摘要:在代谢的基础上.微生物的个体会由小到大不断地生长.但是.对于单细胞微生物来说.个体的生长很不明显.持续很短时间就开始繁殖.而且生长和繁殖交替进行.界限难以划清.因此.在实际工作中.常以微生物的 为单位来研究微生物的生长.1.微生物群体生长的规律 下面以细菌为例讲述微生物群体生长的规律.将少量的某种细菌接种到恒定容积的液体培养基中.定时取样测定培养基里的细菌数目.然后.以时间为横坐标.以细菌数目的对数为纵坐标作图.便可以得到反映细菌生长规律的曲线.叫做生长曲线.从图中可以看出.细菌群体从开始生长到死亡的动态变化可以分为以下四个主要时期. 调整期 刚刚接种到培养基上的细菌.对新环境有一个短暂的 或适应过程.因此.一般不立即开始 .这段时间称为调整期.这时细菌的代谢 .体积增长 .大量合成细胞 所需的酶类.ATP以及其他细胞成分.调整期的长短与菌种.培养条件等因素有关. 对数期 这个时期的细菌进入 分裂阶段.细胞数目以 数列的形式增加.一个细菌繁殖n代.可以产生2n个细菌.处于对数期的细菌.代谢 .个体的形态和 比较稳定.常作为生产用的 和科研的材料. 稳定期 经过一段时间的高速生长以后.随着营养物质的 .有害代谢产物的 .pH的变化等.细菌的分裂速率 .死亡细胞的数目逐渐增加.整个培养基中新增加的细胞数和死亡的细胞数达到 .这个时期称为稳定期.在稳定期.活菌数目达到 .细胞内大量积累代谢产物.特别是 代谢产物.某些细菌的 也是在这个时期形成的. 衰亡期 随着培养的继续.细菌的死亡速率 繁殖速率.最终导致培养基中的活菌数目急剧下降.这个时期称为衰亡期.到了衰亡期.细胞会出现多种形态.甚至 .有些细胞开始解体. 出代谢产物等. 认识和掌握微生物的生长曲线.具有重要的实践意义.例如.处于对数期的细菌.生长繁殖速率快.代谢旺盛.因此.生产上常用这个时期的细菌作为菌种.以缩短生产周期.又如.进入稳定期后.抗生素等代谢产物逐渐增多.这时如果适当补充营养物质.就有助于延长稳定期.提高代谢产物的产量.为此.人们经过长期的探索.总结出一种连续培养的方法.就是在一个流动装置中.以一定的速度不断地添加新的培养基.同时又以同样的速度不断地放出老的培养基.以保证微生物对营养物质的需要.并排出部分有害代谢产物.使微生物保持较长时间的高速生长.目前.这种方法已成功地应用于酒精.丙酮.丁醇等产品的生产中.连续培养缩短了培养周期.提高了设备利用率.并且便于自动化管理.

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(09吉林市一检)Ⅰ(8分)德国科学家豪森是2008年生理学或医学奖获奖者之一。他的研究证实宫颈癌和人乳头状瘤病毒(HPV)之间存在联系,为宫颈癌疫苗的研制奠定了基础。现在宫颈癌疫苗已经开发出来,使宫颈癌成为人类可以预防和根除的第一种恶性肿瘤。

(1)理论上讲,可以先将纯化的HPV在_________________________中培养、增殖。收获病毒后用灭活剂杀死,但要确保灭活HPV的_________________不被破坏,并且能被人的免疫细胞识别。这样就能得到预防宫颈癌的疫苗了。

(2)HPV疫苗的作用是使一部分淋巴细胞在反应阶段形成_______,当HPV病毒再次入侵时,机体能产生更强的特异性免疫反应,即____________免疫。

Ⅱ(12分)科学技术的进步,使人们的梦想不断成真,一些始料未及的环境问题也随之摆在了人类面前。2007年入夏以来,中国污染最为严重的太湖、巢湖、滇池等相继出现蓝藻爆发,向人们敲响了环保的警钟。中科院正致力于污染处理问题。

(一)蓝藻爆发时,湖面漂浮着一层绿膜,故有人认为这是绿藻而不是蓝藻,二者在细胞结构上最主要的区别是                          

(二)从生态系统的成分看,蓝藻属于       ,若从生态系统的营养结构上看,蓝藻处于      

(三)大范围蓝藻爆发的现象在生态学上称为富营养化,其根本原因是由于大量工业和生活污水的排放,超过了湖泊生态系统      的限度。某些蓝藻会产生并分泌毒素,是该生物的     (初级或次级)代谢产物,对鱼类等水生动物造成危害,甚至可以通过食物链累积危害至牲畜乃至人类,例如:蓝藻毒素对人是一种致癌因子,可使   从抑制状态变成激活状态,导致正常细胞发生癌变。实践证明,只有终止污染物的排放,之后利用生态系统的      稳定性,再辅以必要的人工治理措施,才有可能根治这种“绿色污染”。

(四)科研人员试图利用某种细菌限制蓝藻数量,相关实验的示意图如下。

图中①-⑥表示实验步骤。

 

 

(1)在接种之前,应对培养基进行           。若从微生物的营养角度分析,培养蓝藻,与培养乳酸菌的培养基的显著不同是               

(2)图中②、⑤通常接种的是①、④中已培养至    期的蓝藻和溶藻细菌。 

(3)图中⑤实验组在每个培养皿中,如果做三个重复实验,可采取的做法是:在每个培养皿中,选择三个不同位置,各滴加等量的溶藻细菌培养液。为完善实验设计方案,应增设对照组,可采取的做法是:在每个培养皿中,选择三个不同位置,各滴加                       

(4)蓝藻通常呈蓝绿色,观察实验结果,发现培养皿中出现褪色空斑,说明蓝藻          。 

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  干细胞是一类具有自我更新和分化潜能的细胞。它包括胚胎干细胞和成体干细胞。干细胞的发育受多种内在机制和微环境因素的影响。目前人类胚胎干细胞已可成功地在体外培养。最新研究发现,成体干细胞可以横向分化为其他类型的细胞和组织,为干细胞的广泛应用提供了基础。

  在胚胎的发生发育中,单个受精卵可以分裂发育为多细胞组织或器官。在成年动物中,正常的生理代谢或病理损伤也会引起组织或器官的修复再生。胚胎的分化形成和成年组织的再生是干细胞进一步分化的结果。胚胎干细胞是全能的,具有分化为几乎全部组织和器官的能力。而成年组织或器官内的干细胞一般认为具有组织特异性,只能分化成特定的细胞或组织。

  然而,这个观点目前受到了挑战。最新的研究表明,组织特异性干细胞同样具有分化成其他细胞或组织的潜能,这为干细胞的应用开创了更广泛的空间。按分化潜能的大小,干细胞基本上可分为三种类型:一类是全能性干细胞,它具有形成完整个体的分化潜能。如胚胎干细胞(简称ES细胞),它是从早期胚胎的内细胞团分离出来的一种高度末分化的细胞系,具有与早期胚胎细胞相似的形态特征和很强的分化能力,它可以无限增殖并分化成为全身200多种细胞类型,进一步形成机体的所有组织、器官。另一类是多能性干细胞,这种干细胞具有分化出多种细胞组织的潜能,但却失去了发育成完整个体的能力,发育潜能受到一定的限制,骨髓多能造血干细胞是典型的例子,它可分化出至少十一种血细胞,但不能分化出造血系统以外的其它细胞。还有一类干细胞为单能干细胞(也称专能、偏能干细胞),这类干细胞只能向一种类型或密切相关的两种类型的细胞分化,如上皮组织基底层的干细胞、肌肉中的成肌细胞。

  总之,凡需要不断产生新的分化细胞以及分化细胞本身不能再分裂的细胞或组织,都要通过干细胞所产生的具有分化能力的细胞来维持机体细胞的数量,可以这样说,生命体是通过干细胞的分裂来实现细胞的更新及保证持续生长。

  随着基因工程、胚胎工程、细胞工程等各种生物技术的快速发展,按照一定的目的,在体外人工分离、培养干细胞已成为可能,利用干细胞构建各种细胞、组织、器官作为移植器官的来源,这将成为干细胞应用的主要方向。请回答有关问题:

(1)从上面材料可以知道干细胞的重要特征是什么?

(2)干细胞要形成组织或器官必须进行什么生理过程?

(3)在器官移植时常要发生排拆反应,你认为采用什么方法可以解决这个问题?

(4)你认为在干细胞研究中可能出现的不利影响是什么?

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细菌、病毒等病原微生物给人类的健康带来了极大的危害,千百年来,人们一直在努力寻找能够与这些病原微生物抗衡的药物。直到1928年英国的细菌学家弗莱明(A.Fleming)通过实验发现了青霉菌分泌的青霉素能有效地杀死细菌,1941年英国剑桥大学毕业的科学家弗洛理(H.W.Florey)和钱恩(E.B.Chain)研究出了大规模生产青霉素的方法,并于1943年用于临床治疗,才使得成千上万的人得到救治。鉴于弗莱明、弗洛理、钱恩在青霉素研究和开发方面做出的巨大贡献,三人共享了1945年的诺贝尔医学和生理学奖。青霉素的研制成功,激发了微生物学和医学史上规模最大的科学探索活动,开创了抗菌药物开发的新纪元,各种抗生素的研制、开发和利用蓬勃发展。目前,人们经常使用的抗生素有200多种,在人类控制感染性疾病等方面起到了重要的作用。
请回答下列问题:
(1)微生物在代谢过程中,会产生多种多样的代谢产物,根据代谢产物与微生物生长繁殖的关系,青霉素属于___________。高产青霉素菌株是通过________技术培育而获得的。
(2)青霉素不仅应用在医疗方面,在基因工程技术中仍有广泛的应用。请举一例说明青霉素在基因工程操作步骤中的应用:____________________________________________
(3)抗生素是指微生物在代谢过程中产生的,能抑制或杀灭其他种类微生物的化学物质。抗生素类药物刚刚开始使用时,人们普遍地认为它能有效地杀灭细菌而对人体无害。但是,近60年的实践说明,细菌可以针对一种甚至几种抗生素产生耐药性。以前用抗生素容易对付的结核杆菌、金黄色葡萄球菌、肺炎双球菌等,现在已经产生了对一种或几种抗生素的耐药性,医生有时也无计可施,现在这个名单正在变得越来越长。细菌为什么会产生抗药性呢?
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(4)下列使用抗生素的事例有可能是你和你的家人经历过的,请你分析其合理性。
①甲患了流行性感冒立即使用抗生素,他认为早用抗生素可以更早地痊愈。
②乙在生病时,为了更快地控制病情,自行在医嘱的基础上加大服药计量。
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(5)在生活中,你能否为你的父母设计一个小实验,证明青霉素能有效地抑制和杀灭细菌?
①你将选择什么样的实验材料?   ②简要写出操作过程。③请预期实验结果。
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