基于中美高中生物教材對比的病毒知識點析疑

許婷

摘要 基于我國人教版高中生物教材和美國高中生物教材《生物·生命的動力》中病毒相關知識點的對比，對高中生物病毒知識點教學中可能出現(xiàn)的疑惑進行了探討和分析，為日常教學提供借鑒和參考。

關鍵詞 中美 高中生物 病毒

中圖分類號C633.91

文獻標志碼B

病毒與生活息息相關，常見于新聞媒體或報刊雜志中，高中生應通過高中生物課程的學習，了解并掌握與病毒相關的知識、思維和方法，并能對現(xiàn)實生活中的相關問題作出理性解釋和判斷。我國人教版高中生物教材中多處知識點涉及病毒相關知識，病毒相關知識的考查多與重要知識或前沿知識有關，考查方式靈活多變，考查的廣度和深度也在逐年增加。然而教材中并無專門介紹病毒的章節(jié)，病毒相關知識也較為分散，不利于學生系統(tǒng)的學習。美國高中主流理科教材《生物·生命的動力》中的第六章“病毒和細菌”是專門介紹病毒的章節(jié)，在第20章“基因工程”和第39章“免疫系統(tǒng)”處也有一些涉及。筆者對中美高中生物教材中的病毒相關知識點進行了對比和析疑，以期為高中生物教學提供借鑒和參考。

1 對比和析疑

1.1 病毒是不是生物

人教版教材中提到：生命活動離不開細胞。即使像病毒那樣沒有細胞結構的生物，也只有依賴活細胞才能生活。而美國教材中則指出：大多數(shù)生物學家認為病毒是非生物體，因為它并不嚴格符合生物體的基本特征。因為它們是非生物體。所以病毒的命名方法與生物體不同。那么，病毒到底算不算一種生物呢？因為病毒可提純?yōu)榻Y晶體，結晶體是一個化學概念，是很多無機化合物存在的一種形式，這曾是病毒是否是真正生命體的爭論點。實際上，病毒在細胞外環(huán)境以毒粒，即成熟的病毒顆粒形式存在，一般不表現(xiàn)任何生命特征，但是具有感染性。一旦病毒進入細胞，毒粒便會解體，病毒基因組進行復制表達，病毒繁殖，并隨之表現(xiàn)出遺傳、變異等一系列生命特征。由此可見，病毒是一類既具有化學大分子屬性，又具有生物體基本特征;既具有細胞外的感染性顆粒形式，又具有細胞內的繁殖性基因形式的獨特生物類群。因此，病毒是一類結構極其簡單、性質十分特殊的生命形式。

1.2病毒的成分

可能是出于簡化內容或考慮篇幅的原因，人教版教材表述病毒的成分是核酸和蛋白質;美國教材表述病毒的主要成分是核酸和蛋白質，核酸位于病毒中心，蛋白質包圍在核酸周圍，構成了病毒的衣殼。相較而言，美國教材的表述更為精準。實際上，除部分病毒只含有核酸和蛋白質外，很多病毒在此基礎上還含有少量脂質或（和）非核酸糖。如羅氏肉瘤病毒含有35%的脂質，禽類成髓細胞白血病病毒含35%脂質和1%非核酸糖。病毒脂質的主要成分是磷脂，大部分含脂質的病毒都有一層膜質的外衣，稱為包膜。脂質或脂蛋白可能是作為病毒入侵與細胞結合所必需。另外，實驗證明具有包膜結構的病毒的某些蛋白質常以糖蛋白的形式出現(xiàn)。這提示教師，在教學過程中可有意識地延伸這部分知識，引導學生思考：包膜由脂質構成，可能與病毒進出宿主細胞有關;非核酸糖參與構成病毒的糖蛋白，可能與病毒識別和吸附宿主細胞有關。

1.3病毒進入宿主細胞的方式

人教版教材必修1第一章第一節(jié)資料分析的實例4圖示中，展示了HIV病毒是被胞吞進入淋巴細胞的。而人教版教材必修2第三章第一節(jié)中相關知識顯示，T2噬菌體將其核酸注入大腸桿菌。兩種病毒進入各自宿主細胞的方式如此迥異，在了解了病毒成分的基礎上，教師可借鑒美國教材中的相關知識，這個問題就迎刃而解了。美國教材中提到：“病毒一般按兩種方式進入宿主細胞。無包膜的病毒像注射疫苗一樣地把自己的核酸注入宿主細胞，而病毒的衣殼仍留在宿主細胞的表面。有包膜的病毒在粘附宿主細胞后，宿主細胞的細胞膜包裹病毒，并在宿主細胞內產生了許多個包裹著病毒的質膜小泡。然后病毒突破小泡，將核酸釋放到細胞中?！辈⑶乙詧D文形式展示了HIV病毒由蛋白質外殼包圍兩段RNA及外層的脂質層構成。T2噬菌體無包膜，HIV病毒有包膜，因此，T2噬菌體是將其核酸注入大腸桿菌，而HIV病毒是以胞吞方式整個進入淋巴細胞的。

1.4 T2噬菌體只侵染大腸桿菌的原因

人教版教材中提到：“T2噬菌體是一種專門寄生在大腸桿菌體內的病毒?！钡墙滩牟]有給出解釋或原因。美國教材中提及“每種病毒都具有特定結構的粘附蛋白”，可以很好地回答這個問題。因此，每個病毒都只能粘附特定的宿主。例如，T4噬菌體（T2噬菌體屬于T4噬菌體屬）能侵染大腸桿菌，因為T4噬菌體的黏附蛋白與大腸桿菌表面的分子結構相吻合，但T4噬菌體不能侵入人、動物和植物的細胞，甚至是其他細菌?？偠灾?，有些病毒具有種類特異性，而另一些病毒則為細胞特異性。例如，脊髓灰質炎病毒只侵染小腸和神經細胞。具體來說，有包膜的病毒一般通過其包膜上的糖蛋白來吸附宿主細胞表面的受體，無包膜的病毒則通過衣殼蛋白或突起吸附于宿主細胞表面的受體。

1.5 艾滋病有很長潛伏期的原因

人教版教材中用圖示闡述了艾滋病死因和免疫系統(tǒng)受損的關系，圖示了HIV感染人體后的10年內，HIV濃度和T細胞數(shù)量的關系，并指出：HIV最初侵入人體時，免疫系統(tǒng)可以摧毀大多數(shù)病毒。HIV濃度增加，T細胞逐漸減少，并伴隨一些癥狀出現(xiàn)，如淋巴結腫大。該教材以此解釋潛伏期。而美國教材中有關于潛伏期更詳細的解釋：在粘附和侵入之后，病毒的遺傳物質整合到宿主細胞的染色體上。整合到宿主細胞染色體上的病毒DNA被稱為前病毒，前病毒不會影響宿主細胞的正常新陳代謝功能，盡管前病毒沒有被激活，但是每當宿主細胞復制遺傳物質時，前病毒的數(shù)量會隨之增加。因此，每個來源于受感染細胞的子代細胞都會帶有前病毒的拷貝，這稱之為溶源循環(huán)。一旦HIV病毒侵入人體后，它就會侵染淋巴細胞，通過胞外分泌，產生新的HIV病毒并進入血液，從而侵染其他的淋巴細胞。被感染的淋巴細胞仍能正常工作，這是因為HIV病毒的遺傳物質作為前病毒，一次只產生少量的前病毒，因此被感染的人不會立即表現(xiàn)出疾病的癥狀。但此時他們的血液中已攜帶了HIV病毒，被HIV病毒感染的人可能在相當長的時間內身體都不會有什么不適。潛伏期過后，前病毒離開宿主染色體并被激活，病毒核酸和蛋白質大量合成，宿主細胞細胞裂解，釋放新的病毒，這整個粘附、侵入、復制、組裝、裂解、釋放的過程，稱之為裂解循環(huán)。進入裂解循環(huán)后，HIV濃度增加，淋巴細胞逐漸減少，最后人體免疫能力幾乎全部喪失。

1.6病毒的核酸

學生通過人教版教材的學習已經知道DNA以雙螺旋結構存在，但一經熱或堿處理就會變?yōu)閱捂湢顟B(tài);RNA以單鏈形式存在。實際上，某些絲狀噬菌體就含有一個環(huán)狀單鏈DNA分子，而某些病毒的遺傳物質是雙鏈RNA。因此，根據(jù)核酸類型可將病毒分為：雙鏈DNA病毒（如牛痘病毒）、單鏈DNA病毒（如雞貧血病毒）、DNA反轉錄病毒（如乙型肝炎病毒）、RNA反轉錄病毒（如人類免疫缺陷性病毒1型）、雙鏈RNA病毒（如人輪狀病毒A型）、單股負鏈RNA病毒（如狂犬病毒）、單股正鏈RNA病毒（如脊髓灰質炎病毒、）亞病毒感染因子（如單鏈RNA衛(wèi)星病毒、哺乳動物朊病毒）。教師在教學中可適當補充以上不同核酸類型的病毒，幫助學生理解病毒的分類及病毒在宿主細胞內的復制過程。

1.7病毒的大小及致病性

生物是一門以實驗為基礎的自然科學?！镀胀ǜ咧猩飳W課程標準（2017年版）》（以下簡稱新課標）在教學建議處提出：“加強和完善生物學實驗教學”。實驗教學是生物學課程的特點，也是生物學教學的基本形式之一。人教版教材中介紹了T2噬菌體侵染大腸細菌的實驗和用滅活病毒誘導動物細胞融合的實驗，美國教材中的病毒章節(jié)也介紹了兩個實驗：迷你實驗“測量病毒”和技能實驗“哪些病毒致病”。迷你試驗提供了一張脊髓灰質炎病毒的電鏡照片，并給出一條放大180 000倍的、原長0.4 μm的參考線，測量圖中病毒和參考線的長度，依據(jù)比值得出病毒直徑。0.5 μm是光學顯微鏡下能觀察到的最小物理尺度，因此，只能利用電子顯微鏡來觀察病毒。技能實驗則例舉了一些病毒性疾病的癥狀和發(fā)病周期，要求根據(jù)癥狀，判斷哪些病毒致病，以及根據(jù)發(fā)病周期預測哪種疾病是裂解性病毒引起的，哪種疾病是溶源性病毒引起的。人教版教材中的兩個實驗是利用病毒的特性來設計和輔助實驗，達到驗證遺傳物質或融合動物細胞的目的。美國教材的兩個實驗是研究病毒本身的實驗，通過簡單的小實驗將抽象的病毒知識具體化，達到逐步認知病毒的目的。

1.8病毒是否是原始的生命形式

新課標新凝練了生物學學科核心素養(yǎng)——生命觀念、科學思維、科學探究和社會責任，強調學生應該在較好地理解生物學概念的基礎上形成生命觀念，其中就包括進化與適應觀。人教版教材中沒有對病毒是如何進化來的進行探討，但基于病毒相關知識點的學習，學生認識到病毒是一類結構簡單、但能將自己的基因組整合到宿主細胞染色體上，并實現(xiàn)穩(wěn)定表達的生物。教師可在此基礎上，引導學生大膽推測病毒的起源，完成知識的內化和升級。因此，可借鑒美國教材中對病毒起源做出的闡述：病毒雖然結構簡單，但不是原始的生命形式，病毒依賴宿主細胞進行復制，病毒可能源于它們的宿主細胞，病毒內的遺傳物質來源于宿主細胞的染色體片段，因此具有在宿主細胞內復制的能力。實際上，目前關于病毒起源有三種假說：退化假說（病毒由較高級的細胞內寄生生物退化形成）、細胞來源假說（即上述美國教材中的闡述）和平行進化假說（病毒由生命產生之前的RNA世界中的能自我復制的分子進化而來，并與細胞生物體共同進化）。教師可在教學過程中引導學生對病毒起源展開探討，介紹病毒起源的假說，培養(yǎng)學生的發(fā)散性思維和批判性思維，培養(yǎng)其質疑精神和探究能力。

2結語

隨著新課標的頒布，高中生物教學已從“三維目標”時代邁入“核心素養(yǎng)”時代。因此，在病毒相關知識點的教學過程中，教師可適當進行擴充和延伸，以病毒相關知識點為載體和背景，滲透生命觀念、培養(yǎng)科學思維、引導科學探究和倡導社會責任，進而提高學生的生物學學科核心素養(yǎng)。

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