2020年高中生物学竞赛春季疫情辅导讲义
生物反应
2020.4南京
5 微生物反应器操作
5.1微生物反应器操作基础
5.1.1 微生物反应器操作方式
分批式操作：是指基质一次性加入反应器内，在适宜条件下将微生物菌种接入，反应完成后将全部反应物料取出的操作方式。
连续式操作：是指分批操作进行到一定阶段，一方面将基质连续不断地加入反应器内，另一方面又把反应物料连续不断的取出，使反应条件不随时间变
化的操作方式。
流加式操作：是指先将一定量基质加入反应器内，在适宜条件下将微生物菌种接入反应器中，反应开始，反应过程中将特定的限制性基质按照一定要求
加入到反应器内，以控制限制性基质浓度保持一定，当反应终止时取
出反应物料的操作方式。
V
t
图5－1 分批式操作中基质体积变化
V
t
图5－2 流加式操作
V
t
图5－3连续式操作
5.1.2 不同操作方式的特点
在分批式操作中，反应液中基质浓度S随反应进行不断降低，菌体浓度X、产物浓度P则不断升高，因此是一个动态变化过程。当微生物反应存在底物抑制时，初期底物浓度高不利于反应。后期底物浓度过低，则反应速度很低。
在流加式操作中，基质浓度控制在一定水平，避免了底物抑制问题。流加过程中反应液体积是变化的。流加式操作可达到拟稳态。
在连续式操作中，反应液体积V、底物浓度S、菌体浓度X、产物浓度P保持恒定，连绵式操作是一个稳态过程。
5.1.3 不同操作方式的优缺点
见教材73页表5-1。
5.2连续式操作
连续式操作有两大类型，即CSTR型和CPFR型，CPFR型多用于酶促反应过程，微生物反应的连续式操作多采用CSTR型。
根据达成稳定状态的方法不同，CSTR型连续操作，大致可分为以下3种：
恒化器法：指连续培养过程中，基质流加速度恒定，以调节微生物细胞的生长速率与恒定流量相适应的方法。
恒浊器法：指预先规定细胞浓度，通过基质流量控制，以适应细胞的既定浓度的方法。
营养物恒定法：指通过流加一定成分，使培养基中的营养成分恒定的方法。
5.2.1 恒化器法单级连续操作
5.2.1.1 数学模型
图5－4所示的单级CSTR培养系统中，流入液中仅一种成分为微生物生长的限制性因子，其他成分在不发生抑制的条件下充分存在。
图5－4 单级CSTR 培养系统
菌体的物料衡算式：变化量 = 流入量+生长量-流出量
即：FV X V dt
dX
V
-μ= （5－1） 限制性基质的物料衡算式：变化量=流入量-流出量－消耗量
即X V S FS dt
dS
V
out in γ--= （5－2） 产物的物料衡算式：变化量=流入量＋生成量-流出量
即：FP X V dt
dP
V
-π= （5－3） （5－1）式～（5－3）式两边同除以V ，则
X D dt dX
)(-=μ （5－4） X S S D dt dS
out in γ--=)( （5－5） DP X dt
dP
-π= （5－6） 式中 D 为稀释率，V
F
D =
稳定状态下，0===dt
dP
dt dS dt dX ，因此
D=μ （5－7） )(/out in S X S S Y X -= （5－8）
)(/out in S P S S Y P -= （5－9）
若微生物生长符合莫诺模型，则
D
D
K S S out -=
max μ （5－10）
（5－7）式～（5－10）式为恒化器法单级连续培养的数学模型。稀释率D 是一个
F （S ，X ，P ）
F （S 0，X 0） S ，X ，P
重要的操作参数。根据上述方程可知当D 确定时，μ、S 、X 、P 即可唯一确定。D=F/V ，因此，当反应液体积一定时，可通过控制流量F 来控制μ、S 、X 、P ，这正是恒化器法又被称为外部控制方法的缘故。 5.2.1.2连续稳态操作条件：
D 的取值是有限制的，即应有in
S in
crit S K S D D += 式中，crit D 为临界稀释率。 微生物反应一般是在S in K S >>条件下进行的，所以max μ≈crit D 当D >crit D 时，根据（5－4）式可知，反应器中菌体终将全部被冲出(wash-out)，称为冲出现象。 5.2.1.3菌体产率、产物产率 菌体产率???? ??--==D D K S D Y DX P S in S X X max /μ （5－11） 产物产率???? ??--==D D K S D Y DP P S in S P P max /μ （5－12） 获得最大菌体产率（或最大产物产率）时的稀释率为 ??? ? ? ? +- =in S S S K K D 1max max μ （5－13） 此时，最大菌体产率为 ( )2 /m ax m ax m ax m ax /m ax m ax )(S S in S X S in S X K K S Y D D K S Y D DX -+μ=??? ? ??-μ -= （5－14） 最高产物产率为 ( )2 /m ax m ax m ax m ax /m ax m ax )(S S in S P S in S P K K S Y D D K S Y D DP -+μ=??? ? ??-μ -= （5－15） 当in S S K <<时， in S X S Y DX /max max )μ=（，in S P S Y DP /m ax m ax )μ=（ （5－16） 例1：以葡萄糖为限制性底物，连续培养大肠杆菌，在此培养条件下，测得实验数据如下，比较理论与实验的结果。已知μm =1.08h -1，K S =0.102g/L ，Y X/S =0.505g/g 。 单级恒化器连续培养大肠杆菌 S 0=0.968g/L 稀释率D(h -1) 葡萄糖S(mg/L) 菌体浓度X(mg/L) 菌体产率DX(mg/L.h) 0.06 6 427 26 0.12 13 434 52 0.24 33 417 100 0.31 40 438 136 0.43 64 422 181 0.53 102 427 226 0.60 122 424 254 0.66 153 422 279 0.69 170 430 297 0.71 221 390 277 0.73 210 352 257 解：根据实验数据计算菌体产率DX ，列入上表。根据理论公式计算不同稀释率下的葡萄糖浓度S 、菌体浓度X 和菌体产率DX ，列入下表。 D D K S m S -= μ，)(0/S S Y X S X -=， 单级恒化器连续培养大肠杆菌 S 0=0.968g/L 稀释率D(h -1) 葡萄糖S(mg/L) 菌体浓度X(mg/L) 菌体产率DX(mg/L.h) 0.06 6 486 29 0.12 13 482 58 0.24 29 474 114 0.31 41 468 145 0.43 67 455 196 0.53 98 439 233 0.60 127 425 255 0.66 160 408 269 0.69 180 398 275 0.71 196 390 277 0.73 213 381 278 分别以实验数据和理论数据绘制S~D 、X~D 及DX~D 曲线。实验曲线用实线表示，理论曲线用虚线表示。 100 150200250300350400450500 X (m g /L ), D X (m g /L .h ) 200300400500600 7008009001000 S (m g /L ) 观察理论曲线与实验曲线的拟合情况，可以发现，两组曲线基本吻合，在稀释率较小时X~D 理论曲线与实验曲线存在较大偏差。 例2葡萄糖为限制性基质进行呼吸缺陷型酵母突变株的单级连续培养（恒化器法）。请给出存在乙醇抑制和无抑制两种情况下稀释率D 与菌体浓度X 、基质浓度S 与产物浓度P 的关系。已知原料中不含产物乙醇（P in ＝0），基质浓度S in =10g/L 。存在乙醇抑制的生长动力学模型可采用 P K K S K S P P S ++μ= μmax 解：存在乙醇抑制时，P K K S K S P P out S out ++μ= μmax 连续培养稳态下， μ=D D P K K D K S P P S out -+μ= m ax ? ??? ?? ??-+μ- =-=D P K K D K S Y S S Y X P P S in S X out in S X m ax //)( ???? ? ? ??-+μ- =-=D P K K D K S Y S S Y P P P S in S P out in S P max //)( 无乙醇抑制时， out S out S K S +μ= μmax 连续培养稳态下， μ=D D D K S S out -μ= max )(max /D D K S Y X S in S X -μ- = )(max /D D K S Y P S in S P -μ- = 例3判断题 1) 单罐连续培养稳态下，稀释率与生长比速的关系： D>μ (? ) D=μ (√ ) D<μ (? ) D=μ=0 (? ) 3) 单罐连续培养稳态下，在洗出稀释率下，可达到最大的菌体产率。(?) 4) 单罐连续培养稳态下，在D max 的细胞浓度不是最大细胞浓度。(√) 5) 单罐连续培养稳态下，细胞浓度越高，菌体产率越大。(?) 6) 单罐连续培养稳态下，在洗出稀释率下罐内底物浓度等于零。(?) 7) 单罐连续培养稳态下，细胞浓度越高，罐内底物浓度越低。(√) 例4（教材例4－7）求青霉素连续发酵的稳定状态下最大菌体生成速度(DX )max 及此时的稀释率D max ，菌体浓度X 和基质浓度S out 。已知S in =30g/L ，Y X/S ＝0.45，菌体生长可用Monod 方程表达，μmax =0.18h -1，K S ＝1.0g /L 。 解：菌体生长符合Monod 模型，连续培养稳态下达到最大菌体生成速度的稀释率 )(15.0300.10.1118.011m ax m ax -=???? ??+-?=??? ? ? ?+- μ=h S K K D in S S )/(515 .018.015 .00.1max max max L g D D K S S out =-?=-μ= )/(25.11)530(45.0)(/L g S S Y X out in S X =-?=-= )]/([69.125.1115.0)(m ax m ax m ax h L g X D DX ?=?== 5.2.2 具有反馈的单级连续培养 有时为了增加反应器内的菌体浓度，或者在某种条件下提高发酵产物的产率，对单级连续培养可以采取将反应器排出液中的部分菌体重新返回反应器中。 5.2.2.1 数学模型 （1+δ）F （X ，S ） F （S 0） S ， X F{[1+δ（1-γ）]X ，S} 图5－5 具有反馈的单级连续培养 图5－5表示具有反馈的单级连续培养系统，图中g 为微生物的浓缩系数（g >1），r 为再循环反应液的比例（返回的反应液与供给的新鲜反应液的体积比）。 菌体衡算式： X V X r F FrgX dt dX V μ++-=)1( （5－17） 基质衡算式： X V FrS S r F FS dt dS V in γ-++-=)1( （5－18） 培养达到稳定状态时，0==dt dS dt dX 即： μ=D (1+r-gr )=DR （5－19） )()()(/0out in S X out in S S R Y S S R S S D X -=-γμ =-γ= （5－20） 式中，R 为循环浓缩因子，R ＝1＋r －rg ，10< DR K K S S S -μ=μ-μμ= max max （5－21） （5－19）式、（5－20）式、（5－21）式为具有反馈的单级连续培养数学模型。 5.2.2.2稳态操作条件： R S K S R D S crit max 00 max 1μμ=+?= (在通常情况下，S in < 可见，具有反馈的单级恒化器与无反馈的单级恒化器相比，稳定状态下的菌体浓度X 增大，临界稀释率增大。 5.2.2.3 菌体产率 对具有反馈的单级连续培养，还应考虑排出反应液中的菌体浓度X '。 菌体分离装置处的菌体衡算式为 FrgX X F X r F +'=+)1( （5-23） 所以，从分离装置处流出的菌体浓度 RX X gr r X =-+=')1( （5-24） 菌体产率 X RX R X D μ=?μ = ' （5-25） 例5（教材例4－9）以葡萄糖为基质在如下条件进行具有反馈的连续操作。V ＝1m 3；F ＝0.1m 3/h ；Y X/S ＝0.158g /g (以细胞/葡萄糖计)；S in =10kg /m 3；r =0.8；g =1.5。已知微生物反应可以用Monod 方程来表示，其中μmax =0.41h -1，K S ＝0.22kg /m 3，求比生长速率μ，反应器内基质浓度S out 和菌体浓度X 和分离装置出口处的菌体浓度X '。 解：微生物反应可以用Monod 方程来表示，具有反馈的连续培养稳态下， )(1.01 1 .01-====μh V F D 6.05.18.08.011=?-+=-+=rg r R )/(038.06 .01.041.06 .01.022.03max max max m kg DR DR K DR DR K K S S S S out =?-??=-μ=-μ=μ-μμ= )/(62.2)038.010(6 .0158 .0)(3/m kg S S R Y X out in S X =-?=-= )/(57.162.26.0)1(3m kg RX X gr r X =?==-+=' 5.2.3多级连续培养 5.2.3.1数学模型：以微生物生长符合莫诺模型为例。 K 图5－6 多级连续培养 操作达到稳态时，第一级罐 D =1μ （5-26） F ，S 1，X 1，P 1 F ，S 2，X 2，P 2 F ，S 3，X 3，P 3 F ，S o )(10/1S S Y X S X -= （5-27） )(10/1S S Y P S P -= （5-28） D D K S S -= max 1μ （5-29） 第n 级罐物料衡算式 01=μ+-=-n n n n n X V FX FX dt dX V （5-30） 01=γ--=-n n n n n X V FS FS dt dS V （5-31） 01=π+-=-n n n n n X V FP FP dt dP V （5-32） n S n n S K S +μ= μmax （5-33） 化简，得 n n n D DX X μ-= -1 （5-34） D Y X S S S X n n n n /1μ- =- （5-35） D Y X Y P P S X n n S P n n //1μ+ =- （5-36） n S n n S K S += max μμ （5-37） 例6 某微生物的生长可用Monod 方程来描述，并且μmax =0.5/h ，K S =2g/L 。(1) 连续培养中，流加基质浓度S o =48g/L ，Y X/S =0.45g/g ，在稳定状态下，菌体的最大生产强度为多少？(2) 采用相同容积的发酵罐，且D=0.2/h 连续稳定状态下培养，若要保证反应系统的基质流出浓度S 小于0.5g/L ，问需要几个发酵罐串联？基质转化率为多少？ 解：(1)微生物的生长可用Monod 方程来描述， 连续培养稳态下， 取得最大生产强度的稀释率 )(4.0482215.011m ax m ax -=???? ??+-?=??? ? ? ?+-μ=h S K K D in S S )]/([2.74.05.04.024845.04.0)(m ax m ax m ax /m ax m ax h L g D D K S Y D DX S in S X ?=??? ??-?-??=??? ? ??-μ -= (2) 连续培养稳态下，第一级罐中 )(2.011-==μh D ) /(33.12 .05.02 .02max 1L g D D K S S =-?=-μ= )/(21)33.148(45.0)(10/1L g S S Y X S X =-?=-= 第二级罐中： 2 1 2μ-= D DX X （1） D Y X S S S X /2 212μ- = （2） 2 2 max 2S K S S +μ= μ （3） 联立方程求解,得，S 2=0.3 g/L L g /5.0<，所以采用两个罐串联即可达到要求。 基质转化率:994.048 3 .048020=-=-= χS S S 5.2.4 连续培养中的杂菌污染和菌种变异 目前，除大规模工业化生产单细胞蛋白、工业化处理废水采用连续培养技术之外，其他发酵产品的工业生产极少采用连续培养技术。主要原因有三： (1)杂菌污染问题。因连续培养以长期、稳定连续运转为前提，在整个培养过程中，必需不断地供给无菌的新鲜培养基，好氧发酵时，必需同时供给大量的无菌空气，这两种供给的过程中极易带来杂菌的污染，长期保持连续培养的无菌状态非常困难。 (2)菌种变异问题。因工业化生产所用菌株大都是通过人工诱变处理的高度变异株，在长期的连续培养过程中容易使回复突变菌株逐渐积累，最后取得生长优势。 (3)成本问题。为降低成本,其一要使原料以最大的转化率和最大的产率转化为产物；是使发酵终了液中含有尽可能高的产物浓度，以缩小产物分离提取系统的规模和操作的费用。一些发酵过程其产物的分离提取费用约占生产总成本的40%以上；而对于大多数抗生素和精细化学品的发酵生产，其本身就是一个高成本分离过程的生产过程。而在连续培养过程中，流出的发酵液中产物浓度一般比分批培养、流加培养的低，结果加重了分离提取的负荷，在生产成本上没有竞争力。目前连续培养的应用主要集中在研究领域。 设连续培养微生物X 的过程中被Y 或Z 或W 微生物所污染。其中杂菌Y 在给定的限制性底物S 中的比生长速率X Y μμ<；杂菌Z 在S 中的比生长速率X z μμ>；而杂菌W 在S 中的比生长速率w μ则与S 有关。三种菌在连续培养中与微生物X 的生长关系如图所示。 根据连续培养理论，X X D =μ 对于杂菌Y ，在一定S 下，X X Y D =<μμ， 0<-=Y D Y dt dY X Y μ，因此杂菌Y 被冲出，不能残存在系统中。 对于杂菌Z ，在一定的S 下，X X z D =>μμ， Z D Z dt dZ X Z -=μ,因此杂菌Z 将残存在系统中。其残存方式是： 由于0>dt dZ ，微生物Z 增殖，Z 的增殖将导致限制性底物浓度S 的下降，下降至S ' 时，有X Z D =μ，建立了一个在S '下新的稳定状态。在S '下，X X D <'μ，微生物X 将从培养系统中洗出。 对于杂菌W ，W 的残存与否取决于操作的稀释率，在D=0.25D crit 时,X 将洗出，在D=0.75D crit 时,W 将被洗出。 由此可见，在系统中保留的是在此环境中比生长速率最大的微生物。 5.2.5连续培养在研究领域的应用 (1)发酵动力学参数的测定。 莫诺模型中μmax 、K S 的测定：绘制 S S ~μ 曲线或 S 1 ~ 1 μ 曲线，即可由直线斜率和截距计算出μmax 、K S 。为了达到测定的准确性，就要求S-μ数据准确、可靠、重现性好。 采用分批培养，由于过程的不稳定性，数据重现性不好，另外还要求底物、菌体浓度测定方法极为灵敏、准确；而连续培养由于过程的稳定性，数据准确、可靠、重现性好。测定一般采用恒化器实验，即控制不同的稀释率D ，使系统达到稳定状态后，测定 μ X Z S X Y μ S μ X W S 相应的底物浓度S ，而μ=D ，这样，就得到了μ-S 数据。 产物动力学模型中系数的测定： dt dX B A dt dP +=，可变形为μ+=π B A 同样采用恒化器实验，即控制不同的稀释率D ，使系统达到稳定状态后，测定相应的产物浓度P 、菌体浓度X ，根据连续培养产物恒算式X DP Q P = 计算Q p ，而μ=D ，这样，就得到了μ-Q p 数据。绘制Q p ~μ曲线，根据直线斜率、截距即可计算出α、β。 (2)确定最佳培养条件 这是过程优化的一个内容。对于一个发酵过程，优化的内容包括：什么样的条件下能获得最大菌体产率 dt dX 、产物产率dt dP ？什么样的条件下能获得最大的菌体得率S X Y /、产物得率S P Y /？控制哪种限制性底物，在何种浓度水平才能最大限度地避免其他副产物的形成？下面将举例说明。 微生物培养的目的有两个：一是菌体，二是产物。先以面包酵母生产为例。以葡萄糖为限制性底物，在不同稀释率D 下进行连续培养，测定稳态下的菌体浓度X 、糖浓度S 、乙醇浓度P 并计算出得率Y X/S 、乙醇生成比速π，可得如图5－7所示培养结果。 D 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 S X Y / D 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 S 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.2 0.1 π (a) (b) (c) 0.4 0.3 0.2 0.1 图5－7 面包酵母连续培养实验结果 由图(a)可知：在D=0.1-0.25之间培养能够取得最高转化率Y X/S =0.5g/g ；在此种稀释率D 下，所对应的葡萄糖浓度S ≤0.12g/L ，如图(b)所示；在这一底物浓度下，乙醇的比产生速率Q P =0，如图(C)所示。根据这些参数间的关系，可知在培养面包酵母时，应控制发酵液中面包酵母的比生长速率μ在0.1-0.25之间,选择合适的初糖浓度S 0，使培养操作时的底物浓度S ≤0.12g/L ；在此条件下培养，基本无乙酵生成，转化率可达到最高为50%。 生产中呼吸商RQ 是易于测定和控制的参数，RQ=Q CO2/Q O2。测定培养过程菌体浓度X 、氧摄取速率Q O2、二氧化碳排出速率Q CO2，计算呼吸商RQ ，可得图5－8所示的结果。 D 图5－8 连续培养面包酵母时各参数间的关系 从图中可以看出：呼吸商RQ 为1时取得最大转化率Y X/S ，呼吸商RQ 大于1时，转化率下降。 综合上述结果，可得培养面包酵母的最佳培养条件：S=0.12g/L ；μ=0.25h -1；RQ=1，此时，转化率、产率均可达到最大值。 依此培养条件，采用连续培养或流加培养就能够获得最好的培养结果。事实上，现代工业化规模生产面包酵母的流加培养和操作控制技术就是建立在上述研究基础上的。 我们再举一个以得到发酵产物为目的例子。在这类发酵中，过程优化的问题就是研究如何提高产物产率。其中研究限制性底物对产物比生成速率的影响十分重要。 在各种限制性底物对链球菌产生乳酸的研究中得到如下结果。 限制性底物 稀释率D(h -1) 细胞产酸力Y P/X （g/g ） 比产物生成速率π (h -1) 乳酸P(g/L) 葡萄糖 0.017 5.4 0.092 4.0 葡萄糖 0.034 6.1 0.21 4.0 S X X Q CO2 Y X/S X ，Y X /S ，R Q Q C O 2，Q O 2 12 8 4 葡萄糖 0.051 6.0 0.31 3.8 氮 源 0.034 26.3 0.89 10.0 磷酸盐 0.034 80.0 2.7 4.8 表中细胞产酸力Y P/X 反映了生长与产物的偶联情况。当以葡萄糖为限制性底物时，生长与产酸相偶联；而当以氮源或磷酸盐为限制性底物时，由于氮源和磷酸盐都是构成菌体成分的物质，氮源或磷酸盐的限制，使葡萄糖的代谢与生长速率无关，即生长与葡萄糖代谢非偶联，促使葡萄糖的分解代谢产物乳酸大量产生、积累，菌种的比产物生成速率提高了一个数量级。 (3)富集、选育特殊性状的菌种 一般的菌种选育方法有物理诱变法、化学诱变法，利用连续培养技术选育菌种，是一种十分简便的方法。这种方法包括两个要点：一是要针对具体选定的微生物群，根据所要求的功能建立高度选择的培养环境，使得无此功能的微生物在此环境中不能生长或极少生长，例如，选育能够利用碳氢化合物的微生物，则需以碳氢化合物为唯一碳源；又如选育的是酵母而非细菌，则可在高酸性条件下培养，pH3-4；如果所选育的是嗜热微生物，则在高温条件下培养。第二个要点是选择合适的稀释率。 5.3流加式操作 图5－9 流加式操作 在流加式操作中，反应液体积是变化的，F dt dV =。 5.3.1流加操作的数学模型 流加操作中菌体、基质、产物的物料衡算式： XF VX dt XdV dt VX d dt dX V -=-=μ)( （5-38） FS VX FS dt SdV dt VS d dt dS V in -γ-=-=)( （5-39） F ，S 0 X S PF VX dt PdV dt VP d dt dP V -π=-=)( （5-40） 当培养达到拟稳态时，基质浓度S 、菌体浓度X 恒定。即： 0==dt dX dt dS （5-41） 即： 0=-μXF VX （5-42） 0)(=γ--VX S S F in （5-43） 化简后，得到 D =μ （5-44） )(/S S Y X in S X -= （5-45） （5-40）式化简可得， PD X dt dP -π= （边界条件：0,0P P t ==） (5-46) 对（5－46）式积分，得 ()()[]Dt S S Y Dt P P in S P ---+-=ex p 1)ex p(/0 (5-47) 若00=P ， 则()()[]Dt S S Y P in S P ---=ex p 1/ (5-48) 流加操作中有关参数的变化如图5－10所示。 图5-10 流加操作中有关参数的变化 5.3.2 流加的方式 指数流加：指稀释率D 恒定，对Vdt dV V F D == 积分，得Dt e DV F 0=。即基质流量按指数规律变化，这种方式可达到拟稳态，微生物呈指数生长。 X ，S ，P t V t 定流量流加：流量F 恒定，定流量流加的最大特点是微生物进行线性生长，即 L K dt VX d =) (（一定） 5.3.3流加操作的控制 流加操作的控制包括无反馈控制和反馈控制。无反馈控制的流加操作是指按预先设置好的模式进行底物的流加。因此，系统的数学模型是否正确成为控制成败的关键。另外，由于微生物反应的复杂性，使实际情况总会与理论模型存在偏差，而无反馈控制不能及时修正偏差。反馈控制则可弥补这一缺陷。反馈控制又可分为直接反馈控制和间接反馈控制。直接反馈控制监测的是发酵液中底物浓度S 、菌体浓度X 、产物浓度P 等直接指标。如果些指标不能在线测定，可以监测溶氧、pH 等可在线测定的间接指标，这就是间接反馈控制。无论直接反馈控制，还是间接反馈控制，都可以根据监控指标的变化情况对过程中产生的偏差进行修正。 5.3.4流加操作过程的优化。 发酵动力学的应用并不限于对发酵过程的模拟，更重要的是实施过程的优化，以达到高产、低耗的目的。由于微生物生长是代谢产物合成的基础，并对产物合成起着调控作用，故发酵过程的优化主要是微生物生长的优化。考虑到实用的目的，这里主要介绍补料分批发酵过程的优化。 流加培养优化是指控制适当的稀释率或菌体生长比速，是生产强度和得率尽可能最大。大量的菌体时产生产物的前提，因此在菌体生长阶段，应控制较高的生长比速，使菌体量快速增长。进入产物生成阶段后，应控制较低的菌体生长比速，以减少基质的消耗，并保证“壮龄”细胞在细胞群体中占绝大多数。进行流加培养优化时，还应考虑以下边界条件： (1)最大比生长速率m μ。流加操作拟定态要求m D μ<。 (2)临界比生长速率crit μ。每个菌株维持具有较高产物合成酶活性的“壮年”细胞占优势都必须满足一个最低比生长速率，低于它，老龄细胞将逐渐占优势，致使产物合成能力下降，这就是临界比生长速率。根据这一要求，应有crit D μ>。 (3)发酵罐最大允许细胞浓度。由于发酵罐氧传递能力的限制，使细胞浓度也有一临界值，超过它，氧的供应将失去平衡，使细胞处于缺氧状态，产物合成能力将急剧下降。 (4)细胞对底物的耐受力。一般来说，底物浓度越大，细胞生长比速越大，但是由于细胞对底物有一定的耐受力，因此底物浓度并非越大越好。 例7流加基质为葡萄糖，培养大肠杆菌。流加培养开始时的L V 0.10=， h L F L g S in /2.0,/80==，反应方程式可以用Monod 方程来表示，其中 g g Y L g K h S X S /6.0,/0.1,2.0/1m ax ===μ-（以细胞／葡萄糖计）。流加培养2h 后，求（1）此时的培养液体积V ；（2）反应完成时反应器中的菌体浓度。 解：（1）流加培养2h 后，培养液体积 )(4.122.00.10L Ft V V =?+=+= （2）反应完成时反应器中的菌体浓度 )/(48806.0/L g S Y X in S X =?== 例8流加培养青霉菌中，为确保比生长速度12.0-=μh ，按照指数式流加葡萄糖。菌体的生长可以用Monod 方程表达，31m ax /1.0,30.0m kg K h S ==μ-。流加开始时培养液体积30005.0m V =，求流加培养至20h 时反应器内的基质浓度和培养液体积，流加开始与20h 时的流加速度。 解：指数流加为保证生长速度12.0-=μh ，应使)(2.01-=μ=h D 菌体生长可用莫诺方程表达，所以，流加培养至20h 时反应器内基质浓度 )/(2.02 .03.02 .01.03max m kg K S S =-?=μ-μμ= 指数流加至20h 时反应液体积 )(27.0)202.0exp(005.0)exp(30m Dt V V =??== 指数流加开始时流加速度 )/(001.0005.02.0300h m DV F =?== 指数流加至20h 时的流加速度 )/(055.0)202.0exp(005.02.0)exp(30h m Dt DV F =??== 5.4分批式操作 与连续式操作相比，分批式操作的特点是：微生物所处的环境是不断变化的；可进行少量多品种的发酵生产；发生杂菌污染容易终止操作；当运转条件发生变化或需生产新产品时，易改变生产策略；对原料组成要求较粗放等。 5.4.1分批式培养的生长曲线 图5－11 分批培养的生长曲线 分批式培养过程中，微生物的生长可分为：延迟期、对数期、稳定期和衰亡期。 延迟期的长短依培养条件不同而异，且受种子的种龄及其培养条件的影响。工业生产中选用对数期的种子接种，正是为了缩短延迟期。 l g X (g /L ) t (h) Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅰ 延迟期 Ⅱ 对数期 Ⅲ 稳定期 Ⅳ 衰亡期 在对数期，菌体量呈指数形式增长，此时μ一定，即： Xdt dX =μ 或 X dt dX μ= (边界条件：0,X X t t lag ==) 对上式积分，得 )(ln lag t t X X -μ= )](ex p[0lag t t X X -μ= 式中t lag 为延迟期所需时间。 在稳定期,μ=0，菌体量达到最大。 进入衰亡期后，由于底物已全部耗尽，微生物大量死亡。 5.4.2分批式培养的发酵过程曲线 在分批式培养过程中，最低限度要观察X 、S 、P 随时间的变化过程。在好氧发酵中，DO 图5－12 例9 （教材例4－1）以甘油为基质进行阴沟气杆菌分批培养。时间0=t 时，L g X /1.00=，L g S /500=。反应方程式可以用Monod 方程表示，1m ax 85.0-=μh ， g g Y L g K S X S /53.0,/1023.1/2=?=-（以细胞／葡萄糖计），若不考虑诱导期和死亡期，求培养至6h 的菌体浓度。 解：生长符合莫诺模型，S K S S +μ= μmax 0S K S <<，所以假设在培养6h 时间内，Xdt dX = μ=μm ax 不考虑诱导期，边界条件：0=t ，L g X /1.00= 培养时间（h ） 葡萄糖S （%），菌体X （g /L ） 产物（g /L ） X S Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅰ 谷氨酸 Ⅱ α-酮戊二酸 Ⅲ 乳酸 对上式积分，得培养到6h 的菌体浓度 )/(4.16)685.0ex p(1.0)ex p(m ax 0L g t X X =??=μ= 根据菌体得率的定义 S S X X Y S X --= 00 /， 所以，培养至6h 的葡萄糖浓度 )/(2.1953 .01 .04.1650/00L g Y X X S S S X =--=-- = S K S >>，表明在培养6h 时间范围内，max μ=μ的假设成立。 例10 采用合成培养基，在31m 生物反应器中进行大肠杆菌分批培养，菌体的生长变化可利用Monod 方程描述，已知31m ax /71.0,935.0m kg K h S ==μ-，基质初始浓度为 3/50m kg ，菌体初始浓度kg kg Y m kg X S X /6.0,/1.0/30==（以细胞／基质计），求当80％ 的基质已反应时所需时间。 解：根据菌体得率的定义 S S X X Y S X --= 00 / 80％基质已反应时菌体浓度 )/(1.24%80506.01.0)(30/0m kg S S Y X X S X =??+=-+= 80％基质已反应时基质浓度 )/(10%)801(50)1(30m kg S S =-?=χ-= 所以在整个反应过程中，S K S >>，所以Monod 方程可写为m ax μ==μXdt dX 边界条件：0=t ，30/1.0m kg X = 对上式积为，得 t X X max 0 ln μ= 所以，80％基质已反应时所需时间 )(87.51.01.24ln 935.01ln 10max h X X t =?? ? ??=μ= 专题六 动量 【扩展知识】 1．动量定理的分量表达式 I 合x =mv 2x -mv 1x , I 合y =mv 2y -mv 1y , I 合z =mv 2z -mv 1z . 2．质心与质心运动 2.1质点系的质量中心称为质心。若质点系内有n 个质点，它们的质量分别为m 1,m 2,……m n ,相对于坐标原点的位置矢量分别为r 1,r 2,……r n ,则质点系的质心位置矢量为 r c=n n n m m m r m r m r m ++++++ 211211=M r m n i i i ∑=1 若将其投影到直角坐标系中，可得质心位置坐标为 x c =M x m n i i i ∑=1, y c =M y m n i i i ∑=1, z c =M z m n i i i ∑=1. 2.2质心速度与质心动量 相对于选定的参考系，质点位置矢量对时间的变化率称为质心的速度。 v c=t r c ??=M p 总=M v m n i i i ∑=1, p c =Mv c =∑=n i i i v m 1 . 作用于质点系的合外力的冲量等于质心动量的增量 I 合= ∑=n i i I 1=p c －p c0=mv c －mv c0 . 2.3质心运动定律 作用于质点系的合外力等于质点总质量与质心加速度的乘积。Ｆ合＝Ma c.。 对于由n 个质点组成的系统，若第i 个质点的加速度为a i ，则质点系的质心加速度可表示为 a c =M a m n i i i ∑=1 . 【典型例题】 1．将不可伸长的细绳的一端固定于天花板上的C点，另一端系一质量为m的小球以以角速度ω绕竖直轴做匀速圆周运动，细绳与竖直轴之间的夹角为θ，如图所示。已知A、B为某一直径上的两点，问小球从A点运动到B点的过程中细绳对小球的拉力T的冲量为多少？ 2．一根均匀柔软绳长为l=3m，质量m=3kg，悬挂在天花板的钉子上，且下端刚好接触地板，现将软绳的最下端拾起与上端对齐，使之对折起来，然后让它无初速地自由下落，如图所示。求下落的绳离钉子的距离为x时，钉子对绳另一端的作用力是多少？ 3．一长直光滑薄板AB放在平台上，OB伸出台面，在板左侧的D点放一质量为m1的小铁块，铁块以速度v向右运动。假设薄板相对于桌面不发生滑动，经过时间T0后薄板将翻倒。现让薄板恢复原状，并在薄板上O点放另一个质量为m2的小物体，如图所示。同样让m1从D点开始以速度v向右运动，并与m2发生正碰。那么从m1开始经过多少时间后薄板将翻倒？ 细胞传代培养的原理及操作步骤 （一）原理：细胞在培养瓶长成致密单层后，已基本上饱和，为使细胞能继续生长，同时也将细胞数量扩大，须进行传代再培养。传代培养也是一种将细胞种保存下去的方法。同时也是利用培养细胞进行各种实验的必经过程。悬浮型细胞直接分瓶就可以，而贴壁细胞需经消化后才能分瓶。 （二）细胞传代培养具体操作 1、细胞：贴壁细胞株 2、操作步骤 1）将长满细胞的培养瓶中原来的培养液弃去。 2)加入0.5-1ml 0.25％胰酶溶液，使瓶底细胞都浸入溶液中。 3)瓶口塞好橡皮塞，放在倒置镜下观察细胞。随着时间的推移，原贴壁的细胞逐渐趋于圆形，在还未漂起时将胰酶弃去，加入10ml培养液终止消化。 观察消化也可以用肉眼，当见到瓶底发白并出现细针孔空隙时终止消化。一般室温消化时间约为1-3分钟。 4)用吸管将贴壁的细胞吹打成悬液，分到另外两到三瓶中，实践培养液塞好橡皮塞，置37℃下继续培养。第二天观察贴壁生长情况。 细胞冻存 1. 实验前准备：细胞室及工作台紫外线照射15min；培养液、PBS、胰酶、小牛血清、DMSO、恒温水 浴箱37℃预热备用；收集对数生长期细胞，在冻存前一天最好换液 2．用吸管吸出培养瓶中的细胞培养液，PBS清洗2遍吸出冲洗液，加入适量胰蛋白酶消化。 3. 适时去掉胰蛋白酶，加入少量新培养液。吸管吸取培养液吹打瓶壁上的细胞，使其成为均匀分散的 细胞悬液。 4. 用吸管将培养液加入冻存管中，离心(1000r/min，10分钟)。 5. 去上清液，加入与细胞悬液等量的冻存液，用吸管轻轻吹打使细胞均匀 6. 冷存管置于4℃10分钟----20℃30分钟----80℃16～18小时(或隔夜)---液氮槽vaporphase长期储 存。-20℃不可超过1h，以防止胞内冰晶过大，造成细胞大量死亡，亦可跳过此步骤直接放入-80℃冰箱中，惟存活率稍微降低一些。 7．记录每一个冷冻管的位置以确保在以后应用时能够找到每一个冷冻管。 细胞复苏 1.室内紫外消毒；培养基、PBS于37℃恒温水浴预热备用。 2.自液氮罐中取出冷冻管，立即放入37℃水槽中快速解冻，离心。 3.去上清，加入培养基，吹打，然后移入培养瓶中，用培养基清洗冻存管，清洗液也移入培养瓶中。 4.于培养瓶中加入适量培养基，放入CO2培养箱中培养 5.记录复苏日期；次日换液。 南师附中2007年高考生物考前指导 [选择题满分必夺]——生物选择题的审题技巧 选择题是生物学高考中的一种主要题型，能否答好选择题是能否拿到满意分数的基础。随着命题技术的进步，选择题的立体感和动态迁移感愈来愈强，迷惑性越来越大。因其答案的唯一性,又不象非选择题那样具有一定伸缩性，一旦审题出现偏误，就会导致全错。因此，做好选择题的关键是能否认真审题。 1．找准题眼 所谓题眼,就是题目考查的重点或主旨所在。找准了题眼就是找到了析题的关键处、解题的突破口，就为理清解题思路奠定了坚实的基础。因此，审题时要努力挖掘题目中显性的或隐性的题眼。 例1 烈日下，钙不容易被运输到发育的果实中，其原因是： A．蒸腾作用的速率下降 B．有氧呼吸的速率下降 C．光合作用的速率下降 D．果实的新陈代谢不需要钙的参与 点评：对于这道题，考生往往不清楚命题者的意图，即不清楚考查的方向。细读题干就会发现，这道题的题眼是“运输”，考查的是矿质元素的运输这一知识点。蒸腾作用可以促进矿质元素的运输，烈日下蒸腾作用减弱，因而钙的运输过程变慢。A 2．识别陷阱 在命题过程中，为了考查考生思维的准确性，增加试题的难度，命题者常会故布疑阵、巧设陷阱，有时一道选择题中会设一个或数个陷阱，考生一不留神就会误入其中。这就要求在审题过程中要抓住题目的主干语和条件限定语，仔细推敲，方能识别陷阱之所在。 例2 在细胞中储存遗传信息的物质是： A．核酸 B．脱氧核糖核苷酸 C．脱氧核糖核酸 D．核糖核酸 点评：实际考查中，绝大多数同学选A。错误的原因在于这些同学牢记了“核酸是一切生物的遗传物质”（必修本第一册），但忽视了题干中“在细胞中”这一条件限定语。命题者正是看准了这一点，巧妙地设置了一个陷阱。C 3．辨明词义 高中生物学教材中，有许多在字面上非常相近的概念或名词，但它们的实际意义却相差很大，如胚囊和囊胚、极体和极核、原生质层和原生质体、氧化分解和水解、代谢终产物和消化终产物等。命题者常会以此为基点，考查考生对这些概念、名词理解的深刻程度。所以，不仅要在平时的学习过程中注重这方面知识的积累，在审题过程中对这些概念和名词也应格外留意。 例3 蛋白质水解后的终产物是： A．多种氨基酸 B．各种分子量不等的多肽 C．二氧化碳、水和尿素 D．包括以上三项 点评：考查时很多同学选C，原因在于没有辨明“水解”和“氧化分解”这两个名词的内涵。A 4．排除干扰 设置干扰是一项重要的命题技术。设置干扰主要有两种形式：一是在题干中设置干扰性语句；二是在备选项中设置干扰，即干扰项。所谓干扰项，就是备选项本身所阐述的知识内容是正确的，但与题干规定性的要求不符。考试中，考生对于错误选项容易排除，但对于干扰项的排除难度较大。 例4 在维持人体体温恒定的调节中，下列说法正确的是： A．肾上腺素和甲状腺激素之间存在协同作用 B．胰岛素和胰高血糖素之间存在拮抗作用 C．生长激素和甲状腺激素之间存在协同作用 D．此调节过程以体液调节为主。 静电场的能量 一、电容器的静电能 研究电容器的充电过程。 一开始电容器的电势差很小，搬运电荷需要做的功也很小，充电后两 板间电势差增加，搬运电荷越来越困难，需要做的功变多。可以看成 是一个变力（变电势差）做功问题。 图像法用面积表示做功。 画Q -U 图像还是U -Q 图像 2 2111222Q E QU CU C === 电容器充电过程中，电荷和能量均由电源提供。 在电源内部，可以看成是正电荷从负极移动到正极。由于电源电动势（即电压）不变，克服电场力做功为： W QU = 在电容器充电过程中电源消耗的能量和电容器增加的静电能不相等！ 思考：两者是否一定是两倍的关系 多余的电能消耗在电路中（定性解释） 例1、极板相同的两个平行板电容器充以相同的电量，第一个电容器两极板间的距离是第二个电容器的两倍。如果将第二个电容器插在第一个电容器的两极板间，并使所有极板都相互平行，问系统的静电能如何改变。 例2、平行板电容器C 接在如图所示电路中，接通电源充电，当电压达到稳定值U 0时，就下列两种情况回答，将电容C 的两极板的距离从d 拉到2d ，电容器的能量变化为多少外力做功各是多少并说明做功的正负 (1)断开电源开关． (2)闭合电源开关． 例3、图中所示ad为一平行板电容器的两个极板，bc是一块长宽都与a板相同的厚导体板，平行地插在a、d之间，导体板的厚度bc=ab=cd.极板a、d与内阻可忽略电动势为E的蓄电池以及电阻R相连如图．已知在没有导体板bc 时电容器a、d的电容为C0 ,现将导体板bc抽走，设已知抽走导体板bc的过程中所做的功为A，求该过程中电阻R上消耗的电能． 例4、如图所示，电容器C可用两种不同的方法使其充电到电 压U=NE。（1）开关倒向B位置，依次由1至2至3??????至N。 （2）开关倒向A位置一次充电使电容C的电压达到NE。试求 两种方式充电的电容器最后储能和电路上损失的总能量。（电 源内阻不计） 细胞传代培养（胰蛋白酶消化法） 具体操作： 一. 传代前准备： 1.预热培养用液：把已经配制好的装有培养液、PBS液和胰蛋白酶的瓶子放入37℃水浴锅内预热。 2.用75％酒精擦拭经过紫外线照射的超净工作台和双手。 3.正确摆放使用的器械：保证足够的操作空间，不仅便于操作而且可减少污染。 4.点燃酒精灯：注意火焰不能太小。 5.准备好将要使用的消毒后的空培养瓶，放入微波炉内高火，8分钟再次消毒。 6.取出预热好的培养用液：取出已经预热好的培养用液，用酒精棉球擦拭好后方能放入超净台内。 7.从培养箱内取出细胞：注意取出细胞时要旋紧瓶盖，用酒精棉球擦拭显微镜的台面，再在镜下观察细胞。 8.打开瓶口：将各瓶口一一打开，同时要在酒精灯上烧口消毒。 二.胰蛋白酶消化； 1.加入消化液：小心吸出旧培养液，用PBS清洗（冲洗），加入适量消化液（胰蛋白酶液），注意消化液的量以盖住细胞最好，最佳消化温度是37℃。 2. 显微镜下观察细胞：倒置显微镜下观察消化细胞，若胞质回缩，细胞之间不再连接成片，表明此时细胞消化适度。 3.吸弃消化液加入培养液：弃去胰蛋白酶液，注意更换吸管，加入新鲜的培养液。 三.吹打分散细胞： 1.吹打制悬：用滴管将已经消化细胞吹打成细胞悬液。 2.吸细胞悬液入离心管：将细胞悬液吸入10ml离心管中。 3.平衡离心：平衡后将离心管放入台式离心机中，以1000转/分钟离心6-8分钟。 4.弃上清液，加入新培养液：弃去上清液，加入2ml培养液，用滴管轻轻吹打细胞制成细胞悬液。 四.分装稀释细胞： 1.分装：将细胞悬液吸出分装至2-3个培养瓶中，加入适量培养基旋紧瓶盖。 2.显微镜下观察细胞：倒置显微镜下观察细胞量，必要是计数。注意密度过小会影响传代细胞的生长，传代细胞的密度应该不低于5×105/ml。最后要做好标记。 五.继续培养： 用酒精棉球擦拭培养瓶，适当旋松瓶盖，放入CO2培养箱中继续培养。传代细胞2小时后开始贴附在瓶壁上。当生长细胞铺展面积占培养瓶底面积25％时为一个＋，占50％为＋＋，占75％时为＋＋＋。 传代细胞培养注意事项： 1.严格的无菌操作 2.适度消化：消化的时间受消化液的种类、配制时间、加入培养瓶中的量等诸多因素的影响，消化过程中应该注意培养细胞形态的变化，一旦胞质回缩，连接变松散，或有成片浮起的迹象就要立即终止消化。 （生物科技行业）南师附中生物奥赛教程全套 生物奥赛教程（一） 一、奥赛的程序 1、初赛（全国统一卷）5月中旬理论考试 原来江苏省取1%，约200人，南京市不到20人。我校4－5人。 今年江苏省取6%，约1200人，南京市约120人。我校24人。 明年江苏省取12%，约2400人，南京市约240人。 2、复赛（江苏单独选拔）7月10日左右 先进行理论考试，取前120名（死记硬背不超过25％，相当于大学本科毕业生水平） 接着进行实验考试，将理论考试成绩与实验考试成绩相加，前5－8名参加省队，取前3名参加全国比赛。 1~20名获全国一等奖，有保送资格。 21~75名获省一等奖，高考加20分。 3．冬令营选拔（全国竞赛前18名），选拔参加IBO 二、课程安排 1、科目：植物学（植物解剖学、植物分类学、植物生理学）动物学（动物解剖学、动物分类学、动物生理学、动物行为学） 遗传学及进化、生态学、细胞生物学、生物化学 2、安排：高一第一学期——植物学 高一第二学期——动物学 高二第一学期——遗传学、生态学、细胞生物学 高二第二学期——生物化学、习题、实验 三、生物奥赛学习的注意点 1、有兴趣，坚持不懈 2、勤奋刻苦 3、学会学习，自学能力强。 4、教师的作用：辅导（辅助和指导） 四、方法 1、投入 2、思考 3、笔记 4、记忆 5、理论联系实际 五、对于生物学的认识 1、生物学是研究生命现象和生命活动规律的科学 2、生物学的发展 （1）19世纪以前，主要研究生物的形态、结构和分类（2）19世纪以后，随着显微镜的进步，细胞学、古生物学、比较 解剖学等方面取得新的发展 30年代，施莱登和施旺提出细胞学说，指出细胞是一切动植物结构 的基本单位。 1859年，达尔文出版了《物种起源》一书，生物进化理论的发展 目录 中学生全国物理竞赛章程 (2) 全国中学生物理竞赛内容提要全国中学生物理竞赛内容提要 (5) 专题一力物体的平衡 (10) 专题二直线运动 (12) 专题三牛顿运动定律 (13) 专题四曲线运动 (16) 专题五万有引力定律 (18) 专题六动量 (19) 专题七机械能 (21) 专题八振动和波 (23) 专题九热、功和物态变化 (25) 专题十固体、液体和气体的性质 (27) 专题十一电场 (29) 专题十二恒定电流 (31) 专题十三磁场………………………………………………………………………… 33 专题十四电磁感应 (35) 专题十五几何光学 (37) 专题十六物理光学原子物理 (40) 中学生全国物理竞赛章程 第一章总则 第一条全国中学生物理竞赛（对外可以称中国物理奥林匹克，英文名为Chinese Physic Olympiad，缩写为CPhO）是在中国科协领导下，由中国物理学会主办，各省、自治区、直辖市自愿参加的群众性的课外学科竞赛活动，这项活动得到国家教育委员会基础教育司的正式批准。竞赛的目的是促使中学生提高学习物理的主动性和兴趣，改进学习方法，增强学习能力；帮助学校开展多样化的物理课外活动，活跃学习空气；发现具有突出才能的青少年，以便更好地对他们进行培养。第二条全国中学生物理竞赛要贯彻“教育要面向现代化、面向世界、面向未来”的精神，竞赛内容的深度和广度可以比中学物理教学大纲和教材有所提高和扩展。 第三条参加全国中学生物理竞赛者主要是在物理学习方面比较优秀的学生，竞赛应坚持学生自愿参加的原则．竞赛活动主要应在课余时间进行，不要搞层层选拔，不要影响学校正常的教学秩序。 第四条学生参加竞赛主要依靠学生平时的课内外学习和个人努力，学校和教师不要为了准备参加竞赛而临时突击，不要组织“集训队”或搞“题海战术”，以免影响学生的正常学习和身体健康。学生在物理竞赛中的成绩只反映学生个人在这次活动中所表现出来的水平，不应当以此来衡量和评价学校的工作和教师的教学水平。 第二章组织领导 第五条全国中学生物理竞赛由中国物理学会全国中学生物理竞赛委员会（以下简称全国竞赛委员会）统一领导。全国竞赛委员会由主任1人、副主任和委员若干人组成。主任和副主任由中国物理学会常务理事会委任。委员的产生办法如下： 1．参加竞赛的省、自治区、直辖市各推选委员1人； 2．承办本届和下届决赛的省。自治区、直辖市各推选委员3人。 3．由中国物理学会根据需要聘请若干人任特邀委员。 在全国竞赛委员会全体会议闭会期间由主任和副主任组成常务委员会，行使全国竞赛委员会职权。 第六条在全国竞赛委员会领导下，设立命题小组、组织委员会和竞赛办公室等工作机构。命题小组成员由全国竞赛委员会聘请专家和高等院校教师担任。组 10.6费马原理 光学例题 费马原理： 光线在两点间的实际路径是使所需的传播时间为极值的路径。在大部分情况下，此极值为极小值。 i i i x t t v ==∑∑ i i c n v = 可得:i i n x t c =∑ 我们定义折射率与路径长的乘积为光程,用l 表示,l nx =,于是,费马原理又可表述为:光线在两点之间的实际路径,是使光程为极值的路径. 例1、如图所示，湖中有一小岛A ，A 与直湖岸的距离 为d ，湖岸边的一点B ，B 沿湖岸方向与A 点的距离为l ，一人自A 点出发,要到达B 点。已知他在水中游泳的速度为v 1，在岸上走的速度为v 2，且v 1 镜像法 思路 用假想的镜像电荷代替边界上的感应电荷。 保持求解区域中场方程和边界条件不变。 使用范围：界面几何形状较规范，电荷个数有限，且离散分布于有限区域。 使用范围 界面几何形状较规范，电荷个数有限，且离散分布于有限区域。 步骤 确定镜像电荷的大小和位置。 去掉界面，按原电荷和镜像电荷求解所求区域场。 求解边界上的感应电荷。 求解电场力。 平面镜像1 点电荷对平面的镜像 (a) 无限大接地导体平面上方有点电荷q （b ） 用镜像电荷-q 代替导体平面上方的感应电荷 图4.4.1 点电荷的平面镜像 在无限大接地导体平面（YOZ 平面）上方有一点电荷q ，距离 导体平面的高度为h 。 用位于导体平面下方h 处的镜像电荷-q 代替导体平面上的感应 电荷，边界条件维持不变，即YOZ 平面为零电位面。 去掉导体平面，用原电荷和镜像电荷求解导体上方区域场，注 意不能用原电荷和镜像电荷求解导体下方区域场。 电位： (4.4.2.1 ) 电场强度： (4.4.2.2) 其中， 感应电荷：=> (4.4.2.3) 电场力： (4.4.2.4) 图4.4.2 点电荷的平面镜像图4.4.3 单导线的平面镜像无限长单导线对平面的镜像 与地面平行的极长的单导线，半径为a，离地高度为h。 用位于地面下方h处的镜像单导线代替地面上的感应电荷，边界条件维持不变。 将地面取消而代之以镜像单导线（所带电荷的电荷密度为） 电位： (4.4.2.5) 对地电容： (4.4.2.6 平面镜像2 无限长均匀双线传输线对平面的镜 像 与地面平行的均匀双线传输线， 半径为a，离地高度为h，导线间距离为d， 导线一带正电荷+，导线二带负电荷-。 用位于地面下方h处的镜像双 导线代替地面上的感应电荷，边界条件维 持不变。 将地面取消而代之以镜像双导线。 图 4.4.4 无限长均匀传输线对地面的镜像 求解电位： (4.4.2.8) (4.4.2.9) 平行导线间单位长度电容： (4.4.2.10) 其中 小天线的镜像 与地面的小天线，长度为l ，离地高度为h 。 江苏省南京师大附中2019届高三生物5月最后一卷试题本试卷分第Ⅰ卷(选择题)和第Ⅱ卷(非选择题)两部分。满分120分，考试时间100分钟。 第Ⅰ卷(选择题共55分) 一、单项选择题：本部分包括20小题，每小题2分，共40分。每小题给出的四个选项中，只有一个选项最符合题意。 1. 下列关于细胞中大分子的结构和功能的叙述，正确的是( ) A. 淀粉、纤维素、糖原彻底水解的产物相同 B. RNA中没有碱基对，在细胞中不可以作为遗传物质 C. DNA复制的主要场所是细胞核，RNA合成的主要场所是细胞质 D. 蛋白质的多样性只与氨基酸的种类、数目、排列顺序及肽链数目有关 2. 如图为某动物细胞内部分蛋白质合成、加工及转运的示意图，下列相关叙述错误的是( ) A. 高尔基体对其加工的蛋白质先进行分类再转运至细胞的不同部位 B. 内质网上核糖体合成的多肽通过囊泡运输到内质网腔内加工 C. 分泌蛋白经细胞膜分泌到细胞外体现了细胞膜的结构特点 D. 细胞膜上糖蛋白的形成需经内质网和高尔基体的加工 3. 将某种植物的成熟细胞放入一定浓度的M溶液中，发现其原生质体的体积变化趋势如图所示，下列相关叙述正确的是( ) A. 0～4 h内物质M没有通过细胞膜进入细胞内 B. 0～1 h内细胞体积与原生质体体积的变化量相等 C. 2～3 h内M溶液的渗透压小于细胞液的渗透压 D. a点后，细胞开始吸收物质M，导致质壁分离复原 4. 右图表示两细胞间发生某种信息交流的过程。下列选项中细胞Ⅰ、 Ⅱ以及物质M、N的名称与图示含义相符的是( ) A. 胰岛A细胞、肝细胞、胰高血糖素、肝糖原 B. 浆细胞、肺结核杆菌、抗体、抗原 C. 甲状腺细胞、垂体细胞、甲状腺激素、受体 D. 寒冷调节反射弧中的传入神经元、传出神经元、神经递质、受体 5. 叶绿体与线粒体结构相似，功能相关，下列相关叙述正确的是( ) A. 两种细胞器中水的消耗和产生都发生在膜结构上 B. 叶绿体中合成的糖类可作为线粒体中呼吸作用的底物 C. 两种细胞器的生物膜总面积与细胞器表面积之比大于2 D. 因为功能不同，所以两种细胞器具有的酶的种类完全不同 6. 乳糖酶可催化乳糖水解。有两项与此相关的实验，实验中无关变量相同且适宜，实验结果如下表所示。下列相关叙述正确的是( ) A. B. 实验一若继续增加乳糖浓度，相对反应速率将降低 C. 实验二若继续增加乳糖浓度，相对反应速率不再增大 D. 实验二若将反应温度提高5℃，相对反应速率将增大 7. 下图表示高等植物细胞代谢的过程，下列相关叙述正确的是( ) 植物细胞培养 一、定义 ●在离体条件下，将愈伤组织或其他易分散的组织置于液体培养基中进行振 荡培养，得到分散成游离的悬浮细胞，通过继代培养使细胞增殖，从而获得大量细胞群体的一种技术。 ●植物中含有数量极为可观的次生代谢物质，是各种色素、药物、香精、酶等天然 产物的主要来源。 ●植物细胞培养具有以下优点： 1、提高产率 2、缩短周期 3、提高产品质量 4、易于管理，减轻劳动强度 因此主要用于生产色素、药物、食品、酶、精细化工产品等次生代谢物。 二、培养基 常用MS培养基，另外还有B5、N6、NT、AA、KM8p等培养基 三、单细胞培养 1、制备方法 （1）机械法（机械磨碎、切割） （2）酶解法（目前最有效的获得单细胞方法） （3）愈伤组织诱导法（高频振动愈伤组织） 2、培养方法 （1）平板法（似微生物平板培养） （2）看护培养与饲养层培养法 看护培养：将单个细胞接种到滤纸上再置于愈伤组织之上进行培养。 饲养层培养：用处理过（如X射线）的无活性的或分裂很慢、不具分裂能力的细胞来饲养细胞。 （3）液体浅层静置培养法：将一定密度的悬浮细胞在培养皿中形成浅薄层，封口静止培养。 （4）细胞同步化：同一悬浮培养体系的所有细胞都同时通过细胞周期的某一特定时期。植物细胞在悬浮培养中的游离性较差，容易团聚进入不同程度的分化状态，因此要达到完全同步化相当困难。 ①低温法：冷处理可提高培养体系中细胞同步化程度。 ②分选法：通过细胞体积大小分级，直接将处于相同周期的细胞进行分选，然后将同一状态的细胞继代培养于同一培养体系中。 ③饥饿法：在一个培养体系中，如果细胞生长的基本成分丧失，则导致细胞因饥饿而分裂受阻，从而停留在某一分裂时期。 ④抑制剂法：通过一些DNA合成抑制剂处理细胞，如尿苷等，使细胞滞留在DNA 合成前期，当解除抑制后，即可获得处于同一细胞周期—G1期的同步化细胞。 3、保存 （1）继代培养（高等植物、海藻等） （2）低温（ 5℃～10℃） （3）冷冻（ -20℃或液氮） 植物细胞冷冻保存方法： 在冰浴条件下加入预冷的冰冻保护剂，密封，继续冰浴15min，在-40℃停留2h后投入-196℃液氮罐中保存。 植物细胞冷冻保护剂组成： 7.5%二甲基亚砜（DMSO）＋0.5mol／L山梨醇＋5%甘油＋5%蔗糖 四、植物细胞培养的应用 1、生产药用植物代谢产物（紫杉醇、苷类等） 2、生产天然食品、食品添加剂（可可碱等） 3、生产杀虫剂、杀菌剂（鱼藤酮、除虫菊脂） 4、生产饲料、精细化工产品（桑叶、橡胶等） 五、植物细胞的生物反应器大规模培养 1、培养特性 （1）细胞本身特性（生长慢、易结团、易损伤、易污染） （2）培养液流变特性（黏度增高） （3）气体传递与影响（O2与CO2需平衡） 高中物理《竞赛辅导》力学部分 目录 ：力学中的三种力 【知识要点】 （一）重力 重力大小G=mg，方向竖直向下。一般来说，重力是万有引力的一个分力，静止在地球表面的物体，其万有引力的另一个分力充当物体随地球自转的向心力，但向心力极小。 （二）弹力 1．弹力产生在直接接触又发生非永久性形变的物体之间(或发生非永久性形变的物体一部分和另一部分之间)，两物体间的弹力的方向和接触面的法线方向平行，作用点在两物体的接触面上．2．弹力的方向确定要根据实际情况而定． 3．弹力的大小一般情况下不能计算，只能根据平衡法或动力学方法求得．但弹簧弹力的大小可用．f=kx(k 为弹簧劲度系数，x为弹簧的拉伸或压缩量)来计算． 在高考中，弹簧弹力的计算往往是一根弹簧，而竞赛中经常扩展到弹簧组．例如：当劲度系数分别为k1,k2,…的若干个弹簧串联使用时．等效弹簧的劲度系数的倒数为：，即弹簧变软；反之．若 以上弹簧并联使用时，弹簧的劲度系数为：k=k 1+…k n ，即弹簧变硬．(k=k 1+…k n 适用于所有并联弹簧的原长相等；弹簧原长不相等时，应具体考虑) 长为 的弹簧的劲度系数为k ，则剪去一半后，剩余 的弹簧的劲度系数为2k （三）摩擦力 1．摩擦力 一个物体在另一物体表面有相对运动或相对运动趋势时，产生的阻碍物体相对运动或相对运动趋势的力叫摩擦力。方向沿接触面的切线且阻碍物体间相对运动或相对运动趋势。 2．滑动摩擦力的大小由公式f=μN 计算。 3．静摩擦力的大小是可变化的，无特定计算式，一般根据物体运动性质和受力情况分析求解。其大小范围在0＜f≤f m 之间，式中f m 为最大静摩擦力，其值为f m =μs N ，这里μs 为最大静摩擦因数，一般情况下μs 略大于μ，在没有特别指明的情况下可以认为μs =μ。 4．摩擦角 将摩擦力f 和接触面对物体的正压力N 合成一个力F ，合力F 称为全反力。在滑动摩擦情况下定义tgφ=μ=f/N ，则角φ为滑动摩擦角；在静摩擦力达到临界状态时，定义tgφ0=μs =f m /N ，则称φ0为静摩擦角。由于静摩擦力f 0属于范围0＜f≤f m ，故接触面作用于物体的全反力同接触面法线 的夹角≤φ0，这就是判断物体不发生滑动的条件。换句话说，只要全反力的作用线落在（0，φ0）范围时，无穷大的力也不能推动木块，这种现象称为自锁。 本节主要内容是力学中常见三种力的性质。在竞赛中以弹力和摩擦力尤为重要，且易出错。弹力和摩擦力都是被动力，其大小和方向是不确定的，总是随物体运动性质变化而变化。弹力中特别注意轻绳、轻杆及胡克弹力特点；摩擦力方向总是与物体发生相对运动或相对运动趋势方向相反。另外很重要的一点是关于摩擦角的概念，及由摩擦角表述的物体平衡条件在竞赛中应用很多，充分利用摩擦角及几何知识的关系是处理有摩擦力存在平衡问题的一种典型方法。 【典型例题】 【例题1】如图所示，一质量为m 的小木块静止在滑动摩擦因数为μ=的水平面上，用一个与水平方 向成θ角度的力F 拉着小木块做匀速直线运动，当θ角为多大时力F 最小？ 【例题2】如图所示，有四块相同的滑块叠放起来置于水平桌面上，通过细绳和定滑轮相互联接起来.如果所有的接触面间的摩擦系数均为μ，每一滑块的质量均为 m ，不计滑轮的摩擦.那么要拉动最上面一块滑块至少需要多大的水平拉力?如果有n 块这样的滑块叠放起 来，那么要拉动最上面的滑块，至少需多大的拉力? 【例题3】如图所示，一质量为m=1㎏的小物块P 静止在倾角为θ=30°的斜面 上，用平行于斜面底边的力F=5N 推小物块，使小物块恰好在斜面上匀速运动，试求小物块与斜面间的滑 动摩擦因数（g 取10m/s 2 ）。 【练习】 1、如图所示，C 是水平地面，A 、B 是两个长方形物块，F 是作用在物块B 上沿水平方向的力，物块A 和B 以相同的速度作匀速直线运动，由此可知， A 、 B 间的滑动 θ F P θ F A B F C N F f m f 0 α φ 初代培养 原理 将动物机体的各种组织从机体中取出，经各种酶（常用胰蛋白酶）、螯合剂（常用EDTA）或机械方法处理，分散成单细胞，置合适的培养基中培养，使细胞得以生存、生长和繁殖，这一过程称原代培养。 仪器、材料及试剂 仪器：培养箱（调整至37℃），培养瓶、青霉素瓶、小玻璃漏斗、平皿、吸管、移液管、纱布、手术器械、血球计数板、离心机、水浴箱（37℃） 材料：动物组织块 试剂：1640培养基（含20%小牛血清），0.25%胰酶，Hank′s液，碘酒 初代消化培养法 1. 准备：取各种已消毒的培养用品置于净化台面，紫外线消毒20分钟。开始工作前先洗手、75%酒精擦拭手至肘部。 2. 布局：点燃酒精灯，安装吸管帽。 3. 处理组织：把组织块置于烧杯中，用Hanks液漂洗2~3次，去除血污；如怀疑组织可能污染，可先置于含有青链霉素的混合液中30~60分钟。 4. 剪切：用眼科剪把组织切成2~3毫米大小的块，以便于消化。加入比组织块总量多30~50倍的胰蛋白酶液，然后一并倒入三角烧瓶中，结扎瓶口或塞以胶塞。 5. 消化：或用恒温水浴，或置于37℃温箱消化均可，消化中每隔20分钟应摇动一次，如用电磁恒温搅拌器消化更好。消化时间依组织块的大小和组织的硬度而定。 6. 分离：在消化过程中见消化液发混浊时，可用吸管吸出少许消化液在镜下观察，如组织已分散成细胞团或单个细胞，立即终止消化，随即通过适宜不锈钢筛，滤掉尚未充分消化开的组织块。低速 （500~1000转/分）离心消化液5分钟，吸出上清，加入适量含有血清的培养液。 7. 计数：用计数板计数，如细胞悬液细胞密度过大，再补加培养液调整后，分装入培养瓶中。对大多数细胞来说，pH要求在7.2~7.4范围，培养液呈微红色，如颜色偏黄，说明液体变酸，可用NaHCO3调整。 8. 培养：置于36.5℃温箱培养，如用CO2温箱培养，瓶口需用纱布棉塞或螺旋帽堵塞，纱布塞易生霉菌，每次换液时需要换新塞。 初代组织块培养法 1. 剪切：把组织小块置于小烧杯或青霉素小瓶中，用Hanks液漂洗二三次以去掉表面血污，吸静Hanks液，用眼科剪反复剪切1mm3块为止。 2. 摆布：用弯头吸管吸取若干小块，置于培养瓶中，用吸管弯头把组织小块摆布在培养瓶底部，小块相互距离以0.5cm为宜，每一25ml培养瓶底可摆布20~30块。 3. 轻轻翻转培养瓶，另瓶底向上，注意翻瓶时勿另组织小块流动，塞好瓶塞，置36.5℃温箱培养2小时左右（勿超过4小时），使小块微干涸。 4. 培养：从微箱中取出培养瓶，开塞，46度斜持培养瓶，箱瓶底脚部轻轻注入培养液少许，然后缓缓再把培养瓶翻转过来，让培养液慢慢覆盖附于瓶地上的组织小块。置温箱中静止培养。待细胞从组织块游出数量增多后。再补加培养液。 南京师范大学附属中学2018-2019学年度第1学期 高一年级期末考试生物试卷 命题人：高一生物备课组 第I卷（选择题共66分） 一、选择题（44小题，每小题1.5分，共66分：每小题只有1个选项最符合题意，请将正确的答案填涂在答题卡上） 1.植物细胞内含量最多的有机物是 A糖类B.蛋白质C.脂质D.核酸 2.在某植物体内发生如下水解反应，其中O和 则反应物 中图形O 代表的最可能的是 A.麦芽糖B乳糖C.蔗糖D.淀粉 3.下列关于脂质的叙述，错误的是 A.磷脂构成细胞膜的基本支架 B.维生素D可以促进钙的吸收 C.脂肪可以作为生物体内的储能物质 D.脂质可以提髙体内化学反应的速率 4.蛋白质的合成过程为氨基酸多肽蛋白质，则①②过程形成的结构分别是 A.肽键、氨基酸 B.肽键、肽键 C.肽键、特定的空间结构 D.空间结构、氨基酸 5.现有氨基酸800个，其中氨基总数为810个，羧基总数为808个，则由这些氨基酸合成的含有2条肽链的蛋白质共有肽键、氨基和羧基的数目依次为 A. 798、2和2 B. 798、12和10 C. 799、1 和1 D. 799、11 和9 6.下列有关核酸的叙述中，错误的是 A.核酸分为DNA和RNA B.线粒体中含有核酸 C.有的核酸具有催化作用 D.原核生物的遗传物质是RNA 7.下列有关实验及显色结果的叙述，正确的是 A.常温条件下，RNA与甲基绿作用呈现绿色 B.常温条件下，脂肪滴能够被龙胆紫染成紫色 C.常温条件下，蛋白质与双缩脲试剂发生作用呈现紫色 D.水浴加热条件下，蔗糖与斐林试剂发生作用生成砖红色沉淀 8.下列关于细胞的叙述，正确的是 A.核糖体、细胞核都是具有膜结构的细胞器 B.人体肝细胞的细胞核内含有DNA和RNA C.大肠杆菌生命活动所需的能量由其线粒体提供 D.植物细胞的叶绿体可固定利用二氧化碳，但不能合成ATP ①② 12.6物质的导电性 一、金属导电 1、电流强度的微观表达式 在加有电压的一段粗细均匀的导体AD上选取截面C，设导体的横截面积为S。导体每单位体积内的自由电子数为n，每个电子的电荷量为e，电荷的定向移动速率为v 在时间t内，处于相距为vt 的两截面B、C间的所有自由电荷将通过截面C。 在时间t内通过导体某截面的电量为: Q = (vtS) ne 形成的电流为： I = Q/t = neSv 二、液体导电 1、液体金属导电 与金属导电类似 2、溶液导电 法拉第电解定律（参考黑皮的讲解） 三、气体导电 1、一般情况下，气体不导电。 2、气体导电分自激放电和被激放电。 被激放电是指有其他物质作为电离剂促使空气电离。 自激放电是由于碰撞产生离子，离子在强电场中高速运动，将其它气体分子撞散，产生新的离子，从而发生类似核裂变的连锁反应。 自激放电包括： (1)辉光放电：空气稀薄，分子间距大，离子动能大，易碰撞产生新的离子。 (2)火花放电：由于电场非常大，离子动能大，易碰撞产生新的离子。 (3)弧光放电：由于温度高，离子动能大，易碰撞产生新的离子。 (4)电晕放电：原理与火花放电类似，也是电场很强。但火花放电是两个带电体之间的，而电晕放电是一个高电压导体表面进行放电，电流较小。 四、半导体 1 、半导体的导电性能介于导体和绝缘体之间。 纯净的半导体经常由硅晶体制成。 半导体通常具有热敏和光敏特性，即温度升高，电阻率减小，光线照射，电阻率减小2、半导体的掺杂 掺入三价硼，缺少电子，形成空穴。（P型半导体） 掺入五价磷，多余自由电子。（N型半导体） 空穴和自由电子均可导电（载流子），增强了半导体的导电性。 3、二极管 一个半导体左右掺入不同杂质，一边为P型，另一边为N型。 4.2动能定理 一、单个质点的动能定理 例1、设物体的质量为m ，在与运动方向相同的恒定外力F （F 未知）的作用下，在光滑水平面上发生一段位移l ，速度由v 1增加到v 2，如图所示。试用牛顿运动定律和运动学公式，推导出力F 对物体做功的表达式（与速度的关系）。 22211122 W mv mv =- 功是能量转化的量度，上式右边可以看成是能量的变化（末状态的能量减初状态的能量）。由于和速度有关，将其定义为动能。 1、动能 212 K E mv = 2、动能定理：合外力所做的功等于物体动能的变化量。 22211122 k W E mv mv =?=-合 3、动能定理的优越性： (1)适用于恒力做功，也适用于变力做功。 (2)适用于直线运动，也适用于曲线运动。 (3)适用于单一过程，也适用于全过程（复杂运动）。 *(4)机械能守恒定律是有适用条件的，而动能定理是普遍适用的。 例2、两个质量均为m 的小球．用长为2L 的轻绳连接起来，置于光滑水平面上， 绳恰好处于 伸直状态．如图所示．今用一个恒力F 作用在绳的中点，F 的方向水平且垂直 于绳的初始长度方向．原为静止的两个小球因此运动．求：（1）在两个小球第一次相碰前 的瞬间,小球在垂直于F 作用线方向上的分速度为多大?（2）若干次碰撞后，两球处于接触 状态一起运 动，求因碰撞损失的总能量。 二、质点系统的动能定理 质点系的动能增量等于作用于质点系所有外力和内力做功的代数和。 k E W W ?=+∑∑外内 注意： 系统牛顿第二定律：F =ma ，不需要考虑内力。 但是，系统动能定理，不仅需要考虑外力做功，还要考虑内力做功 例3、速度为v 1的子弹射入静止在光滑桌面上的木块，子弹受到的阻力为f ，子弹未从木块中射出，子弹和木块以共同的速度v 2在桌面上运动。子弹射入木块的深度为d ，求木块和子弹构成的系统动能的减少量。 南师大附校2018年生物学业水平测试模拟试卷 命题：高二生物备课组 (考试时间：75分钟总分100分) 注意事项： 1、本试卷共分两部分，第Ⅰ卷为选择题，第Ⅱ卷为非选择题。 2、请将选择题的答案直接填涂到答题卡上。 第I卷（选择题共72分） 一、选择题（每题只有一个正确答案） 1．下列组成细胞的化学元素中，含量约占生物体全部元素98%的一组是A．C、H、O、N、P、S B．C、H、O、N、P、Ca C．C、H、O、N、P、K D．C、H、O、N、P、Na 2．细胞学说揭示了 A.植物细胞与动物细胞的区别 B.生物体结构的统一性 C.细胞为什么要产生新细胞 D.人们对细胞的认识是一个艰难曲折的过程3．细胞膜的化学成分主要是 A．磷脂、胆固醇B．载体蛋白 C．蛋白质、磷脂D．膜蛋白、糖蛋白 4．原核细胞与真核细胞相比，最显著的差别是 A．有无核物质B．有无细胞质C．有无核膜D．有无细胞膜 5．动物细胞内不具有的结构是 A．细胞核B．叶绿体C．细胞膜D．线粒体 6．用高倍显微镜观察洋葱根尖细胞比用低倍镜观察到的细胞数目、大小依次为 A．多、大B．少、小 C．多、小D．少、大 7．两个氨基酸缩合成肽并生成水，这个水分子中的氢原子来自氨基酸的 A．氨基B．羧基C．氨基和羧基D．R基 8．红细胞吸收无机盐和葡萄糖的共同点是 A．都可以从低浓度到高浓度一边 B．都需要供给ATP C．都需要载体协助 D．既需要载体协助又需要消耗能量 9．将洋葱鳞片叶表皮细胞置于0．3g/ml的蔗糖溶液中，细胞会发生质壁分离现象，这是因为细胞发生了 A．主动吸水B．主动失水C．渗透吸水D．渗透失水 10．某加酶洗衣粉的使用说明书上注明用40℃～60℃的温水浸泡去污效果更佳，这说明酶的催化 A.有高效性 B.有特异性 C.需要适宜的条件 D.有多样性 11．A—P～P～P中的“高能磷酸键”个数是 A．1 B．2 C．3 D．4 高中物理竞赛讲义——微积分初步 一：引入 【例】问均匀带电的立方体角上一点的电势是中心的几 倍。 分析： ①根据对称性，可知立方体的八个角点电势相等；将原立 方体等分为八个等大的小立方体,原立方体的中心正位于个小立方体角点位置；而根据电势叠加原理，其电势即为八个小立方体角点位置的电势之和，即U 1=8U 2 ； ②立方体角点的电势与什么有关呢?电荷密度ρ；二立方体的边长a ；三立方体的形状； 根据点电荷的电势公式U=K Q r 及量纲知识，可猜想边长为a 的立方体角点电势为 U=CKQ a =Ck ρa 2 ；其中C 为常数，只与形状（立方体）及位置（角点）有关，Q 是总电量，ρ是电荷密度；其中Q=ρa 3 ③ 大立方体的角点电势：U 0= Ck ρa 2 ；小立方体的角点电势：U 2= Ck ρ（a 2 ）2=CK ρa 2 4 大立方体的中心点电势：U 1=8U 2=2 Ck ρa 2 ；即U 0=12 U 1 【小结】我们发现，对于一个物理问题，其所求的物理量总是与其他已知物理量相关联，或者用数学语言来说，所求的物理量就是其他物理量（或者说是变量）的函数。如果我们能够把这个函数关系写出来，或者将其函数图像画出来，那么定量或定性地理解物理量的变化情况，帮助我们解决物理问题。 二：导数 ㈠ 物理量的变化率 我们经常对物理量函数关系的图像处理，比如v-t 图像，求其斜率可 以得出加速度a ，求其面积可以得出位移s ，而斜率和面积是几何意义上 的微积分。我们知道，过v-t 图像中某个点作出切线，其斜率即a= △v △t . 下面我们从代数上考察物理量的变化率： 【例】若某质点做直线运动，其位移与时间的函数关系为上s=3t+2t 2,试求其t 时刻的速度的表达式。（所有物理量都用国际制单位，以下同） 实验5 细胞的传代培养 一、实验目的 熟练掌握动物细胞的传代培养法。 二、实验原理 哺乳动物细胞的传代培养是几乎所有细胞生物学实验的基础。当细胞在培养瓶中长满后就需要将其稀释分种成多瓶，细胞才能继续生长,这一过程就叫传代。传代培养可获得大量细胞供实验所需。 三、仪器、材料与试剂 1仪器 CO2培养箱，倒置显微镜，超净台 2材料 培养瓶，试管，移液管，巴斯德吸管，废液缸，75%酒精棉球，酒精灯，细胞。 3试剂 完全培养基（RPMLl640或DMEM），0.25%胰蛋白酶，D-Hanks液。 四、实验步骤 1.入无菌室之前用肥皂洗手，用75%酒精擦拭消毒双手。 2.倒置显微镜下观察细胞形态，确定细胞是否需要传代及细胞需要稀释的倍数。将培养用液置37℃下预热。 3.超净台台面应整洁，用75%酒精溶液擦净。 4.打开超净台的紫外灯照射台面20min左右，关闭超净台的紫外灯，打开抽风机清洁空气。 5.点燃酒精灯,取出无菌试管，刻度吸管；安上橡皮头；插在无菌试管内。 6.打开细胞培养瓶，过酒精灯火焰后斜置于酒精灯旁的架子上。 7.倒掉培养细胞的旧培养基。酌情可用2-3mL Hanks液洗去残留的旧培养基，或用少量胰酶涮洗一下。 8.加入胰酶消化液，盖好瓶盖后在倒置显微镜下观察，当细胞收回突起变圆时立即翻转培养瓶，使细胞脱离胰酶，然后将胰酶倒掉。注意勿使细胞提早脱落入消化液。 9.加入少量的新鲜培养基，反复吹打消化好的细胞使其脱壁并分散，再根据分传瓶数补加一定量的含血清的新鲜培养基（7-10mL/大瓶，3-5mL/小瓶）制成细胞悬液，分装到新培养瓶中。盖上瓶盖，适度拧紧后再稍回转，以利于CO2气体的进入，将培养瓶放回CO2培养箱。 10.对悬浮培养细胞，步骤7-9不做。可将细胞悬液进行离心去除旧培养基上清，加入新鲜培养基，然后分装到各瓶中。 五、注意事项 1.传代培养时要注意无菌操作并防止细胞之间的交叉污染。所有操作要尽量靠近酒精灯火焰。每次最好只进行一种细胞的操作。培养用液应严格分开。 2.每天观察细胞形态，掌握好细胞是否健康的标准：健康细胞的形态饱满，折光性好，生长致密时即可传代。 3.如发现细胞有污染迹象，应立即采取措施，一般应弃置污染的细胞，如果必须挽救，可加含有抗生素的BSS或培养基反复清洗，随后培养基中加入较大量的抗菌素，并经常更换培养基等。 六、实验报告 1.试述传代培养的步骤和注意事项，并指出哪些是关键步骤？ 2.细胞传代培养的目的是什么？高中物理竞赛讲义：动量
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