发展科学思维 利用新情境再考病毒

李 莉

(长春吉大附属实验学校)

病毒是专门营寄生生活的特殊生物,一些种类的病毒还在威胁人类健康,受到国际社会的高度重视,因此也使得“病毒”成为历年高考的热点。

1.近两年高考题中与“病毒”有关的考点分布情况

统计结果表明,对“病毒”的考查,相对集中在病毒的物质组成、检测、遗传信息的传递、免疫应答、疫情防控、疫苗等方面。考查的重心由注重对知识点的考查转变为注重对科学思维等能力的考查,如理解能力、信息分析能力、语言表达能力、实验探究能力等。试题着力于发挥高考促进学生科学思维发展、综合能力提高的导向作用。

2.以“病毒”为核心的知识网络

3.原创试题

资料一：2020年3月5日,《Nature》上发表的文章称:新冠病毒利用其表面S蛋白与人细胞膜表面的ACE2受体结合,从而进入细胞,并且丝氨酸蛋白酶(TMPRSS2)用于S蛋白的活化。在ACE2受体与TMPRSS2的联合作用下,新冠病毒更容易入侵宿主细胞。同年4月24日,《Nature》上发表文章称,将ACE2受体蛋白的细胞外结构域(ECD)的DNA序列连接至人IgG1抗体的Fc片段的DNA序列,重组后形成的ACE2-lg融合蛋白可中和新冠病毒。

资料二：资料显示在人体中至少有15个器官表达ACE2受体,包括心脏、肺泡上皮细胞等,这也使得新冠病毒能对人体多个器官造成损伤。2022年3月7日,《Nature》上发表的文章称:新冠病毒感染会导致患者大脑记忆相关区域发生退行性变化,甚至大脑的整体容量也进一步缩小。2022年11月23日,中国《医学前沿》期刊文章指出,许多新冠病毒感染者会出现心慌气短、睡眠障碍、支气管扩张等症状,在感染痊愈后的一年中,仍存在睡眠困难、焦虑、抑郁等心理问题以及注意力、记忆力等方面的因难。耶鲁大学新研究表明,新冠病毒感染可能是一种“自身免疫性疾病”,他们发现了能够攻击干扰素和T细胞的自身抗体。

请根据所学知识,回答下列问题:

(1)许多新冠病毒感染者会出现心慌气短、支气管扩张等症状,此时,其自主神经系统中的________神经活动占优势,消化腺分泌将________(填“增加”或“减少”)。较为严重的感染者会出现大脑萎缩现象,若某感染者计算能力大大降低,则其大脑的________半球很可能受损,判断的依据是__________________________________________________________________________________________________________。

(2)下列说法正确的是

( )

A.若患者大脑皮层下形状像海马的脑区的灰质变薄,将直接影响其长时记忆

B.如果无法对某一信息加以注意,将直接影响第一级记忆转入第二级记忆

C.新冠病毒可能破坏了大脑皮层控制记忆的区域,它由神经元的轴突构成

D.经常运用记忆中的信息利于转入第二级记忆,但该信息可因之前或后来的信息干扰而遗忘

(3)少数新冠病毒感染者体内T细胞和B细胞失调,出现“细胞因子风暴”,导致免疫过度激活和心肌损伤,从而患上心肌炎,这种调节机制称为________(“正反馈”或“负反馈”)调节,这种疾病在免疫学上被称为________,将直接影响免疫系统的________功能。

(4)科研人员将ACE2受体蛋白注入被新冠病毒感染的小鼠体内,有助于其心脏功能的恢复,但该蛋白的活性在其体内只能维持数小时。若将人lgG1抗体与人ACE2受体蛋白组合成ACE2-lg融合蛋白不仅能保护部分器官而且保存时间更长。这项工作属于________(填生物工程名称)的范畴,在治疗新冠病毒感染时,该蛋白质分子可以直接与________结合,以降低病毒感染细胞的能力。进一步研究发现,该融合蛋白还能与SARS病毒结合,科研人员测定了该融合蛋白与SARS病毒、新冠病毒结合率的相对值,结果如图1,你可以得出的结论是_____________________________________________________。

图1

(5)新冠病毒表面S蛋白的活化可能与人细胞表面CatB/L和TMPRSS2两种蛋白酶有关,为确认哪种蛋白酶更关键,研究者做了以下实验。用Camostat抑制TMPRSS2活性,用E64d抑制CatB/L活性,实验结果如图2(注“+”代表添加、“-”代表不添加),据图分析,新冠病毒的S蛋白主要由________活化,理由是_____________________________________________________。

图2

但也有部分研究者认为此实验在设计上还不够完善,若想得出上述结论,还应再设置一组实验,你认为应该如何设置,并预期相应实验结果。

[参考答案]

(1)交感 减少 左 数学计算等逻辑思维主要由大脑左半球负责

(2)D

(3)正反馈 自身免疫病 免疫自稳

(4)蛋白质 病毒的S蛋白 随着ACE2-lg浓度的增加,ACE2-lg与两种病毒结合的相对值均大,但是ACE2-lg与新冠病毒S蛋白的亲和力更强。

(5)TMPRSS2 E64d处理后对病毒入侵细胞起了一定的抑制作用,但效果不明显,而同时用E64d和Camostat处理后,病毒入侵细胞的相对值大幅度下降,说明Camostat所抑制的TMPRSS2在病毒表面S蛋白的活化过程中起主要作用(答案合理即可) 设置添加Camostat但不添加E64d的组,预期实验结果为,病毒入侵细胞的相对值低于仅添加E64d的组。(答案合理即可)

4.原创命题立意阐述

本原创试题共五个小题,立足于教材,难度逐渐加大,通过“情境” “模型” “实验”等对学生的科学思维进行考查。(1)要求学生利用已有概念解释一些简单的生命现象。如运用“交感神经”概念的内涵,解释心跳加快、支气管扩张、消化腺分泌活动减弱等的原因;运用“大脑左右半球”的概念,解释计算能力等逻辑思维能力下降的原因。(2)要求学生能形成概念并用适当的文字展示出来。如判断“短时记忆” “长时记忆” “大脑皮层”等概念与题中所示的生命现象是否相符。(3)(4)要求学生运用归纳的方法概括出不同的生命现象中的生物学规律,在特定情境中,对结果作出预测等。如通过题干中“细胞因子风暴”“过度激活”等关键词,概括出自身免疫病,且预测它将影响人的“免疫自稳”功能。(5)要求学生能利用多个相关的生物学概念或原理,通过逻辑推理阐明个人立场。如分析模型,揭示S蛋白活化的机制;运用对照性原则、单一变量原则等,通过分析综合后,阐明个人立场,并鼓励学生借助“假说—演绎法”修正实验,从中体验科学探究的乐趣,培养学生的批判性思维和创造性思维。