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【转载】高中生物教学中对病毒的几个常见认识误区  

2015-12-21 21:34:59|  分类: 教学参考资料 |  标签: |举报 |字号 订阅

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    病毒是一类无细胞结构的特殊生物类型,无法独立进行代谢活动,只能寄生于相应的宿主细胞以繁衍后代。正是由于病毒结构与功能的特殊性,使其成为高中生物学各类测试中的高频考点。但笔者发现,或许是受到一些教辅资料的影响,许多老师和学生对病毒的认识出现了一些误区,笔者认为有必要对其进行归纳、指正,以利于科学知识的传播与学习。

误区1 认为噬菌体都属于DNA病毒

    噬菌体即原核生物的病毒,包括噬细菌体、噬放线菌体和噬蓝细菌体等。由于高中生物学教材中提及的T2噬菌体(噬菌体侵染细菌实验)和λ噬菌体(基因工程中作为载体)核酸均为DNA,一些教辅资料便以偏概全将噬菌体都归纳为DNA病毒,甚至作为考点命制了许多试题,导致许多教师和学生对此产生了错误的认识。

   其实,噬菌体的种类很多,按遗传物质的类型进行划分主要包括双链DNA型(dsDNA)、单链DNA型(ssDNA)、双链RNA型(dsRNA)和单链RNA型(ssRNA )等。主要噬菌体分类如下表(表1):

噬菌体

宿主菌

形态

核酸类型

T1-T7λN4

大肠埃希菌

蝌蚪形

dsDNA

P1 

志贺菌

蝌蚪形

dsDNA

P22 

沙门菌

蝌蚪形

dsDNA

SP01SP82

枯草芽孢杆菌

蝌蚪形

dsDNA

Φ29

解淀粉芽孢杆菌

蝌蚪形

dsDNA

PM2 

假单胞菌

微球形,有包膜

dsDNA

ΦX174S13M12G4

大肠埃希菌

微球形

ssDNA

f1fdM13

大肠埃希菌

丝形

ssDNA

MS2f2frQβ

大肠埃希菌

微球形

ssRNA

Φ6

假单胞菌

微球形,有包膜

dsRNA

                                 表1.主要噬菌体分类表

     因此,教师在教学中应告知学生,大部分噬菌体属于DNA病毒,但也有部分噬菌体属于RNA病毒。相关试题命制时也应当以教材中出现的噬菌体类型为例,明确噬菌体的类型。

误区2 认为所有病毒侵染宿主细胞均只注入核酸分子

       T2噬菌体侵染细菌的过程中仅将核酸注入宿主细胞,而蛋白质外壳并未进入。高中生物教学中许多师生将此理解为所有病毒的共性现象,从而产生了认识误区。

      事实上,病毒进入宿主细胞的方式包括注射式侵入、细胞内吞、膜融合以及其他特殊的侵入方式。 注射式侵入一般为有尾噬菌体的侵入方式,通过尾部收缩将核酸注入宿主细胞内,蛋白质外壳留在胞外; 细胞内吞是动物病毒(如腺病毒)常见的侵入方式,经细胞膜内陷形成吞噬泡,使整个病毒粒子进入胞内; 膜融合是包膜病毒(如麻疹病毒)常见侵入方式,病毒囊膜与细胞膜融合,然后使病毒核衣壳进入胞内。 另外,还有部分病毒粒子可直接侵入宿主细胞,其机理不明。植物病毒则通过存在于植物细胞壁上的小伤口或天然的外壁孔侵入,或植物细胞之间的胞间连丝侵入细胞,也可通过介体的口器、吸器等侵入细胞。

    可见,只将核酸注入细胞内不过是部分噬菌体所特有的方式,对动物或植物病毒说来更普遍的方式则是核酸和蛋白质外壳都进入细胞。

误区3 认为每种病毒都只含一个核酸分子

      事实上,DNA病毒和某些RNA病毒(如烟草花叶病毒、冠状病毒等)的基因组的确是由一个核酸分子组成,但有些RNA病毒的基因组则含有不止一个核酸分子。比如,人类流感病毒中甲型和乙型病毒的RNA8个节段组成第1、2、3个节段编码的是RNA多聚酶,第4个节段负责编码血凝素,第5个节段负责编码核蛋白,第6个节段编码的是神经氨酸酶,第7个节段编码基质蛋白,第8个节段编码的是一种能起到拼接RNA功能的非结构蛋白。丙型病毒则缺少第6节段,但其第4节段编码的血凝素可以同时行使神经氨酸酶的功能。再如,呼肠病毒含10个单独RNA片段,每个片段分别编码不同的蛋白质。另外,逆转录病毒(如艾滋病病毒)的基因组为二倍体,含有两条相同的单链正链RNA[1]

误区4 认为病毒的可遗传变异方式只有基因突变

      在高中生物教辅中,通常认为病毒的可遗传变异方式只有基因突变一种。的确,对于大多数病毒的变异来说,一般认为是由病毒复制过程中其基因组核酸序列突变造成的。但事实上病毒也可以发生基因重组现象。

     有些病毒具有多个核酸分子,当两个不同性状的病毒株在混合感染时,它们的核酸分子共同进入宿主细胞,病毒相应的基因组片段可以随机互相交换,发生重组,然后包在同一衣壳中,即产生了新型子代病毒。这种基因重组方式通常只发生在同类病毒之间,也叫基因重配。流感病毒、呼肠病毒等常通过这种方式产生新基因型。

     大多数病毒仅含一个核酸分子,但混合感染的两种亲代病毒的核酸分子之间可以发生断裂后交叉连接,使核酸分子内部序列重新排列,从而产生重组型子代病毒。一般说来,同种病毒的不同毒株之间容易发生重组,但重组也可发生在不同种和不同群病毒之间,比如禽反转录病毒与DNA病毒间的基因重组。[2]

误区5 认为RNA病毒突变率高只是因为单链不稳定

       病毒突变体的来源有自发突变和诱发突变两种类型。自发突变是指在自然条件下碱基自发发生改变,如脱嘌呤作用和脱氨基作用(胞嘧啶脱氨基生成尿嘧啶)等;诱发突变是指各种诱变剂(如紫外线、电离辐射、碱基嵌入剂等)引起的碱基变化。不可否认,DNA规则的双螺旋结构,通过碱基之间的氢键和磷酸基团的排斥力使其结构稳定[3],发生损伤(突变)的概率比单链分子低。但更重要的是,细胞中存在着一系列的DNA损伤修复机制,如直接修复、切除修复、重组修复和SOS修复等,针对不同类型的DNA损伤进行修复以保障其复制的正确进行,从而维持细胞遗传的稳定性。细胞中RNA损伤修复系统则远不像DNA修复系统那么完善,比如DNA聚合酶在DNA复制时会对错误掺入的核苷酸利用3′→5′外切酶活性进行切除校正,而RNA聚合酶则通常不具有这种作用。当DNA病毒侵染细胞后,可依靠宿主细胞的修复酶系统实现自身DNA的损伤修复,RNA病毒则因宿主细胞缺乏相应的修复系统而易发生突变,这也是RNA病毒突变率通常远高于DNA病毒的重要原因。所以,即便双链RNA病毒,通常也比DNA病毒突变率高。

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