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1、高中生物学中有关病毒知识的概括与总结病毒是一类非细胞结构的生物。由于它的结构与高等动植物及其他生物完全不同，所以生物学家在分类时将它作为特殊的一类，单独列为病毒界。在高中生物学以及高考中也经常涉及有关病毒的知识点及考点。1.高中生物学涉及的有关病毒的基本知识病毒形体极其微小，必须在电子显微镜下才能观察到，一般可以通过细菌滤器(一般的直径为1-10m，而多数病毒的直径在100 nm左右)。病毒没有细胞结构，主要成分仅为核酸和蛋白质两种。核酸位于病毒粒子的中心，构成了它的核心或基因组，蛋白质包围在核心周围，构成病毒粒子的衣壳。衣壳对核酸有保护作用，是病毒粒子的抗原成分。它们共同称为核衣壳，是任何病
2、毒(指“真病毒”)所必需的基本结构。有些较复杂的病毒，在其核衣壳外还有一层囊膜包被。每一种病毒只含有一种核酸，不是DNA就是RNA，这也是病毒分类的依据之一。如DNA病毒有：噬菌体、疱疹病毒、各种腺病毒等。RNA病毒有：艾滋病毒、烟草花叶病毒、车前草病毒等。病毒在宿主的活细胞内寄生生活。不同的病毒只能寄生在特定的宿主细胞内，具有专一性，这也是病毒分类的另一个重要依据。如专门寄生在动物细胞中的称为动物病毒(艾滋病毒等)，专门寄生在植物细胞中的称为植物病毒(烟草花叶病毒等)，专门寄生在细菌细胞中的称为细菌病毒(噬菌体)。病毒在宿主细胞的协助下，以核酸的复制和核酸蛋白装配的形式进行增殖，不存在个体的
3、生长和均等分裂等细胞繁殖方式。病毒的增殖必须在宿主细胞中完成。离开宿主细胞，病毒能以无生命的化学大分子状态存在，并可形成结晶。以高中生物学中最常见的噬菌体为例：噬菌体的繁殖一般可分为五个阶段：即吸附一侵入增殖(复制与生物合成)成熟(装配)裂解(释放)。整个过程必须在它的宿主活细胞中完成。病毒对一般抗生素不敏感，但对干扰素敏感，所以人体在平常生活如果因感染了由病毒而引起疾病，使用抗生素治疗是没有效果的。2.高中生物学中有关病毒知识的应用2.1部分病毒能诱发人的细胞癌变，是三大类致癌因子之一病毒的致癌性主要是因为它们含有病毒癌基因以及与致癌有关的核酸系列。它们通过感染人体细胞后，将其基因组整合进入
4、人的基因组中，从而诱发人体的细胞癌变，如Rous肉瘤病毒等。据英国流行病学家对癌症诱因的统计分析，病毒感染占10-15。2.2赫尔希和蔡斯的实验1952年，赫尔希和蔡斯以12噬菌体为实验材料，利用放射性同位素标记的新技术充分证明了亲代的各种性状是通过DNA遗传给后代的，从而说明了遗传物质是DNA，而不是蛋白质。2.3艾滋病的病原体是HIVHIV的遗传物质是单链的RNA，单链RNA结构很不稳定，易变异。这也是艾滋病药物难以研制的原因所在。2.4有关病毒的免疫问题由于病毒都是营寄生生活。所以在病毒的感染过程中，人体往往是先通过体液免疫的作用来阻止病毒通过血液循环而扩散，再通过细胞免疫的作用来裂解靶
5、细胞，使病毒没有藏身之所而被抗体消灭。2.5病毒在基因工程中的应用随着病毒分子生物学研究的日益深入，人们对病毒的结构与功能也有了越来越深刻的认识，并能运用DNA的体外操纵技术，把病毒改造成不同外源基因的优良载体，通过它们，可以把任何动物、植物或微生物的目的基因导入到合适的受体系统中，从而获得具有新性状的“工程细胞”或“工程菌”。2.5.1噬菌体可作为原核生物基因工程的载体众多噬菌体中Ecoli的入噬菌体是目前科学家研究最为详尽的双链DNA噬菌体。入噬菌体作为遗传工程载体时具有很多优点，如载有外源基因的重组入噬菌体可整合到宿主核基因组上，进而同步复制。入噬菌体感染致率几乎达100，以及宿主范围窄
6、，使用安全等。2.5.2动物DNA病毒作为动物基因工程的载体常见的用作动物基因工程载体的动物DNA病毒有SV40、人的腺病毒等，它们与目的基因形成重组DNA分子后，通常采用显微注射法来处理受体细胞。2.5.3植物病毒作为植物基因工程的载体植物基因工程相对而言，起步较晚，研究最多的是土壤农杆菌的Ti质粒作载体，农杆菌中的Ti质粒上的T-DNA可能移至受体细胞，并且整合到受体细胞染色体DNA上，从而可以使目的基因的遗传特性得以稳定维持和长久。迄今为止，约80的转基因植物都是通过这方法获得的。当然，除此之外，针对不同受体植物，还有基因枪法和花粉管通道法等。2.6在动物工程中的应用在动物细胞工程中一项
7、重要的技术手段是动物细胞的融合技术，在动物细胞融合过程中，促融的方法很多，其中采用灭活的病毒促融是动物细胞融合区别于植物体细胞杂交的方法之一。使用一定的物理或化学手段杀死病毒，既不损害它们体内的有用抗原，从而使灭活的病毒既保留了诱导细胞融合的能力，又不会感染细胞。高中生物学中有关病毒知识的整合病毒因其结构的特殊性，生物学家在分类上将它单独列为病毒界。在高中生物学教材中，有关病毒的知识在不同模块和章节中均有零散的表述，而高考试题也经常涉及相关知识的考查。将零散的知识进行整合与归纳，建构新的知识网络，是高三复习的有效策略。下面结合教学实践，以病毒为“锚”，来归纳高中生物学中有关病毒的应用价值。 1
8、.运载目的基因 运载体是基因工程的重要工具。在基因工程操作过程中使用运载体有2个目的：用来做运载工具，把目的基因送到受体细胞中；利用它在受体细胞内对目的基因进行大量复制(克隆)。 目前使用的运载体有以下2类：一类是细菌的质粒，它是一种相对分子质量较小、独立于染色体DNA之外的环状的DNA(一般在1200kb左右)；另一类是噬菌体或病毒。随着病毒分子生物学研究的日益深入，人们对病毒的结构与功能也有了越来越深刻的认识，并能运用DNA的体外操纵技术，把病毒改造成不同外源基因的优良载体，通过它们，可以把动物、植物或微生物的目的基因导入到合适的受体系统中，从而获得具有新性状的“工程细胞”或“工程菌”。
9、这里还要说明的是：最常用的噬菌体载体是大肠杆菌的噬菌体。噬菌体的遗传物质是双链DNA，大小在50kb左右。噬菌体作为基因工程载体时具有很多优点，如载有外源基因的重组噬菌体可整合到宿主核基因组上，进而同步复制。噬菌体感染率几乎达100，且宿主范围窄，使用安全。如果将DNA上的cos基因接pBR322质粒的抗氨苄青霉素基因上，就会形成一种新的载体，把这种载体叫做，装配型质粒，它的优点是能够容纳极大的外源DNA(可以达到3540kb)。还有一种运载体需要提及的是噬菌体M13，因为它是单链比较适合于单链DNA的运载，如果进行单链DNA的克隆，就必须使用噬菌体M13。噬菌体M13在Sanger法测定DN
10、A序列中被广泛应用。 2.促进动物细胞的融合 在动物细胞工程中一项重要的技术手段是动物细胞的融合技术。目前诱导细胞融合的方法有：物理的、化学的和生物的方法。物理的方法主要是利用震动、离心、电刺激等手段来处理细胞；化学方法是利用聚乙二醇(PEG)等化学物质来诱导细胞融合；而生物的方法是指利用灭活的病毒来促使细胞融合。那么病毒为什么能起到促融作用，目前的解释是：病毒表面含有的糖蛋白和一些酶能够与细胞膜表面的糖蛋白发生作用，使得细胞之间相互凝集，使细胞膜上的蛋白质分子和脂质分子重新排列，细胞膜打开，细胞发生融合。使用活的病毒是不行的，必须是灭活的病毒，这种病毒是用物理或者化学的方法将病毒杀死，但又不
11、损害其有用的抗原。灭活的病毒既保留了诱导细胞融合的能力又不感染细胞，对于细胞是安全的。世界上最早的灭活病毒是从日本的仙台一实验室分离出来的，因此往往叫做“灭活的仙台病毒”。但是应用这项技术还有很多实际问题，比如细胞的感染率比较低、细胞融合的速度缓慢、反应条件要求高、融合体的去病毒困难等，还有待进一步地探索和研究。目前细胞融合技术主要是采用聚乙二醇(PEG)和电刺激等技术。 3.诱发细胞癌变 细胞癌变的原因十分复杂，致癌因素很多，归纳起来主要有物理、化学、病毒三类致癌因子，可见，部分病毒能诱发细胞癌变。研究表明，病毒的致癌性主要是因为它们含有病毒癌基因以及与致癌有关的核酸系列。它们通过感染人体细
12、胞后，将其基因组整合进入人的基因组中，从而诱发人体的细胞癌变，如Rous肉瘤病毒等。据英国流行病学家对癌症诱因的统计分析，病毒感染约占1015。 4.承当抗原 抗原的基本性质是：异物性、大分子性和特异性。异物性是指进入机体组织内的抗原物质，它必须与该机体组织细胞的成分不同。 抗原的基本含义有4点：大都是指进入机体内的外来物质，如细菌、病毒、花粉等；抗原也可以是不同物种间的物质，如马的血清进入兔子体内，马血清中某些蛋白质就成为兔子的抗原；同种异体间的物质也可以成为抗原，比如血型、免疫移植等；自体内的某些隔绝成分也可以成为抗原，如眼睛的晶体蛋白、精子、甲状腺球蛋白等。 但一般意义上的抗原指的是病菌
13、、病毒一类的病原微生物，因此病毒可以做为抗原的一种。由于病毒都是营寄生生活。所以在病毒的感染过程中，人体往往是先通过体液免疫的作用来阻止病毒通过血液循环而扩散，再通过细胞免疫的作用来裂解靶细胞，使病毒没有藏身之所而被抗体消灭。 5.作为疫苗 疫苗是将病原微生物(如细菌、立克次氏体、病毒等)及其代谢产物，经过人工减毒、灭活或利用基因工程等方法制成的，用于预防传染病的自动免疫制剂。疫苗保留了病原菌刺激动物体免疫系统的特性。当动物体接触到这种不具伤害力的病原菌后，免疫系统便会产生一定的保护物质，如免疫激素、活性生理物质、特殊抗体等；当动物再次接触到这种病原菌时，动物体的免疫系统便会依循其原有的记忆，
14、制造更多的保护物质来阻止病原菌的伤害。 有的人会担心病毒在人体内会繁殖，这是不可能的。因为选用免疫原性好的细菌、病毒、立克次体等，经人工培养，再用物理或化学的方法将其杀死后才能制成疫苗。因此这种疫苗已经失去繁殖力，但仍然保留其免疫原性。死疫苗进入人体后不能生长繁殖，对机体刺激时间较短，但要获得持久免疫力还需多次重复接种。当然在接种的疫苗中也有活的，它们是用人工定向变异的方法，或从自然界筛选出毒力较弱或基本无毒的活微生物制成活疫苗或减毒活疫苗。常用的活疫苗有卡介苗、麻疹疫苗、脊髓灰质炎疫苗等。接种后在体内有生长繁殖能力，接近于自然感染，可以激发机体对病原体的持久免疫力。活疫苗用量较小，免疫持续时
15、间长，其免疫效果优于死疫苗。 6.研究遗传物质的模型 1944年艾弗里及其同事的研究证实了DNA是遗传物质，但是仍然有人提出疑议，因为艾弗里的实验中提取的DNA纯度并没有达到100，就是说还有一定数量的蛋白质与DNA捆绑在一起。因此有的科学家就设想：能不能把DNA和蛋白质分开，直接地、单独地去观察DNA和蛋白质的作用。1952年美国的生物学家赫尔希、蔡斯及其合作者运用了放射性元素示踪法，对“什么物质管遗传”这个问题进行了深入细致的研究。他们把放射性32P和放射性35S分别标记在噬菌体的双链DNA分子和蛋白质分子上，来测定噬菌体侵染细菌的情况。赫尔希发现，只有噬菌体的DNA分子能够进入细菌而蛋白质分子却留在外面。当DNA分子进入细菌细胞以后，细菌细胞里就产生了成百上千的小的噬菌体。关于噬菌体的研究再次证明了DNA带有全部的遗传信息。由于赫尔希和德尔布鲁克由于对遗传学的突出贡献，被当时的科学界称为“信息学派”的代表人物，而他们利用的遗传物质的模型恰恰是噬菌体。 7.影响生物的进化 病毒作为一种特殊的存在形式，在进化上具有独特的地位和作用。病毒营寄生生活，现代研究表明：已知大多数病毒能利用细胞的复制系统将病毒基因组永久地移植在宿主中，从而为宿主后代加入病毒的基因，进而发展成为宿主物种基
