备课素材知识点：航天器微生物及检测 高中生物人教版选择性必修3

这是一份备课素材知识点：航天器微生物及检测 高中生物人教版选择性必修3，共5页。试卷主要包含了空间微生物的危害，空间微生物防控技术试验等内容，欢迎下载使用。
先看一道试题：
为避免航天器在执行载人航天任务时出现微生物污染风险，需要对航天器及洁净的组装车间进行环境微生物检测。下列叙述错误的是( )
A. 航天器上存在适应营养物质匮乏等环境的极端微生物
B. 细菌形成菌膜粘附于航天器设备表面产生生物腐蚀
C. 在组装车间地面和设备表面采集环境微生物样品
D. 采用平板划线法等分离培养微生物，观察菌落特征
解析：嗜极微生物适应极端环境的特性使它们有在空间暴露环境或地外星球环境中存活的可能，因此航天器上存在适应营养物质匮乏等环境的极端微生物，A正确；细菌形成菌膜粘附于航天器设备表面产生生物腐蚀，会腐蚀舱内材料以及设备线路、元器件，B正确；对航天器及洁净的组装车间进行环境微生物检测，需要在组装车间地面和设备表面采集环境微生物样品，C正确；航天器及洁净的组装车间环境微生物很少，分离培养微生物，观察菌落特征，不需要采用平板划线法，D错误。故答案为D。
这道试题中涉及航天器微生物及其检测，供选答案中出现不能用“平板划线法等分离培养微生物，观察菌落特征”，学生不理解，航天器为什么会出现微生物污染风险，风险？如何避免风险？不用平板划线法分离，那么如何进行检测？
为了最大限度地减少污染，航天器一般在洁净室中进行组装。洁净室环境具有严格的清洁和维护程序（控制空气循环、温度、湿度）以及苛刻的洁净室条件（低营养水平、干燥），甚至被认为是不利于微生物生长繁殖的“极端环境”。然而，越来越多的研究工作表明，即使在这种“极端环境”中，依然有多种微生物群存在，并且表现出对干燥、消毒剂和紫外线照射等一系列的抗性。
1.空间微生物的危害
空间微生物是长期载人航天面临的一个重大安全性问题，严重威胁航天员的生命健康和航天器的长期安全运行。
载人航天器内微生物滋生会污染环境，导致航天员感染或生病，腐蚀材料，导致设备故障。
对于地球上的微生物而言，进入空间站将面临空间的微重力环境。微重力能够影响微生物的生长、繁殖和代谢，原本在地球上“无公害”的微生物在空间环境下可能会发生变化。这些微生物从航天器材料中吸取营养并且分泌腐蚀物质，一步步的“吃掉”航天器材料，进而造成材料腐蚀，影响航天器的正常运行。
在空间发生变异的微生物如被带回地球，还会威胁地球生态安全。
因此，空间微生物控制是在航天器的设计建造、在轨运行各阶段采取适当的监测、控制和防护措施，控制航天器的微生物水平，防范其风险。
2.空间微生物防控技术试验
如何对空间站的环境微生物进行控制，避免航天器材料被微生物“吃掉”，是亟需解决的关键技术问题。
例如，在飞行前实施健康监督隔离，通过对航天员飞行前所接触的环境、人员进行控制，从而降低航天员飞行前携带致病菌的风险，确保在飞行前不发生疾病。在航天器的组装过程中严格进行微生物控制，以降低飞行中舱内微生物数量，降低航天员受微生物侵害的可能性。此外，还可以采用如通过航天器内环境控制系统控制微生物数量、制定卫生清洁制度、利用饮食和合理作息来增强航天员自身免疫力等一系列措施，从而有效保障航天员的健康。
第一步：采样
（1）空气中微生物的采样
在装配车间空气中的微生物用狭缝撞击法采样，将营养琼脂平皿置于转盘上，将气样通过采样器的狭缝以较高的流速撞击到琼脂平面，空气中的细菌即留滞在琼脂表面上，经培养后计数菌落数，根据气样量计算每立方米空气中的细菌总数。
也可以用过滤膜取样器采样，浮游细菌采样器采用进口多孔吸入将空气中的尘菌吸入到采样器的一种专用设备可采集空气中多种菌体，然后用于实验室分析。
空气微生物最简单的采样方法是，打开培养皿盖，将其暴露在离地面1.5m高度的空气中5min。
（2）航天器微生物的采样
航天器在组装、测试和发射操作期间都暴露于严重的生物污染风险之中。因此，需要对航天器及其周围环境的微生物清洁度进行维护。定期对航天器硬件表面进行生物检测，必要时进行生物清洗。
为了评估微生物污染的严重程度，欧洲航天局 （ESA）和美国航天局（NASA）使用棉签或湿巾从航天器表面采集样品。
第二步：样品分析——微生物分离、纯化和鉴定
除了检测细菌和真菌的水平之外，还需对微生物的种类进行分析。在样品分析方面，琼脂平板培养法仍然是最常用的微生物检测方法，其他的方法还有ATP荧光检测法，内毒素水平检查法，PCR检测法等。
（1）空气中微生物的分析
使用马铃薯葡萄糖琼脂培养基（PDA）和LB培养基分别收集空气中的真菌和细菌。采集到微生物后，将培养基低温保存 （4℃），并于4h内转移到实验室。PDA平板在25℃下培养3~7d，LB平板在37℃下有氧培养24~48h。分别挑取LB和PDA上的所有菌落，直到分离出纯菌株为止。
（2）航天器微生物的分析
使用棉签或湿巾从航天器表面采集样品后，经过萃取程序（混合物中分离出所需要的单一成分）后，样本会受到短暂的热震（一种激活方法），然后将样本涂在TSA培养基上（一种常用的细菌培养基），最后计算微生物含量。
如果航天器硬件的表面污染超过了可接受限度，需使用酒精或异丙醇、消毒剂和紫外线等方法来减少微生物污染。另外，生物防护罩可以用来包围硬件，避免污染。