高中生物备课参考 生物科学的学习过1

第二节生物科学的学习过程

1. 病毒的定义和意义

同所有其他生物一样，病毒是一类具有基因、复制、进化，并占据一定的生态学地位的生物实体，是一类体积非常微小、结构极其简单、性质十分特殊的生命形式。

病毒主要依据包括病毒形态、毒粒结构、基因组、复制、化学组成在内的毒粒性质，病毒的抗原性质以及生物学性质进行分类。

由于历史的原因，至今仍在沿用的病毒命名十分混乱，很多病毒是以地名、症状或疾病、毒粒形态、人名、缩拼字以及字母或数字命名，完全不能反映病毒的种属特征。为求统一，目前病毒分类系统依次采用目、科、属、种为分类等级，在未设立病毒目的情况下，科则为最高的病毒分类等级。

病毒不具有细胞结构，一些简单的病毒仅由

核酸和蛋白质外壳构成，故可把它们视为核蛋白

分子。一种病毒的毒粒内通常只含有一种核酸，

DNA或RNA。而且病毒不具有完整的酶系统和

能量合成系统，也不具有核糖体。病毒没有生长

能力，也不能以分裂方式进行繁殖。病毒感染敏

感宿主细胞后，病毒核酸进入细胞，通过其复制

与表达产生子代病毒基因组和新的蛋白质，然后由这些新合成的病毒组分装配成子代毒粒，并以一定方式释放到细胞外。病毒的这种特殊繁殖方式称作复制。病毒是严格的细胞内寄生物。在生活的细胞内，病毒核酸提供遗传信息，利用宿主细胞的酶、能量合成系统、核糖体、细胞因子以及大分子合成的前体来完成自身的生命活动。病毒的寄生是基因水平的寄生。 .

2. 病毒的宿主范围

病毒的宿主范围是病毒能够感染并在其中进行复制的宿主种类和组织细胞种类。病毒几乎可以感染所有的细胞生物。另一方面，病毒又具有宿主特异性，即就某一种病毒而言，它仅能感染一定种类的微生物、植物或动物。因此，根据病毒的宿主范围可将之分为噬菌体、植物病毒和动物病毒等。

从原核生物中分离到的病毒统称噬菌体，它们包括感染细菌的噬菌体，感染蓝(绿)藻的噬蓝(绿)藻体以及感染柔膜细菌(支原体和螺旋体)的支原体噬菌体等。

已经鉴定的植物病毒达1000多种，其中以种子植物为宿主的植物病毒最为普遍。在藻类植物和真菌中都发现有病毒存在，它们分别称作噬藻体和真菌噬菌体或称真菌病毒。

广义的动物病毒包括原生动物病毒、无脊椎动物病毒和脊椎动物病毒。无脊椎动物病毒以昆虫病毒最为常见。在脊椎动物病毒中，能感染人并引起人类疾病的病毒被归为医学病毒范畴。有些病毒有较宽的宿主谱，如虫媒病毒能在吸血的蚊、蠓等节肢动物中繁殖，并以它们为媒介在哺乳类和禽类等脊椎动物中广泛传播。

3. 毒粒

毒粒是病毒的细胞外颗粒形式，也是病毒的感染性形式。病毒颗粒或毒粒是一团能够自主复制的遗传物质，它们被蛋白质外壳包围，有的还具有包膜，以保持遗传物质免遭环境破坏，并作为将遗传物质从一个宿主细胞传递给另一个宿主细胞的载体。

不同病毒的毒粒大小差别很大，最小的(如植物的双粒病毒)直径仅为18?20 nm ，最大的(如动物的痘病毒)的大小达(300?450)nm×(170?260)nm。尽管已发现的病毒达数千种，但毒粒的形状大致可分为球形颗粒(或称拟球形颗粒)、杆状颗粒和复杂形状颗粒(如蝌蚪状、卵形)等少数几类。另外有的病毒毒粒呈多形性，如流感病毒新分离的毒株常呈丝状，在细胞内稳定传代后则为直径约100 nm的拟球形颗粒。..

毒粒的基本化学组成是核酸和蛋白质。有包膜的病毒和某些无包膜的病毒除核膜和蛋白质外，还含有、旨质和糖类。有的病毒还含有聚胺类化合物、无机阳离子等组分。

4. 噬菌体侵染细菌的过程

噬菌体是一种专门寄生在细菌体内的病毒，它的头、尾的外部

都有由蛋白质组成的外壳(头膜和尾鞘)，头的内部含有DNA。如右

图所示。

噬菌体侵染细菌的过程可以分为以下五个步骤(如下图所示)：

第一步：噬菌体用尾部的末端(基片、尾丝)吸附在细菌的表面。

第二步：噬菌体通过尾轴把DNA全部注入到细菌的细胞中，噬菌体的蛋白质外壳则留在细胞的外面，不起作用。

第三步：噬菌体的DNA在细菌体内利用细菌的化学成分合成出噬菌体自身的DNA 和蛋白质。

第四步：新合成的DNA与蛋白质外壳组装出很多个与亲代一模一样的子代噬菌体。

第五步：子代噬菌体由于细菌的解体而被释放出来，再去侵染其他的细菌。

5. 人类认识病毒的过程

(1) 病毒的发现

①1892年，俄国生物学家伊凡诺夫斯基发现烟草有烟草斑纹病，如将病叶捣碎，将叶汁擦到健康叶上，能使其生病。但如将病叶汁加热，再擦到叶上，叶不发病。他用细菌陶土过滤器将病叶汁过滤来获得无菌的叶汁，擦到健康叶上，也能引起斑纹病。他认为有两种可能的解释：一种是细菌太小，能通过细菌过滤器；第二种是细菌虽被阻，细菌分泌的毒素存在于滤液中，可以致病。他的创新之处是设计出新的研究方案，他的实验假设是由某种细菌释放的毒素引起的烟草病，经过一代一代地接种，毒素的致病作用应该越来越小。实验证明，滤过叶汁中的致病因素在感染到新叶中后，有繁殖增生的能力。因此他确认，这个致病因素是一种很小的、能通过细菌过滤器的、能引起烟草花叶病的病原体，当时他把这种致病因子叫做“滤过性病毒”。

②可怕的瘟疫：

流感病毒SARS病毒

a. 1918～1919年，全世界流行的流感夺去了2000万人的生命。流感患者具有发烧、流涕、浑身酸痛等症状。

b. 麻疹病是麻疹病毒侵入呼吸道黏膜以后引起的一种呼吸道传染病，已有疫苗防治。

c. 小儿麻痹症是指由人脊髓灰质炎病毒侵入消化道黏膜以后引起的一种消化道传染病，疫苗防治效果好，已被消灭。

d. 病毒性肝炎是由多种病毒感染引起的，对于不同类型的肝炎已有不同的预防措施。

e. AIDS的全称是获得性免疫缺陷综合症，是由HIV感染人体引起的。主要通过三种途径传播：一是性行为传播；二是血液途径传播，如静脉注射，输血以及输入血制品；三是妊娠时以胎盘为媒介的母婴传播。目前还没有好的治疗措施。

③SARS偷袭

世界卫生组织将“非典”称为严重急性呼吸综合症，简称SARS。科学家将引起SARS 的新的变种冠状病毒命名为“SARS病毒”，SARS病毒与禽流感病毒完全不同，最为可靠的区分方法是DNA探针。关于SARS研究的一种新设计方案是：利用基因工程技术生产外源HR1和HR2，将其用作药物注入人体，这样外源HR1和HR2抢先和病毒上S蛋白内的HR2和HR1分别结合，使病毒自身的HR1和HR2不能相互缠绕，从而阻止病毒侵入人体细胞。这样，人类将不再恐慌SARS。

(2) 像科学家一样开展研究：科学探究

一个比较完整的探究性实验设计方案，一般包括以下几个方面的内容：①实验目的确定；

②提出假说；③设计实验方法和步骤；④提出实验预期的结果；⑤要观察和搜集的数据及方法。书写实验设计方案通常包括：“实验课题”、“实验假说”、“设计实验”、“实施实验”、“分析证据”、“得出结论”等项目。

例1 酸雨是指含有一定数量的酸性物质(硫酸、硝酸、盐酸、碳酸等)、pH值小于5.6的酸性降雨。酸雨的形成是一个非常复杂的过程。一般认为，酸雨的形成主要是由于人为排放的二氧化硫进入大气后，造成局部地区大气中二氧化硫富集，在水的凝集过程中形成硫酸等酸性物质，随雨水降落下来。

实验选题：探究“酸雨”对小麦种子萌发的影响。

材料器具：培养皿、用清水浸泡过的小麦种子、清水、以硫酸为材料配制不同pH值的“酸雨”。请你根据上述材料器具，设计实验步骤：

(1)取分别放进规格相同的培养皿中，并。

(2) 。

(3) 。

(4)除探究酸雨对小麦种子萌发影响外，还可以从哪些角度探究酸雨对小麦生长的影响？请列出你设计的另一项选题的名称：。

【解析】探究的课题是“酸雨”对小麦种子萌发的影响，那么就应该配置人工酸雨，如配置PH值为：2.5、3.5、4.5、5.5、6.5等溶液用做实验组，用清水做对照组用。既然是对照实验，取实验材料和实施实验时一定要满足单一变量。

【答案】(1)相等数量的小麦种子给培养皿编号(2)定时向培养皿中的种子喷洒不同pH值的“酸雨”，对照组喷洒清水

(3)观察、记录种子萌发的情况，并分析实验结果(得出结论)(4)探究酸雨对小麦幼苗生长的影响或答探究酸雨对小麦根尖细胞分裂的影响等(只要答案合理即可)

例2 有人说松树的针状叶具有保鲜作用。实验室中现有柑桔60只、塑料桶(有盖)数只、松树针状叶适量、医用保鲜剂一瓶。

(1)如果松树针状叶真的具有保鲜作用，请分析其可能的原因。

(2)请设计一个实验方案，研究室温条件下，松针是否具有保鲜作用。

(3)预测并简单分析实验结果。

【解析】题干中要求设计实验方案研究室温条件下，松针是否具有保鲜作用？材料中还给出医用保鲜剂一瓶。这就可以想到取三个塑料桶进行对照实验，首先将柑桔分成三等份，放在A、B、C三个塑料桶中，再在两桶中分别防入柑桔松针、保鲜剂，第三桶不处理。一段时间后，观察和统计A、B、C三桶中霉变的柑桔数量，以霉变的柑桔数量多少来判断柑桔的新鲜程度。

【答案】 (1)松树的叶片能产生抗生素杀灭细菌。(2)①将柑桔分成三等份，放在A、B、C三个塑料桶中。②A桶中加入适量松针，B桶中喷洒适量医用保鲜剂，C桶不处理作为对照，三桶都加盖。③一段时间后，观察和统计A、B、C三桶中霉变的柑桔数量。(3)A桶中柑桔霉变的数量少于C桶而多于B桶，说明松树针状叶的保鲜作用不是很明显；A桶中柑桔霉变的数量少于C桶，说明松树针状叶的具有一定的保鲜作用；A、C两桶中柑桔霉变的数量相当，说明松树针状叶的不具有保鲜作用；A桶中柑桔霉变的数量少于B桶，说明松树针状叶的保鲜作用十分明显。

例3 现有一种植物的种子，其萌发过程与光照的关系如何呢？下面是探究此问题的实验。

(1) 你提出的假设是:。

(2) 设计实验

实验材料和用品:数量充足的铺有滤纸的培养皿、无菌水、表面消过毒的种子等。实验方案:①向两组培养皿中倒入适量的水，每组培养皿中放入100粒种子。

②将一组置于环境中，另一组置于环境中。培养过程满足种子萌发所需的条件。

③数日后，分别统计两组处理中萌发种子的数量，并计算出各组的发芽率。

(3) 你预期(期望得到)的实验结果是。

(4) 若两组的发芽率无明显差异，你的实验结论是:。

(5)若两组的发芽率差异很显著(或一组绝大部分萌发，另一组未萌发)，你的实验结论是：。

【解析】此题已明确了科学探究的问题，对此问题进行假设，可作出两个相反的假设，并就此设计实验，并对结果作出预测和分析。

【答案】(1)种子萌发与光照无关(或与光照有关)(2)②有光照的无光照(黑暗) 的(3)两组的发芽率无显著差异(或有显著差异)(4)种子萌发与光照无关(5)种子萌发与光照有关。

例4 在研究光照强度对某种鸟鸣叫次数的影响中，下列设计不符合研究要求的是()

A.记录一天内不同时间同一地点该种鸟鸣叫次数

B.记录同一时间不同天气该种鸟鸣叫次数

C.记录繁殖季节该种鸟雌鸟和雄鸟鸣叫次数

D.记录不同季节同一地点该种鸟鸣叫次数

【解析】依照实验设计的单一变量原则，要研究不同的光照强度对鸟鸣叫次数的影响，控制的实验变量应是不同的光照强度。从题意来看，同一天的不同时间，不同天气的同一时间，不同季节都是控制的光照强度，符合实验设计的要求。在繁殖季节因生殖的需要，鸣叫次数会有很大变化，此时的影响因素很可能不是光照强度一种了。

【答案】C

【小结】本题考查实验设计的一般原则,即单一变量原则。

例5 在用甲状腺激素饲喂蝌蚪的实验中，需要严格控制的实验条件是()

A.容器的大小

B.水草的多少

C.换水的多少

D.投药的剂量

【解析】该实验的关键是投药的次数和剂量，因为它影响到蝌蚪能否正常生长发育甚至存活。

【答案】D

【小结】本题考查实验设计中量的控制，根据实验目的确定变量是设计对照实验的关键。

1.下列能完全说明甲状腺激素的三方面功能的实验是()

A.用含有甲状腺激素的饲料喂蝌蚪

B.手术摘除成年狗的甲状腺

C.切除蝌蚪的甲状腺

D.手术摘除小狗的甲状腺

2.近年来，我国许多城市(特别是沿海、沿湖流域)禁止使用含磷的家用洗涤剂(其中磷以三聚磷酸钠形式存在)，其主要原因是()

A.含磷洗涤剂有毒

B.避免磷污染水体，引起藻类大量繁殖

C.降低洗涤剂成本

D.磷资源短缺

3.设计一个简单实验,证明呼吸作用吸收氧。

实验材料：种子、广口瓶、短蜡烛、火柴等。

实验步骤：

(一) ；

(二) 。

4.某生物兴趣小组开展“不同浓度生长素类似物对种子萌发和幼苗生长的影响”的课题研究，老师已经为他们准备了生长素类似物的浓溶液和萝卜种子。假如你是其中的一员，请回答：

(1)要测定生长素类似物对种子萌发和幼苗生长的影响，你可以采用的测量指标是__________、__________等。

(2)做该实验时，如何设置对照组？__________________________。

(3)设计一张表格，用于实验时记录数据。

5. 归纳教材中伊凡诺夫斯基在发现病毒的研究中提出的问题、作出的假设、设计实验的变量以及如何设计对照实验。

6．在发现病毒的研究中，伊凡诺夫斯基的创新之处是什么？