大学生物专业基础知识总结
一、必修本 绪 论 1．生物体具有共同的物质基础和结构基础。
2． 从结构上说,除病毒以外,生物体都是由细胞构成的。
细胞是生物体的结构和功能的基本单位。
3．新陈代谢是活细胞中全部的序的化学变化总称，是生物体进行一切生命活动的基础。
4．生物体具应激性，因而能适应周围环境。
5．生物体都有生长、发育和生殖的现象。
6．生物遗传和变异的特征，使各物种既能基本上保持稳定，又能不断地进化。
7．生物体都能适应一定的环境，也能影响环境。
第一章 生命的物质基础 8．组成生物体的化学元素，在无机自然界都可以找到，没有一种化学元素是生物界所特有的，这个事实说明生物界和非生物界具统一性。
9．组成生物体的化学元素，在生物体内和在无机自然界中的含量相差很大，这个事实说明生物界与非生物界还具有差异性。
10．各种生物体的一切生命活动，绝对不能离开水。
11．糖类是构成生物体的重要成分，是细胞的主要能源物质，是生物体进行生命活动的主要能源物质。
12．脂类包括脂肪、类脂和固醇等，这些物质普遍存在于生物体内。
13．蛋白质是细胞中重要的有机化合物，一切生命活动都离不开蛋白质。
14．核酸是一切生物的遗传物质，对于生物体的遗传变异和蛋白质的生物合成有极重要作用。
15．组成生物体的任何一种化合物都不能够单独地完成某一种生命活动，而只有按照一定的方式有机地组织起来，才能表现出细胞和生物体的生命现象。
细胞就是这些物质最基本的结构形式。
第二章 生命的基本单位——细胞 16．活细胞中的各种代谢活动，都与细胞膜的结构和功能有密切关系。
细胞膜具一定的流动性这一结构特点，具选择透过性这一功能特性。
17．细胞壁对植物细胞有支持和保护作用。
18．是活细胞进行新陈代谢的主要场所，为新陈代谢的进行，提供所需要的物质和一定的环境条件。
19．线粒体是活细胞进行有氧呼吸的主要场所。
20．叶绿体是绿色植物叶肉细胞中进行的细胞器。
21．内质网与蛋白质、脂类和糖类的合成有关，也是蛋白质等的运输通道。
22．核糖体是细胞内合成为蛋白质的场所。
23．细胞中的高尔基体与细胞分泌物的形成有关，主要是对蛋白质进行加工和转运；植物细胞分裂时，高尔基体与细胞壁的形成有关。
24．染色质和染色体是细胞中同一种物质在不同时期的两种形态。
25．细胞核是遗传物质储存和复制的场所，是细胞遗传特性和细胞代谢活动的控制中心。
26．构成细胞的各部分结构并不是彼此孤立的，而是互相紧密联系、协调一致的，一个细胞是一个有机的统一整体，细胞只有保持完整性，才能够正常地完成各项生命活动。
27．细胞以分裂是方式进行增殖，细胞增殖是生物体生长、发育、繁殖和遗传的基础。
28．细胞有丝分裂的重要意义（特征），是将亲代细胞的染色体经过复制以后，精确地平均分配到两个子细胞中去，因而在生物的亲代和子代间保持了遗传性状的稳定性，对生物的遗传具重要意义。
29．细胞分化是一种持久性的变化，它发生在生物体的整个生命进程中，但在胚胎时期达到最大限度。
30．高度分化的植物细胞仍然具有发育成完整植株的能力，也就是保持着。
第三章 生物的新陈代谢 31．新陈代谢是生物最基本的特征，是生物与非生物的最本质的区别。
32．酶是活细胞产生的一类具有生物催化作用的有机物，其中绝大多数酶是蛋白质，少数酶是RNA。
33．酶的催化作用具有高效性和专一性；并且需要适宜的温度和pH值等条件。
34．ATP是新陈代谢所需能量的直接来源。
35．是指绿色植物通过叶绿体，利用光能，把二氧化碳和水转化成储存能量的有机物，并且释放出氧的过程。
释放的氧全部来自水。
36．渗透作用的产生必须具备两个条件：一是具有一层半透膜，二是这层半透膜两侧的溶液具有浓度差。
37．植物根的成熟区表皮细胞吸收矿质元素和渗透吸水是两个相对独立的过程。
38．糖类、脂类和蛋白质之间是可以转化的，并且是有条件的、互相制约着的。
39．高等多细胞动物的体细胞只有通过内环境，才能与外界环境进行物质交换。
40．正常机体在神经系统和体液的调节下，通过各个器官、系统的协调活动，共同维持内环境的相对稳定状态，叫稳态。
稳态是机体进行正常生命活动的必要条件。
41．对生物体来说，呼吸作用的生理意义表现在两个方面：一是为生物体的生命活动提供能量，二是为体内其它化合物的合成提供原料。
第四章 生命活动的调节 42．向光性实验发现：感受光刺激的部位在胚芽鞘尖端，而向光弯曲的部位在尖端下面的一段。
43．生长素对植物生长的影响往往具有两重性。
这与生长素的浓度高低和植物器官的种类等有关。
一般来说，低浓度促进生长，高浓度抑制生长。
44．在没有受粉的番茄（黄瓜、辣椒等）雌蕊柱头上涂上一定浓度的生长素溶液可获得无子果实。
45．植物的生长发育过程，不是受单一激素的调节，而是由多种激素相互协调、共同调节的。
46．下丘脑是机体调节内分泌活动的枢纽。
47．相关激素间具有协同作用和拮抗作用。
48．神经系统调节动物体各种活动的基本方式是反射。
反射活动的结构基础是反射弧。
49．神经元受到刺激后能够产生兴奋并传导兴奋；兴奋在神经元与神经元之间是通过突触来传递的，神经元之间兴奋的传递只能是单方向的。
50．在中枢神经系统中，调节人和高等动物生理活动的高级中枢是大脑皮层。
51．动物建立后天性行为的主要方式是条件反射。
52．判断和推理是动物后天性行为发展的最高级形式，是大脑皮层的功能活动，也是通过学习获得的。
53．动物行为中，激素调节与神经调节是相互协调作用的，但神经调节仍处于主导的地位。
54．动物行为是在神经系统、和运动器官共同协调下形成的。
第五章 生物的生殖和发育 55．有性生殖产生的后代具双亲的遗传特性，具有更大的生活能力和变异性，因此对生物的生存和进化具重要意义。
56．营养生殖能使后代保持亲本的性状。
57．减数分裂的结果是，新产生的生殖细胞中的染色体数目比原始的生殖细胞的减少了一半。
58．减数分裂过程中联会的同源染色体彼此分开，说明染色体具一定的独立性；同源的两个染色体移向哪一极是随机的，则不同对的染色体（）间可进行自由组合。
59．减数分裂过程中染色体数目的减半发生在减数第一次分裂中。
60．一个精原细胞经过减数分裂，形成四个精细胞，精细胞再经过复杂的变化形成精子。
61． 一个卵原细胞经过减数分裂，只形成一个卵细胞。
62． 对于进行有性生殖的生物来说，减数分裂和受精作用对于维持每种生物前后代体细胞中染色体数目的恒定，对于生物的遗传和变异，都是十分重要的 63． 对于进行有性生殖的生物来说，个体发育的起点是受精卵。
64． 很多双子叶植物成熟种子中无胚乳，是因为在胚和胚乳发育的过程中胚乳被胚吸收，营养物质贮存在子叶里，供以后种子萌发时所需。
65． 植物花芽的形成标志着生殖生长的开始。
66．高等动物的个体发育，可以分为胚胎发育和胚后发育两个阶段。
胚胎发育是指受精卵发育成为幼体。
胚后发育是指幼体从卵膜孵化出来或从母体内生出来以后，发育成为性成熟的个体。
第六章 遗传和变异 67．DNA是使R型细菌产生稳定的遗传变化的物质，而噬菌体的各种性状也是通过DNA传递给后代的，这两个实验证明了DNA 是遗传物质。
68．现代科学研究证明，遗传物质除DNA以外还有RNA。
因为绝大多数生物的遗传物质是DNA，所以说DNA是主要的遗传物质。
69．碱基对排列顺序的千变万化，构成了DNA分子的多样性，而碱基对的特定的排列顺序，又构成了每一个DNA分子的特异性。
这从分子水平说明了生物体具有多样性和特异性的原因。
70．遗传信息的传递是通过DNA分子的复制来完成的。
71．DNA分子独特的双螺旋结构为复制提供了精确的模板；通过碱基互补配对，保证了复制能够准确地进行。
72．子代与亲代在性状上相似，是由于子代获得了亲代复制的一份DNA的缘故。
73．基因是有遗传效应的DNA片段，基因在染色体上呈直线排列，染色体是基因的载体。
74．基因的表达是通过DNA控制来实现的。
75．由于不同基因的的排列顺序（碱基顺序）不同，因此，不同的基因含有不同的遗传信息。
（即：基因的的排列顺序就代表遗传信息）。
76．DNA分子的的排列顺序决定了信使RNA中核糖核苷酸的排列顺序，信使RNA中核糖核苷酸的排列顺序又决定了氨基酸的排列顺序，氨基酸的排列顺序最终决定了蛋白质的结构和功能的特异性，从而使生物体表现出各种遗传特性。
77．生物的一切遗传性状都是受基因控制的。
一些基因是通过控制酶的合成来控制代谢过程；基因控制性状的另一种情况，是通过控制蛋白质分子的结构来直接影响性状。
78．：具有一对相对性状的两个生物纯本杂交时，子一代只表现出显性性状；子二代出现了性状分离现象，并且显性性状与隐性性状的数量比接近于3：1。
79．的实质是：在杂合子的细胞中，位于一对同源染色体，具有一定的独立性，生物体在进行减数分裂形成配子时，等位基因会随着的分开而分离，分别进入到两个配子中，独立地随配子遗传给后代。
80．基因型是性状表现的内存因素，而表现型则是基因型的表现形式。
81．的实质是：位于上的非等位基因的分离或组合是互不干扰的。
在进行减数分裂形成配子的过程中，同源染色体上的等位基因彼此分离，同时上的非等位基因自由组合。
82．在育种工作中，人们用杂交的方法，有目的地使生物不同品种间的基因重新组合，以便使不同亲本的优良基因组合到一起，从而创造出对人类有益的新品种。
83．生物的性别决定方式主要有两种：一种是XY型，另一种是ZW型。
84．可遗传的变异有三种来源：基因突变，基因重组，染色体变异。
85．基因突变在生物进化中具有重要意义。
它是生物变异的根本来源，为生物进化提供了最初的原材料。
86．通过有性生殖过程实现的基因重组，为生物变异提供了极其丰富的来源。
这是形成的重要原因之一，对于生物进化具有十分重要的意义。
第七章 生物的进化 87．生物进化的过程实质上就是种群基因频率发生变化的过程。
88．以自然选择学说为核心的现代生物进化理论，其基本观点是：种群是生物进化的基本单位，生物进化的实质在于种群基因频率的改变。
突变和基因重组、自然选择及隔离是物种形成过程的三个基本环节，通过它们的综合作用，种群产生分化，最终导致新物种的形成。
第八章 生物与环境 89．光对植物的生理和分布起着决定性的作用。
90．生物的生存受到很多种生态因素的影响，这些生态因素共同构成了生物的生存环境。
生物只有适应环境才能生存。
91．生物与环境之间是相互依赖、相互制约的，也是相互影响、相互作用的。
生物与环境是一个不可分割的统一整体。
91．在一定区域内的生物，同种的个体形成种群，不同的种群形成群落。
种群的各种特征、种群数量的变化和生物群落的结构，都与环境中的各种生态因素有着密切的关系。
91．在各种类型的生态系统中，生活着各种类型的生物群落。
在不同的生态系统中，生物的种类和群落的结构都有差别。
但是，各种类型的生态系统在结构和功能上都是统一的整体。
94．生态系统中能量的源头是阳光。
生产者固定的太阳能的总量便是流经这个生态系统的总能量。
这些能量是沿着食物链（网）逐级流动的。
95．对一个生态系统来说，抵抗力稳定性与恢复力稳定性之间往往存在着相反的关系。
96．地球上所有的生物与其无机环境一起，构成了这个星球上最大的生态系统——生物圈 97．生物圈的形成是地球的理化环境与生物长期相互作用的结果。
98．生物圈是地球上生物与环境共同进化的产物，是生物与无机环境相互作用而形成的统一整体。
99．生物圈的结构和功能能长期维持相对稳定的状态，这一现象称为生物的稳态。
100．从能量角度来看，源源不断的太阳能是生物圈维持正常运转的动力。
这是生物圈赖以存在的能量基础。
101．从物质方面来看，大气圈、水圈和岩石圈为生物的生存提供了各种必需的物质。
生物圈内生产者，消费者和分解者所形成的三极结构，接通了从无机物到有机物，经过各种生物多级利用，再分解为无机物重新循环的完整回路。
生物圈可以说是一个在物质上自给自足的生态系统，这是生物圈赖以存在的物质基础。
102．生物圈具有多层次的自我调节能力。
103．大气中二氧化硫主要有三个来源：化石燃料的燃烧、火山爆发和微生物的分解作用。
104．生物多样性包括遗传多样性、物种多样性和生态系统多样性。
生物多样性是人类赖以生存和发展的基础，是人类及子孙后代共有的宝贵财富。
保护生物多样性就是在基因、特种和生态系统三个层次上采取保护战略和保护措施。
105．生物多样性面临威胁的原因：一是生存环境的改变和破坏，二是掠夺式的开发利用，三是环境污染，四是由于外来特种的入侵或引种到到缺少天敌的地区，往往使这些地区原有特种的生丰受到威胁。
二、选修本 绪论 1、粮食危机的主要原因是粮食产量的增长赶不上人口的增长，还有耕地的逐年减少等。
从生物学角度看，粮食生产的过程实质上是作物进行光合作用的过程?。
2、大量施用化肥能够保证作物生长对N、P、K等营养元素的需要，从而使粮食增产，同时却又造成土壤板结和环境污染。
3、运用一定的技术手段，使更多的作物也具有直接或间接固氮的本领，不仅可以提高这些作物的产量，还可以少施化肥，又减少了环境污染。
4、培育作物新品种也是提高粮食产量的重要途径。
但杂交育种周期长、难以克服远源杂交不亲和的障碍；诱变育种具有很大的盲目性，而通过基因工程和细胞工程来培育新品种，可以将其他生物决定性状的遗传物质定向引入农作物中。
5、生物工程的特点是利用生物资源的可再生性，在常温常压下生产产品，从而能够节约资源和能源，并且减少环境污染。
第一章?人体生命活动的调节及营养和免疫 6、K+?是多吃多排，少吃少排，不吃也排，所以长期不能进食的病人应注意适当补充钾盐。
7、当人饮水不足、体内失水过多或吃的食物过咸时，都会引起细胞外液渗透压升高，使下丘脑中的渗透压感受器受到刺激。
8、当血钾含量升高或血钠含量降低时，可以直接刺激肾上腺，使醛固酮的分泌量增加，从而促进肾小管和集合管对Na+?重吸收和K+的分泌，维持血钾和血钠含量的平衡
大学生物专业基础知识总结有哪些
个人觉得这里的总结还算不错PS:本人也读高三 也在用这个
一些关于生物课本总结
高中，急求
高考生物经典易混、易错总结依说明及近几年高考试卷可知，高考试卷的选题来越体现以能力立意为主这一点。
但任何能力的体现都要以一定的知识为基础。
临近考前，教与学都应回归到基础。
经过多年的高考指导过程发现，学生在基础知识的理解、掌握上的易混、易错之处有着共同的地方。
现以问题形式小结如下： 1．植物、动物都有应激性和反射吗?+ 2．细胞中的遗传物质是DNA，还是RNA?病毒的遗传物质是DNA，还是RNA? 3．植物细胞中都有叶绿体吗? 4．真核生物细胞中一定有细胞核、线粒体吗? 5．原核细胞中无任何细胞器吗? 6．真核细胞不能完成无相应细胞器的功能，但原核细胞则不一样。
例：蓝藻无线粒体、叶绿体，为何还能有氧呼吸、光合作用? 7．光学显微镜下能观察到何种结构? 8．植物细胞在有丝分裂中期形成赤道板吗?HD 9．“病毒、硝化细菌的细胞分裂方式为哪种?”的提法对吗? 10．蛋白质的合成只是在间期吗? 11．高分子化合物与高级磷酸化合物的区别是什么? 12．生命活动所需能量的直接来源是什么? 13．人体内的酶主要存在于细胞内还是消化道内?代谢的主要场所在哪里? 14．干种子、冬眠的动物是否进行代谢? 15．暗反应、细胞呼吸在光下是否进行? 16．植物的同化作用就是光合作用，异化作用等同于细胞呼吸吗? 17．渗透作用概念中的“浓度”如何理解?动物细胞能否发生渗透作用、质壁分离?植物细胞都能发生质壁分离吗? 18．结构蛋白质就是储存形式的蛋白质吗?脱氨基作用直接产生尿素吗? 19．什么叫化能合成作用? 20．血红蛋白属于内环境成分吗
21．胚芽鞘中的生长素是由哪里产生的?生长素过程是否需光?单侧光作用于胚芽鞘的何结构?生长素作用于胚芽鞘的何结构? 22．兴奋能由细胞体传向轴突吗? 23．先天性行为有哪些?后天性行为有哪些? 24．一种生物的生殖方式只有一种吗? 25．利用克隆、试管婴儿技术来繁殖后代属于无性生殖，还是有性生殖? 26．胚的发育、幼苗的形式(即，种子的萌发)、植株的生长所需的有机营养来自何处? 27．由马铃薯的“芽眼”长成苗的过程属于出芽生殖吗?以水稻、小麦种子进行的繁殖属于无性生殖? 28．极核、核体有何区别? 29．常见的单子叶植物、双子叶植物有哪些? 30．囊胚与胚囊有何区别? 31．胚孑L与珠孔有何区别? 32．基因的表达过程中，氨基酸数：DNA中的碱基数，为何是l:6，而不是l:3? 33．染色体、染色单体、DNA、基因、DNA单链的关系如何? 34．基因组成为AaBb的一个精原细胞所产生的精子有几种? 35．同一胚珠内极核与卵细胞基因组成关系如何?与它们结合的两个精子的基因组成关系如何?该胚珠所形成的种子中，胚与胚乳基因组成关系如何?一果实中可否形成不同的种子? 36．F2中的新类型(重组型)个体指的是什么?能稳定遗传的个体是指什么? 37．花药离体培养、单倍体育种、多倍体育种有何区别? 38．生长素能让染色体加倍吗?秋水仙素能促进果实的发育吗?它们的变异能否遗传(变异都可遗传?)?秋水仙素是植物激素吗?生长素的化学本质与生长激素一样吗? 39．白化病遗传中，基因型为Aa的双亲产生一正常个体，其中携带者的几率是2\\\/4，还是2\\\/3? 40．遗传信息、遗传密码、密码子有何区别? 41．一种tRNA只能转运一种氨基酸吗?一种密码子只(都)对应一种氨基酸吗?一种氨基酸只能由一种特定的tRNA转动吗?一种氨基酸只有一种密码子吗? 42．如何判断显、隐性? 43．如何证明等位基因的分离? 44．人的体细胞中有性染色体吗?精子中有x染色体吗?精子形成过程中出现过有两条x染色体的细胞吗? 45．三种可遗传变异来源发生的条件如何?有丝分裂过程发生基因重组吗? 46．由基因型、细胞染色体图如何判断染色体组数? 47．单倍体就是一倍体吗? 48．自然选择过程中，生物的不同变异个体被环境所选择。
其中的“环境”指的只是非生物因素? 49．根瘤菌与豆科植物是寄生关系吗?两虎相争为竞争关系吗? 50．一条河里的全部鱼组成群落吗?森林的群落包括落叶吗? 51．乳酸菌是消费者吗? 52．物种A构成了第一营养级，物种B、C、D构成了第二营养级。
若A的能量增加1000个单位，则B、C、D都分别增加10—20个单位吗? 53．皮肤对水的排出量就是排汗量吗? 54．光能利用率与光合作用效率一样吗? 56．固氮就是自养吗? 57．一条DNA链上有多少非编码区? 58．植物体细胞杂交与植物杂交一样吗? 59．各种呈色过程(还原糖、脂肪、蛋白质、DNA、淀粉的鉴定)有何区别? 60．0．14moL／L．的Nacl溶液中DNA的溶解度最高，还是最低? 应激性、反射、适应性和遗传性 应激性是生物受到刺激时在短时间内完成的某种生理活动，事适应性的一种表现形式，表述的时过程，其结果是生物适应环境。
如果是在神经系统参与下完成的应激性，则称反射，否则不叫反射，可见，反射是应激性的一种形式。
适应性是指生物的形态结构和功能与环境相适合的现象，表述的是结果。
如变色龙进入草丛种体色与青草一致，是应激性属于适应性；而蝗虫的体色与青草一致则只是适应性不是应激性。
决定生物性行为特征的是遗传性。
生长和发育 生长是指细胞同化作用大于异化作用时，细胞数目增多，体积增大的“量变”过程。
发育是指细胞通过分化，形成新的组织、器官、系统，最终成为性成熟的个体的“质变”过程。
大量元素和基本元素、主要元素 从含量上看，如果含量占生物体总重量的万分之一以上的为大量元素，如C、H、O、N、P、S、K、Ca、Mg等。
从对生物体的作用上看，在这些大量元素中，C是最基本元素，C、H、O、N是基本元素，C、H、O、N、P、S是主要元素，生物体的大部分有机物是由这六种元素组成的。
主要能源、重要能源和直接能源 糖类是生物体进行生命活动的主要能源；葡萄糖是重要能源，因为多糖、二糖要水解成葡萄糖后才能进入氧化分解过程，并且葡萄糖比它们容易运输。
所有能量只有转化为ATP后才能被机体利用，所以，ATP被称为直接能源。
生物圈2号实验结果如何
失败了，详细情况如下：美国建于亚利桑那州图森市以北沙漠中的生物圈2号是一座微型人工 生态循环系统,因把地球本身称作生物圈1号而得此名.它由美国前橄榄球运动员 约翰·艾伦发起,并与几家财团联手出资,委托空间生物圈风险投资公司承建,历时8年,耗资1.5亿美元. 1991年9月26日4男4女共8名科研人员首次进驻生物圈2号,1993年6月26日走出 ,停留共计21个月,在各自的研究领域内均积累了丰富的科学数据和实践经验.来自英国,墨 西哥,尼泊尔,南斯拉夫和美国等5国的4男3女共7位实验人员在对首批结果进行评 估并改进技术后,于1994年3月6日二次进驻,工作10个月后于1995年1月走出.他们在这期间 对大气,水和废物循环利用及食物生产进行了广泛而系统的科学研究. 生物圈2号是世界上最大的闭式人工生态系统.它使人类首次能够在整体水平上研 究生态学,从而开辟了了解目前地球生物圈全球范围生态变化过程的新途径.更为重要的是, 它将作为首例永久性生物再生式生保系统的地面模拟装置而有可能应用于人类未来的地外星 球定居和宇宙载人探险. 一,概况 占地1.28公顷的生物圈2号的地上部分为涂有粉剂的立体钢架构型,配有双层玻璃 窗板;地面部分为焊接不锈钢板,并用钢垫密封.总体积约为180000m3.其内部主要由7种 生态群落区和两个大气扩张室(也称作肺)组成.此外,还设有能量中心和冷却塔等设施 .其外观及有关结构参数如表1和图1所示. 为了减轻立体结构的负荷,生物圈2号的内部压力略高于周围大气压.众所周知,温 度改变必然导致压力变化,而这种伸缩中的压力变化足以破坏玻璃窗板(计算值极易超过kPa ).为了解决这一矛盾,没有像通常那样采取抵抗压力的措施,而是为该圈装配了两个称为 肺的体积可变室,以使大气在恒压下胀缩.两肺就如同巨大活塞通过密封膜连接在气 缸上一样,上下垂直运动距离约达15m.活塞重量产生相对于周围大气压力的内部正压.正压 具有两大优点:不论什么地方有泄漏,内部大气就会向外扩散从而保证排除外界污染;活塞的 持续下滑则表明某处出现泄漏.两肺的体积占到该圈密闭体积的30%. 除上述设施外,其内部还包括分析,医疗,兽医,监控,维修,锻炼,影视等室,分布在不同 部位. 与地球生物圈类同,生物圈2号在物质上闭环,通过工程手段禁止它与外界大气和地 下 土壤进行物质变换.在能量上开环,允许太阳光通过玻璃结构供植物进行光合作用,同时引入 电能供技术系统操作运转.在信息上也同样开环,通过计算机系统,电话,摄像,电视与外 界进 行数据信息交换,并通过电视可以与外界工作人员及亲属进行面对面的交谈,还可放映电影和 收看商业电视节目.电能及热控能源从外界通过气密装置输送进来,当进行能量转移时,不允 许内外流体进行任何形式的交换或混合. 表2 圈内大气温度,压力及重量范围 生物群落 温度(°C) 最高 最低 大气成分 压力?(kPa) 百分比?(%) 总重量?(kg) 热带雨林 35 13 O2 18?10 20?51 31800 热带草原\\\/ 38 13 N2 67?51 76?51 103775 海洋\\\/沼泽 CO?2 0?03 0?03 67 沙漠 43 2 H?2O 1?78 2?02 1761 集约农业区 30 13 Ar 0?81 0?92 1782 居住区 35 15 总量 88?24 100?00 139185 生物圈2号的神经系统是一个完整的计算机数据采集和控制系统,它是从位 于居住区的指挥室辐射出的微处理机网络系统.这一内部神经系统通过信息通路与外界 附近的飞行控制楼内的计算中心相联通.该楼作为分析中心而成为生物圈1号 和2号间获取分析数据及通讯的主要窗口.居住区内的指挥室通过遍布圈内的5000 多个传感器(每15分钟记录一次并读入无限增长数据库)能够有效地控制所有主要的操作参数 ,如温度,湿度,光强,水流量,pH值,CO?2浓度,土壤湿度,仪器运作状态等,并能进行 数据传感器及所有报警装置的状态显示.每件装置均有手动控制开关以防神经系统任何 部位的失灵. 尽管整个圈内为热带气候,但由于不同生物群落的冷暖要求不同,因此,各自又有相对独立的 温度.由于生物圈2号位于海拔1200m的沙漠上,其外围大气压不是标准压力101.3 kPa,而仅约为88.2kPa,因此,其内压只能略高,即为88.24kPa.详细情况见表2.利用机械 系统模拟地球自然环境,例如制造海洋波浪,潮汐,溪流,瀑布以及按照季节要求控制风, 雨,湿度等,并控制盐分梯度及营养循环速度和进行海水淡化. 二,生态群落 生物圈2号有5个野生生物群落(热带雨林,热带草原,海洋,沼泽,沙漠)和两个 人工生物群落(集约农业区和居住区).它们以地球北回归线和南回归线间的生态系统为样板 ,分别由美英生物和生态学家设计而成. 圈内共有约4000个物种,其中动物(包括浮游,软体,节肢,昆虫,鱼类,两栖,爬行,鸟类 ,哺乳等),植物(包括浮游,苔藓,蕨类,裸子和被子等)约3000种,微生物(包括细菌,粘 菌,真菌,微藻等)约1000种,它们分别来自澳大利亚,非洲,南美,北美等地. 该系统既有高大的树木(如红树),也有矮小的灌木草丛植物,错落有致,憩静秀美.各个野生 生物群落中的生境并不一致,它们分别有4,6,4,4,6种生境,如海洋有海滩,浅咸水湖, 珊瑚礁和海水等4种类型.生物群落间均有相对独立的生态区将它们互相隔开,例如,热带草 原和沙漠间有一簇灌木丛而相对隔离.为了保护各个群落不受环境胁迫,在其周围种植了耐 性强的植物,例如,热带雨林的三周围是浓密的姜科植物,从而保护内部树种免遭侧面强光照 射,而与海洋的界面间种有竹子来抵御盐分渗入. 为了尽量贴近自然环境,该圈中的土壤,草皮,海水,淡水均取自外界的不同地理区间,通过 一定的人工处理再利用.例如,实验用的海水是将运进来的海水和淡水按照适当比例配制而 成的. 生物圈2号中选择植物的标准主要考虑动物消费者的生命保障,分类多样性,物理 参数,植物的可利用程度和美学价值.为了适应达尔文的自然选择过程,植物种类开始时比 系统能支撑的要多一些,这样可以补偿物种的遗失或灭绝,并最终促进系统的持续稳定. 三,研究范围与主要结果 首批8名科学家在21个月的密闭人工生态环境中按照各自的研究范围进行了广泛,细致,深 入的观察,记录,分析,研究项目包括生物地球化学,土壤,水,海洋,全球生物量, 农 业,遗传,生理,营养,医学,心理以及技术和工程学等内容.本文仅就几个较为重要的研 究结果概括如下: 1?大气动力学与大气泄漏 在微小的闭式生态系统中生物地球化学循环速率显著加大,这是由于它缺乏地球生物圈所具有的巨大贮存作用以及有机体与无机物的比率大大增加的缘故.即使在生物圈2号这样大的装置中,大气CO2的平均滞留时间仅为1～4天,而地球生物圈中则约为3年. 生物圈2号中浓度为1500ppm的大气CO2(约为地球大气CO2浓度的4倍),约相 当于100kg的碳,这一数量与圈内的生物量和土壤中的有机碳相比大大降低,分别为100:1 和5000:1,而地球中的相应比例分别为1:1和2:1. 生物圈2号中CO2的波动范围为700～800ppm\\\/d,一般为500～600ppm\\\/d,有时会更低,这与季节,昼夜循环和天气变化导致的光合作用和呼吸作用的动态消长有直 接关系.当光强(光合成光通量,PPF)达到一年的最低值时(16.8mol·m-2d- 1),CO2的平均浓度为2466ppm;相反,当PPF达到最高值时(53.7mol·m-2d-1),CO2浓度则达到一年中的最低值1060ppm. 为了缓冲这一系统在第一年冬季低光照时的高CO2浓度水平,利用一套CO2循环系统首 先将它通过化学反应形成CaCO3,如需要时把后者加热到950°C便可释放CO2进入大气 .4个月间[DK10]约有53880mol(相当于9450ppm)的CO2通过定期使用这一物化系统以CaCO3的形式沉积下来.这一沉淀可以间接说明约1%大气O2的下降(通过有机碳氧化和随后的CaCO3分离).相反,1991年12月用来补偿大气泄漏的10%外部大气的加入影响较小,CO2浓度暂时下降了200ppm,即为每天正常变化的1\\\/3. CO2的浓度升高可导致海水酸度增加.为了避免此现象发生,在海水中分期加入碳酸钠和 碳酸氢钠,这样可以保持pH值在7.7以上. 表3, 生物圈2号一年内总的农业生产量(kg) 蔬菜: 菜豆8,甜菜叶273,甜菜根308,胡椒13,胡萝卜88,辣椒63,甘蓝83,黄瓜17,茄子155,羽衣甘蓝11,生菜90, 洋葱107,Bok choy12,雪豆1, 南瓜籽8,西葫芦287,Swiss Chard58,甘薯叶64,番茄288,冬瓜261;粮食:水稻196,高粱131,小麦113;淀粉类蔬菜: 白薯198,甘薯1335, Malanga84,薯蓣20;高脂肪豆类:花生24,大豆14;低脂肪豆类:蚕豆63,豌豆15 ;水果:苹果1,香蕉1024,无花果39,番石榴41,金柑4,柠檬10,酸橙4,柑桔6,番木瓜639;动物产品:山羊奶407,山羊肉8,猪肉35,鱼10,蛋6,鸡肉8,总计6630 . 氧气动力学令人困惑不解.1991年9月到1992年6月间,生物圈2号中氧浓度从20.51%下降到16.95%,到1993年1月中旬时则为14.5%.基于医学忠告,1992年6月后的几个星期 在圈内不断输入纯氧,使其浓度回到19%.O2浓度下降主要发生在密闭后的前4个月,此时为18%,1 9 92年4月以后,O2浓度则以每月0.25%的线性水平下降.O2浓度下降的真正原因并不十分清楚,利用几种方法的氧气动力学研究仍在进行,包括研究圈内氧同位素的分布. 生物圈2号气密性非常高.根据泄漏率和压力间的关系推知,年泄漏率为6%,而根据标记微量气体(SF6)逐渐稀释的测量结果证明,年泄漏率不超过10%.在最初的4个月中(19 91年9～12月),大气泄漏约10%,相应的外界气体于1991年末一次性注入.其它闭式人工生态系统(如肯尼迪航天中心制造的生物量生产舱)每天的泄漏率就在1%～10%之间 . 2,食物生产与废物处理 生物圈2号中的农业系统必须满足3个主要要求,即无污染,集约型和可持续性.空间生物圈风险投资公司和其农业区的主要顾问亚利桑那大学环境研究实验室,起初试验水培和气培的种植技术,最后由于种种原因而不得不转向以土壤为基础的农艺技术.原因之一就是水培必须依赖于化学营养液的输入,而这在空间是难以解决的.另外一个原因是如果没有能力做堆肥或利用植物\\\/微生物系统进行废水再生,那么促使动物和人的废物及作物不可食生物量部分等循环利用的相关问题就更难以解决.此外,堆肥或沼泽废水处理系统较湿氧化或焚化等物理系统更省能. 集约农业区共有50种150个品种,每轮种植约30种,主要有粮食,蔬菜,水果,此外还有饲养动 物和鱼(稻田中养殖),动物饲料包括苜蓿,象草,水风信子及各种农作物(利用其不可食生物 量),见表3和图2. 图2 生物圈2号集约农业区的部分作 物生长情况 密闭后建立的农业系统平均提供8人80%的营养需要,包括谷物,豆类和蔬菜,但密闭后的前几个月需食用密闭前种植的食物(其余20%的营养需要).由于圈内缺乏紫外线辐射,因此,必须补充维生素B12和维生素D.肉类很少,蛋每人每周平均一个.前10个月的平均食物热量卡值限制在2000Cal\\\/d(1Cal合4.18J),后来增加到2200Cal\\\/d.食用前,食物均进行了称重和记录. 农业区内不使用杀虫剂,而是利用有益昆虫和喷雾器(如肥皂水和硫磺,芽孢杆菌)来控制病虫害的发生.废物循环是把动物废物和植物不可食生物量做成堆肥,并利用水生植物咸水湖系统进行进驻人员废水处理.利用土壤床反应堆降低微量气体的积累.使用大气水分冷凝系统提供饮用水. 3?物种种群的动态变化 野生区域内的植物生长旺盛,前9个月生物量就增加了60%～75%.在热带雨林,树冠庞大茂 密,相连成荫,因而抑制了小型植物,尤其是肉质植物的生长.沙漠中的多年生草本植物生长 迅速,这也证明干旱条件下沙土有利于多年生草本的生长. 野生种数量起初有所下降,其中植物不到10%,陆地动物和昆虫不到30%,海洋种约为10%～20%.当食物网更为一体化且株冠成熟后,物种遗失的数量则减慢,且许多动植物在此时期 均有不同程度的繁殖.自从建立了生态系统后,人就作为主要捕食者来控制杂草和病虫害发 生并保持生物多样性.如果没有人的直接干预,在生物圈2号的初期运转期间,生物 多样性必然会下降. 4?生理,营养及医学试验 生物圈2号中生产的食物基本上能满足每日推荐饮食配额(RDA)的需要,但没有什么剩余.进驻人员自从密闭后体重减轻了约10%～20%,这是对新环境初时不适应的结果.1992年4月后,体重不再下降,有人甚至还胖了一些.这种低脂肪,低热量,富营养的食物可以显著降低胆固醇(从平均值约195降到125),血压,白细胞数量和血糖含量.以前对小鼠的试验也有类似结果,并证实因此而可以延缓衰老,增加寿命. 上述下降后的氧浓度相当于海拔2900m处的O2分压,通过不断监测红细胞数量,形态及其生理生化指标和呼吸率等则可获知低O2浓度对健康产生的不良影响.一旦O2浓度继续下降时,可望能适应相当于海拔4600m处的O2分压.此外,在圈内的人和动物间,没有发生传染性疾病. 四,结束语 大量证据表明,火星土壤和月球表土经过一定的生物和化学技术处理后可以用作潜在的植物栽培基质,这样就使得生物再生式生命保障系统在空间居住地的应用比需要地球资源的装置要经济得多.但是到目前为止,在生物再生式生命保障系统中很少有以土壤为基础的技术实验 .生物圈2号是第一个建成并运作的以土壤为基础的生物再生式生命保障系统.因此,有关其操作性能的数据对应用于空间的类似系统是非常有用的. 生物圈2号无论从规模,技术难度和复杂程度,以及所取得的效果来看,均堪称人类科学史上的一大杰作,受到国际上的普遍关注与赞赏.但近来也遭到某些公众的严厉批评 . 引起公众非议主要是由于主客观两方面的原因:(1)商业投资造成游人络驿不绝,给人一种缺 少科学严肃性的印象;(2)遇到严重的阴雨天气和病虫害,造成欠收,开始时曾出现大气泄漏;(3)人们对他们的科学试验活动了解不多;(4)理论和实践经验不足;(5)行政管理不善,导致可以做的而没有去做. 生物圈2号与其100年的设计寿命相比,现仅处于摇篮时代,出现这样那样的问题和异议均在情理之中.只要不断总结经验,汲取教训,勤于实践,勇于探索,一定能够取得丰硕成果.向宇宙进发可以看作是人类要生存下去不可避免的问题.欲在那里建立居 民区,必 须开发生态生命保障系统,创造一个舒适的小地球样环境,从而为未来的太空人提供品种多样,营养丰富的食品以及氧气和水,并将CO2,废水和废物等再生为有效资源而重复利用 .生物圈2号恰恰能够教给人们这一本领.此外,通过了解其中:(1)生态系统逐渐 成熟的结果;(2)处于各种胁迫环境中的部件的稳定性;(3)遗传种群的连续性;(4)生物地球化 学的循环作用,可望为每况愈下的地球生态系统找到出路. 被视为反面教材的生物圈2号现状如何 它还是奢移的伪科学吗 美国石油大王所投的巨资是否打了水漂 生物圈2号,你还好吗 若干年前,在美国亚利桑那州的沙漠中再造一个迷你地球的实验失败后,耗资2亿美元的生物圈2号一时间成为笑柄,甚至被斥之为奢侈的伪科学.直到今天,生物圈2号仍然被很多人看作是藐视自然的反面教材.然而,或许很少有人注意到,这些年来生物圈2号正在悄悄发生变化:它吸引了大量游客和学生,成为一个绝佳的旅游胜地和教育基地;尤其重要的是,它渐渐赢得了科学界的尊重,成为一个非常难得的关于全球气候变化效应的研究中心. 奢侈的伪科学 曾经有人提出过一个看似天方夜谭的设想,在我们生活的地球上再造一个迷你地球,探求人类在这个现代南泥湾之中自给自足,以及未来在月球或火星上建立生存空间的可能性.美国得克萨斯州的石油大王爱德华·巴斯为此憧憬不已. 从1984年到1991年,巴斯个人出资2亿美元,在美国亚利桑那州图森市以北的沙漠中建起了生物圈2号.生物圈2号占地13000平方米,仿佛一个巨大的温室,雨林,沙漠,草原和海洋应有尽有.生物圈1号是我们生活的地球,顾名思义,生物圈2号就是一个迷你地球. 1991年9月26日,生物圈2号迎来第一批志愿者,4男4女开始了为期两年,与世隔绝的生活.尽管这些居民事先花去几年时间接受了工程,农业等方面的良好培训(其中一位甚至接受了牙科训练),拥有每年耗资百万美元的技术支持,各种各样的灾难仍然接踵而来:各种动植物大量死亡,蟑螂和蚂蚁却儿孙满堂;更为糟糕的是,到了1993年1月,生物圈2号内的氧气含量从21%下降到14%,不得不从外界补充氧气,自给自足的幻想彻底破灭. 实验失败了.经过短暂的休整,生物圈2号又迎来了第二批居民.5男2女住了个半月后,由于笑气(N2O)积累过多,在1994年9月17日被迫离开,实验再度以失败告终.打那以后,再也没人在生物圈2号中过日子了. 一个乌托邦式的科研计划宣告破产.生物圈2号遭到了一些人无情的嘲笑,有人甚至斥之为奢侈的伪科学. 当然,生物圈2号也使人们更加明白一个看似浅显的道理:目前地球仍然是人类的惟一家园.不仅如此,它还在不经意间给人们留下了一些佳话. 生物圈2号称得上是一个小联合国,居民分别来自美国,英国,墨西哥,尼泊尔等7个国家.在这个小联合国里,培育出了爱情之花.实验结束几个月后,两批居民中分别有一对结成伉俪.这或许应了一句古话:患难见真情. 另外,由于粮食歉收,生物圈2号的居民不得不控制饮食.结果第一批居民中的4名男性体重平均下降18%,4名女性体重平均下降10%,胆固醇的平均值由195下降到正常值125,使得这些平常为减肥而痛苦不已的人平添一份惊喜,真可谓无心插柳柳成荫.当时的一位居民,加利福尼亚大学洛杉矶分校的罗伊·沃尔福德教授甚至继续维持当时的食量,因为那样有助于健康. 走出乌托邦 痛定思痛,巴斯决心调整生物圈2号的定位.于是,他求助于哥伦比亚大学的科学家,看看用2亿美元打造出来的生物圈2号到底能做些什么. 1996年1月,巴斯干脆把生物圈2另交给哥伦比亚大学打理,并投入4000万美元作为今后5年的改造和运行费用.经过一番考虑,哥伦比亚大学计划把生物圈2号改造为一个致力于地球系统科学的研究中心,同时请来威廉·哈里斯担任新的负责人.哈里斯曾在美国国家科学基金会工作多年,是一位管理大型科研项目的高手. 其实,建造生物圈2号的2亿美元并不像一些媒体所说的那样全打了水漂.就拿容量高达378万升的人造海洋来说,无疑是研究海洋科学的一个很好的平台.这大概也是哥伦比亚大学和哈里斯愿意接手烂摊子的原因之一. 处于转型期的生物圈2号,首先迎来的是痛苦和迷惑.关于生物圈2号究竟可以派上什么用场,科学家们就出现了分歧,有人希望把生物圈2号打造成一个生物多样性的研究中心,有人则希望着力于全球变化效应研究.再加上技术方面存在的困难,转型计划一度受挫,士气因此大受影响,一些科学家先后离开了生物圈2号. 有道是,峰回路转.两年后,人造海洋终于溅起了一些水花.发表在1998年2月13日美国《科学》杂志上的一篇论文称,随着生物圈2号内温室气体二氧化碳含量的增加,人造海洋中珊瑚的生存受到了威胁. 这样一篇论文,对外行来说或许没什么大不了的,对生物圈2号来说却大概算得上一个转折点.在全球变暖日益受到国际社会高度重视的今天,那篇论文清楚地表明:生物圈2号恰恰是研究全球变暖如何影响生态系统的一个理想平台. 2001年4月,世界著名植物学家贝瑞·奥斯蒙德接替哈里斯领衔生物圈2号.生物圈2号研究中心的林光辉博士告诉本报记者,目前已有多项与全球气候变化有关的研究项目正在生物圈2号开展,吸引了不少世界一流的科学家. 新的梦想 生物圈2号昔日失败的阴影正在逐渐消失,全新的形象也逐渐树立起来. 据林光辉博士介绍,2001年12月,在生物圈2号召开了一次有世界各国科学家和美国能源部官员参加的学术会议.与会专家对生物圈2号过去5年的科学研究成果做出高度评价,也提出了未来的研究计划. 如今,生物圈2号已成为哥伦比亚大学手中的一张王牌.我们的目标是,将生物圈2号发展成对地球系统的科学,政策和管理事务进行教育,研究和交流的首选.该校副校长迈克尔·克罗说.与当初那个受人嘲笑的目标相比,这个目标更为务实,但同样是野心勃勃. 由于生物圈2号过去5年的表现得到了各方的认可,合同期满后,哥伦比亚大学又与巴斯续签了10年.哥伦比亚大学董事会决定从2001年到2005年投入2000万美元,巴斯也表示要追加3000万美元. 当初曾被人讥讽为不懂科学的巴斯,对科学研究可说是仁至义尽.在2002年1月的《科学美国人》杂志上,哥伦比亚大学的格丽特·霍洛韦撰文称,到2010年,巴斯很可能最终以象征性的100万美元,将生物圈2号及周围100公顷土地卖给哥伦比亚大学. 历经风雨的生物圈2号,它究竟会给人类的生活带来什么 新的梦想会实现吗 新的努力会再次遭受失败吗 或许,洛克菲勒大学乔尔·科恩和明尼苏达大学戴维·蒂尔曼的话能给我们以信心. 这两位科学家认为,生物圈2号与哈勃望远镜有某些相似之处.耗资巨大的哈勃望远镜刚刚上天之时,由于所拍照片模糊不清而备受批评,但时至今日它已成为天文学研究不可或缺的重要工具.同样地.生物圈2号也有望在今后成为人类进一步认识地球的重要基地. 在科学研究上,恐怕没有人能够保证,只要有投入就一定会有回报,古今中外都不乏数以亿计的投资有去无回的实例.问题在于,我们是否明白科研计划失败的真正原因,是否真正理解失败是成功之母.生物圈2号的今昔,为我们提供了一个极好的范本.
