2.简述旋转设施（如转床）在模拟微重力时存在的局限性。3.简述微重力生物实验在空间医学领域的一个具体应用实例及其意义。4.简述进行宇宙中微重力生物实验需要克服的主要技术挑战。五、论述题（每题10分，共20分）1.论述微重力环境下进行生物实验（以蛋白质晶体生长为例）可能带来的优势与面临的挑战。2.结合当前空间技术发展趋势，论述微重力生物实验在未来空间探索（如载人登陆火星）中可能扮演的角色和需要关注的关键问题。试卷答案一、选择题1.D2.C3.C4.C5.B6.C7.C8.B9.A10.C二、填空题1.0.01g轨道2.非向地性3.头痛脚肿4.培养箱（或悬液培养箱）5.生物实验三、名词解释1.微重力（或称失重）：指重力加速度非常小（通常低于0.01g）的环境状态，主要由物体在轨道飞行中受到的向心力抵消了重力而产生，并非没有重力。2.重力适应：指生物体在重力环境下长期进化形成的，能够感知、响应并维持自身结构与功能稳定以适应重力环境的各种生理、生化和形态学机制。3.向地性：指植物器官（主要是根和茎尖）在重力场中表现出定向生长的现象，根向地生长（向下），茎背地生长（向上）。4.空间飞行器实验平台：指搭载在航天器（如卫星、航天飞机、空间站）上，用于在宇宙微重力环境下进行科学实验的硬件系统或设施，是开展空间生命科学研究的主要场所。四、简答题1.简述微重力对生物体细胞水平可能产生的主要影响。*解析思路：回答应涵盖细胞结构、功能及分子层面的变化。结构上，细胞常因缺乏有效重力梯度而变得扁平化，细胞器分布不均。功能上，影响细胞骨架（如微管、微丝）的组装和动态重组，改变细胞粘附、迁移和分泌等行为。分子水平上，重力信号通路被激活或抑制，导致基因表达谱改变，影响细胞增殖、分化和凋亡等过程。*答案要点：细胞形态扁平化；细胞器分布改变；细胞骨架重组；细胞粘附、迁移能力改变；基因表达谱变化；影响细胞增殖与分化。2.简述旋转设施（如转床）在模拟微重力时存在的局限性。*解析思路：转床通过旋转产生离心力来模拟局部“重力”，但其模拟的是一种旋转对称的“人工重力”（如1g旋转）或“赤道效应”，而非真正的均匀微重力。其主要局限在于：只有旋转轴上的点处于近似失重状态，而其他区域存在离心力梯度；可能引入额外的惯性力矩和剪切力，影响细胞行为；难以完全模拟地球重力下的自然体液流动和物质分布。*答案要点：模拟的是人工重力而非真实微重力；只有轴上点近似失重，存在梯度；引入离心力梯度、剪切力等非重力因素；难以完全模拟自然重力效应。3.简述微重力生物实验在空间医学领域的一个具体应用实例及其意义。*解析思路：选择一个具体应用，如研究失重对心血管系统的影响或骨骼代谢的影响。说明实验通过何种方式研究（如培养心血管细胞、研究骨细胞吸收与形成），观察到的具体生理变化（如心室重构、骨钙素分泌减少），并阐述这些发现对于理解航天员在轨健康风险、开发有效对抗措施（如药物、锻炼方案）的意义。*答案要点：实例：研究微重力对心血管系统的影响。方法：例如，在空间站培养心肌细胞或研究心血管系统模型。观察：心室重构、血流动力学改变。意义：帮助理解失重导致的心血管问题机制，为开发药物干预或制定锻炼方案提供依据，保障航天员健康。4.简述进行宇宙中微重力生物实验需要克服的主要技术挑战。*解析思路：从实验环境、样本、操作、数据等方面思考。环境方面，微重力下液体行为异常（如漂浮、飞溅）、样本易漂浮团聚、粉末不易落下。操作方面，液体添加、样品转移、移液等精细操作难度大。技术方面，需要开发长期稳定、自动化的实验装置。数据获取方面，成像、传感器安装与数据传输有特殊要求。此外，还需要考虑样本安全和回收。*答案要点：液体管理困难（漂浮、飞溅）；样本固定与分离困难；精确操作（加样、转移）难度大；长期实验装置的稳定性和自动化要求高；成像和数据采集技术要求特殊；样本安全与回收问题。五、论述题1.论述微重力环境下进行生物实验（以蛋白质晶体生长为例）可能带来的优势与面临的挑战。*解析思路：首先论述优势，重点放在微重力如何克服地面重力影响，可能改善晶体质量。例如，减少重力引起的液滴边界层效应，使溶液混合更均匀；抑制重力引起的对流，使晶体生长更缓慢、均匀；可能减少杂质沉降；对于某些溶液，微重力下可能形成地面无法存在的独特晶体形态。然后论述挑战，主要涉及实验技术难度和成本。例如，如何在微重力下精确、无菌地添加母液和晶种；如何长期稳定地培养皿或晶座；如何有效地收集、固定和回收生长良好的晶体；实验平台的成本高昂且使用机会有限。*答案要点：*优势：*溶液混合更均匀（减少边界层效应）。*对流抑制，生长更缓慢、均匀。*杂质沉降减少。*可能获得更高品质或特殊类型的晶体。*探索地面无法生长的晶体形态。*挑战：*精确添加母液/晶种的微操作技术难。*长期稳定培养和监控技术要求高。*晶体收集、固定和回收困难。*实验平台成本高、资源有限。*微重力环境本身可能引入新的影响因素。2.结合当前空间技术发展趋势，论述微重力生物实验在未来空间探索（如载人登陆火星）中可能扮演的角色和需要关注的关键问题。*解析思路：首先阐述微重力生物实验在未来深空探索（如长期火星任务）中的角色，主要是保障人类健康（研究骨质流失、肌肉萎缩、心血管适应等，开发对抗措施）和实现自给自足（如开发空间农业、生产生物再生生命保障系统所需的物资）。其次，结合技术发展趋势（如商业航天发展、小型化、智能化实验设备），讨论未来实验需要关注的关键问题，如提高实验效率和自动化水平以适应更频繁、成本更低的任务；开发更小型、轻量化、集成化的实验平台；加强长期实验能力；关注样本安全和生物安全；利用人工智能分析复杂数据；探索多学科交叉融合的新方向（如生物制造）。*答案要点：*角色：*保障载人深空飞行（如火星任务）中航天员的健康与生命安全（研究失重效应及防护）。*支持太空资源开发与利用（如空间农业、生物材料生产）。*深化对生命基本规律的认识。*需关注的关键问题：