基于中美高中生物教材对比的病毒知识点析疑

许婷

摘要 基于我国人教版高中生物教材和美国高中生物教材《生物·生命的动力》中病毒相关知识点的对比，对高中生物病毒知识点教学中可能出现的疑惑进行了探讨和分析，为日常教学提供借鉴和参考。

关键词 中美 高中生物 病毒

中圖分类号C633.91

文献标志码B

病毒与生活息息相关，常见于新闻媒体或报刊杂志中，高中生应通过高中生物课程的学习，了解并掌握与病毒相关的知识、思维和方法，并能对现实生活中的相关问题作出理性解释和判断。我国人教版高中生物教材中多处知识点涉及病毒相关知识，病毒相关知识的考查多与重要知识或前沿知识有关，考查方式灵活多变，考查的广度和深度也在逐年增加。然而教材中并无专门介绍病毒的章节，病毒相关知识也较为分散，不利于学生系统的学习。美国高中主流理科教材《生物·生命的动力》中的第六章“病毒和细菌”是专门介绍病毒的章节，在第20章“基因工程”和第39章“免疫系统”处也有一些涉及。笔者对中美高中生物教材中的病毒相关知识点进行了对比和析疑，以期为高中生物教学提供借鉴和参考。

1 对比和析疑

1.1 病毒是不是生物

人教版教材中提到：生命活动离不开细胞。即使像病毒那样没有细胞结构的生物，也只有依赖活细胞才能生活。而美国教材中则指出：大多数生物学家认为病毒是非生物体，因为它并不严格符合生物体的基本特征。因为它们是非生物体。所以病毒的命名方法与生物体不同。那么，病毒到底算不算一种生物呢？因为病毒可提纯为结晶体，结晶体是一个化学概念，是很多无机化合物存在的一种形式，这曾是病毒是否是真正生命体的争论点。实际上，病毒在细胞外环境以毒粒，即成熟的病毒颗粒形式存在，一般不表现任何生命特征，但是具有感染性。一旦病毒进入细胞，毒粒便会解体，病毒基因组进行复制表达，病毒繁殖，并随之表现出遗传、变异等一系列生命特征。由此可见，病毒是一类既具有化学大分子属性，又具有生物体基本特征;既具有细胞外的感染性颗粒形式，又具有细胞内的繁殖性基因形式的独特生物类群。因此，病毒是一类结构极其简单、性质十分特殊的生命形式。

1.2病毒的成分

可能是出于简化内容或考虑篇幅的原因，人教版教材表述病毒的成分是核酸和蛋白质;美国教材表述病毒的主要成分是核酸和蛋白质，核酸位于病毒中心，蛋白质包围在核酸周围，构成了病毒的衣壳。相较而言，美国教材的表述更为精准。实际上，除部分病毒只含有核酸和蛋白质外，很多病毒在此基础上还含有少量脂质或（和）非核酸糖。如罗氏肉瘤病毒含有35%的脂质，禽类成髓细胞白血病病毒含35%脂质和1%非核酸糖。病毒脂质的主要成分是磷脂，大部分含脂质的病毒都有一层膜质的外衣，称为包膜。脂质或脂蛋白可能是作为病毒入侵与细胞结合所必需。另外，实验证明具有包膜结构的病毒的某些蛋白质常以糖蛋白的形式出现。这提示教师，在教学过程中可有意识地延伸这部分知识，引导学生思考：包膜由脂质构成，可能与病毒进出宿主细胞有关;非核酸糖参与构成病毒的糖蛋白，可能与病毒识别和吸附宿主细胞有关。

1.3病毒进入宿主细胞的方式

人教版教材必修1第一章第一节资料分析的实例4图示中，展示了HIV病毒是被胞吞进入淋巴细胞的。而人教版教材必修2第三章第一节中相关知识显示，T2噬菌体将其核酸注入大肠杆菌。两种病毒进入各自宿主细胞的方式如此迥异，在了解了病毒成分的基础上，教师可借鉴美国教材中的相关知识，这个问题就迎刃而解了。美国教材中提到：“病毒一般按两种方式进入宿主细胞。无包膜的病毒像注射疫苗一样地把自己的核酸注入宿主细胞，而病毒的衣壳仍留在宿主细胞的表面。有包膜的病毒在粘附宿主细胞后，宿主细胞的细胞膜包裹病毒，并在宿主细胞内产生了许多个包裹着病毒的质膜小泡。然后病毒突破小泡，将核酸释放到细胞中。”并且以图文形式展示了HIV病毒由蛋白质外壳包围两段RNA及外层的脂质层构成。T2噬菌体无包膜，HIV病毒有包膜，因此，T2噬菌体是将其核酸注入大肠杆菌，而HIV病毒是以胞吞方式整个进入淋巴细胞的。

1.4 T2噬菌体只侵染大肠杆菌的原因

人教版教材中提到：“T2噬菌体是一种专门寄生在大肠杆菌体内的病毒。”但是教材并没有给出解释或原因。美国教材中提及“每种病毒都具有特定结构的粘附蛋白”，可以很好地回答这个问题。因此，每个病毒都只能粘附特定的宿主。例如，T4噬菌体（T2噬菌体属于T4噬菌体属）能侵染大肠杆菌，因为T4噬菌体的黏附蛋白与大肠杆菌表面的分子结构相吻合，但T4噬菌体不能侵入人、动物和植物的细胞，甚至是其他细菌。总而言之，有些病毒具有种类特异性，而另一些病毒则为细胞特异性。例如，脊髓灰质炎病毒只侵染小肠和神经细胞。具体来说，有包膜的病毒一般通过其包膜上的糖蛋白来吸附宿主细胞表面的受体，无包膜的病毒则通过衣壳蛋白或突起吸附于宿主细胞表面的受体。

1.5 艾滋病有很长潜伏期的原因

人教版教材中用图示阐述了艾滋病死因和免疫系统受损的关系，图示了HIV感染人体后的10年内，HIV浓度和T细胞数量的关系，并指出：HIV最初侵入人体时，免疫系统可以摧毁大多数病毒。HIV浓度增加，T细胞逐渐减少，并伴随一些症状出现，如淋巴结肿大。该教材以此解释潜伏期。而美国教材中有关于潜伏期更详细的解释：在粘附和侵入之后，病毒的遗传物质整合到宿主细胞的染色体上。整合到宿主细胞染色体上的病毒DNA被称为前病毒，前病毒不会影响宿主细胞的正常新陈代谢功能，尽管前病毒没有被激活，但是每当宿主细胞复制遗传物质时，前病毒的数量会随之增加。因此，每个来源于受感染细胞的子代细胞都会带有前病毒的拷贝，这称之为溶源循环。一旦HIV病毒侵入人体后，它就会侵染淋巴细胞，通过胞外分泌，产生新的HIV病毒并进入血液，从而侵染其他的淋巴细胞。被感染的淋巴细胞仍能正常工作，这是因为HIV病毒的遗传物质作为前病毒，一次只产生少量的前病毒，因此被感染的人不会立即表现出疾病的症状。但此时他们的血液中已携带了HIV病毒，被HIV病毒感染的人可能在相当长的时间内身体都不会有什么不适。潜伏期过后，前病毒离开宿主染色体并被激活，病毒核酸和蛋白质大量合成，宿主细胞细胞裂解，释放新的病毒，这整个粘附、侵入、复制、组装、裂解、释放的过程，称之为裂解循环。进入裂解循环后，HIV浓度增加，淋巴细胞逐渐减少，最后人体免疫能力几乎全部丧失。

1.6病毒的核酸

学生通过人教版教材的学习已经知道DNA以双螺旋结构存在，但一经热或碱处理就会变为单链状态;RNA以单链形式存在。实际上，某些丝状噬菌体就含有一个环狀单链DNA分子，而某些病毒的遗传物质是双链RNA。因此，根据核酸类型可将病毒分为：双链DNA病毒（如牛痘病毒）、单链DNA病毒（如鸡贫血病毒）、DNA反转录病毒（如乙型肝炎病毒）、RNA反转录病毒（如人类免疫缺陷性病毒1型）、双链RNA病毒（如人轮状病毒A型）、单股负链RNA病毒（如狂犬病毒）、单股正链RNA病毒（如脊髓灰质炎病毒、）亚病毒感染因子（如单链RNA卫星病毒、哺乳动物朊病毒）。教师在教学中可适当补充以上不同核酸类型的病毒，帮助学生理解病毒的分类及病毒在宿主细胞内的复制过程。

1.7病毒的大小及致病性

生物是一门以实验为基础的自然科学。《普通高中生物学课程标准（2017年版）》（以下简称新课标）在教学建议处提出：“加强和完善生物学实验教学”。实验教学是生物学课程的特点，也是生物学教学的基本形式之一。人教版教材中介绍了T2噬菌体侵染大肠细菌的实验和用灭活病毒诱导动物细胞融合的实验，美国教材中的病毒章节也介绍了两个实验：迷你实验“测量病毒”和技能实验“哪些病毒致病”。迷你试验提供了一张脊髓灰质炎病毒的电镜照片，并给出一条放大180 000倍的、原长0.4 μm的参考线，测量图中病毒和参考线的长度，依据比值得出病毒直径。0.5 μm是光学显微镜下能观察到的最小物理尺度，因此，只能利用电子显微镜来观察病毒。技能实验则例举了一些病毒性疾病的症状和发病周期，要求根据症状，判断哪些病毒致病，以及根据发病周期预测哪种疾病是裂解性病毒引起的，哪种疾病是溶源性病毒引起的。人教版教材中的两个实验是利用病毒的特性来设计和辅助实验，达到验证遗传物质或融合动物细胞的目的。美国教材的两个实验是研究病毒本身的实验，通过简单的小实验将抽象的病毒知识具体化，达到逐步认知病毒的目的。

1.8病毒是否是原始的生命形式

新课标新凝练了生物学学科核心素养——生命观念、科学思维、科学探究和社会责任，强调学生应该在较好地理解生物学概念的基础上形成生命观念，其中就包括进化与适应观。人教版教材中没有对病毒是如何进化来的进行探讨，但基于病毒相关知识点的学习，学生认识到病毒是一类结构简单、但能将自己的基因组整合到宿主细胞染色体上，并实现稳定表达的生物。教师可在此基础上，引导学生大胆推测病毒的起源，完成知识的内化和升级。因此，可借鉴美国教材中对病毒起源做出的阐述：病毒虽然结构简单，但不是原始的生命形式，病毒依赖宿主细胞进行复制，病毒可能源于它们的宿主细胞，病毒内的遗传物质来源于宿主细胞的染色体片段，因此具有在宿主细胞内复制的能力。实际上，目前关于病毒起源有三种假说：退化假说（病毒由较高级的细胞内寄生生物退化形成）、细胞来源假说（即上述美国教材中的阐述）和平行进化假说（病毒由生命产生之前的RNA世界中的能自我复制的分子进化而来，并与细胞生物体共同进化）。教师可在教学过程中引导学生对病毒起源展开探讨，介绍病毒起源的假说，培养学生的发散性思维和批判性思维，培养其质疑精神和探究能力。

2结语

随着新课标的颁布，高中生物教学已从“三维目标”时代迈入“核心素养”时代。因此，在病毒相关知识点的教学过程中，教师可适当进行扩充和延伸，以病毒相关知识点为载体和背景，渗透生命观念、培养科学思维、引导科学探究和倡导社会责任，进而提高学生的生物学学科核心素养。

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