發展科學思維 利用新情境再考病毒

李 莉

(長春吉大附屬實驗學校)

病毒是專門營寄生生活的特殊生物,一些種類的病毒還在威脅人類健康,受到國際社會的高度重視,因此也使得“病毒”成為歷年高考的熱點。

1.近兩年高考題中與“病毒”有關的考點分布情況

統計結果表明,對“病毒”的考查,相對集中在病毒的物質組成、檢測、遺傳信息的傳遞、免疫應答、疫情防控、疫苗等方面。考查的重心由注重對知識點的考查轉變為注重對科學思維等能力的考查,如理解能力、信息分析能力、語言表達能力、實驗探究能力等。試題著力于發揮高考促進學生科學思維發展、綜合能力提高的導向作用。

2.以“病毒”為核心的知識網絡

3.原創試題

資料一：2020年3月5日,《Nature》上發表的文章稱:新冠病毒利用其表面S蛋白與人細胞膜表面的ACE2受體結合,從而進入細胞,并且絲氨酸蛋白酶(TMPRSS2)用于S蛋白的活化。在ACE2受體與TMPRSS2的聯合作用下,新冠病毒更容易入侵宿主細胞。同年4月24日,《Nature》上發表文章稱,將ACE2受體蛋白的細胞外結構域(ECD)的DNA序列連接至人IgG1抗體的Fc片段的DNA序列,重組后形成的ACE2-lg融合蛋白可中和新冠病毒。

資料二：資料顯示在人體中至少有15個器官表達ACE2受體,包括心臟、肺泡上皮細胞等,這也使得新冠病毒能對人體多個器官造成損傷。2022年3月7日,《Nature》上發表的文章稱:新冠病毒感染會導致患者大腦記憶相關區域發生退行性變化,甚至大腦的整體容量也進一步縮小。2022年11月23日,中國《醫學前沿》期刊文章指出,許多新冠病毒感染者會出現心慌氣短、睡眠障礙、支氣管擴張等癥狀,在感染痊愈后的一年中,仍存在睡眠困難、焦慮、抑郁等心理問題以及注意力、記憶力等方面的因難。耶魯大學新研究表明,新冠病毒感染可能是一種“自身免疫性疾病”,他們發現了能夠攻擊干擾素和T細胞的自身抗體。

請根據所學知識,回答下列問題:

(1)許多新冠病毒感染者會出現心慌氣短、支氣管擴張等癥狀,此時,其自主神經系統中的________神經活動占優勢,消化腺分泌將________(填“增加”或“減少”)。較為嚴重的感染者會出現大腦萎縮現象,若某感染者計算能力大大降低,則其大腦的________半球很可能受損,判斷的依據是__________________________________________________________________________________________________________。

(2)下列說法正確的是

( )

A.若患者大腦皮層下形狀像海馬的腦區的灰質變薄,將直接影響其長時記憶

B.如果無法對某一信息加以注意,將直接影響第一級記憶轉入第二級記憶

C.新冠病毒可能破壞了大腦皮層控制記憶的區域,它由神經元的軸突構成

D.經常運用記憶中的信息利于轉入第二級記憶,但該信息可因之前或后來的信息干擾而遺忘

(3)少數新冠病毒感染者體內T細胞和B細胞失調,出現“細胞因子風暴”,導致免疫過度激活和心肌損傷,從而患上心肌炎,這種調節機制稱為________(“正反饋”或“負反饋”)調節,這種疾病在免疫學上被稱為________,將直接影響免疫系統的________功能。

(4)科研人員將ACE2受體蛋白注入被新冠病毒感染的小鼠體內,有助于其心臟功能的恢復,但該蛋白的活性在其體內只能維持數小時。若將人lgG1抗體與人ACE2受體蛋白組合成ACE2-lg融合蛋白不僅能保護部分器官而且保存時間更長。這項工作屬于________(填生物工程名稱)的范疇,在治療新冠病毒感染時,該蛋白質分子可以直接與________結合,以降低病毒感染細胞的能力。進一步研究發現,該融合蛋白還能與SARS病毒結合,科研人員測定了該融合蛋白與SARS病毒、新冠病毒結合率的相對值,結果如圖1,你可以得出的結論是_____________________________________________________。

圖1

(5)新冠病毒表面S蛋白的活化可能與人細胞表面CatB/L和TMPRSS2兩種蛋白酶有關,為確認哪種蛋白酶更關鍵,研究者做了以下實驗。用Camostat抑制TMPRSS2活性,用E64d抑制CatB/L活性,實驗結果如圖2(注“+”代表添加、“-”代表不添加),據圖分析,新冠病毒的S蛋白主要由________活化,理由是_____________________________________________________。

圖2

但也有部分研究者認為此實驗在設計上還不夠完善,若想得出上述結論,還應再設置一組實驗,你認為應該如何設置,并預期相應實驗結果。

[參考答案]

(1)交感 減少 左 數學計算等邏輯思維主要由大腦左半球負責

(2)D

(3)正反饋 自身免疫病 免疫自穩

(4)蛋白質 病毒的S蛋白 隨著ACE2-lg濃度的增加,ACE2-lg與兩種病毒結合的相對值均大,但是ACE2-lg與新冠病毒S蛋白的親和力更強。

(5)TMPRSS2 E64d處理后對病毒入侵細胞起了一定的抑制作用,但效果不明顯,而同時用E64d和Camostat處理后,病毒入侵細胞的相對值大幅度下降,說明Camostat所抑制的TMPRSS2在病毒表面S蛋白的活化過程中起主要作用(答案合理即可) 設置添加Camostat但不添加E64d的組,預期實驗結果為,病毒入侵細胞的相對值低于僅添加E64d的組。(答案合理即可)

4.原創命題立意闡述

本原創試題共五個小題,立足于教材,難度逐漸加大,通過“情境” “模型” “實驗”等對學生的科學思維進行考查。(1)要求學生利用已有概念解釋一些簡單的生命現象。如運用“交感神經”概念的內涵,解釋心跳加快、支氣管擴張、消化腺分泌活動減弱等的原因;運用“大腦左右半球”的概念,解釋計算能力等邏輯思維能力下降的原因。(2)要求學生能形成概念并用適當的文字展示出來。如判斷“短時記憶” “長時記憶” “大腦皮層”等概念與題中所示的生命現象是否相符。(3)(4)要求學生運用歸納的方法概括出不同的生命現象中的生物學規律,在特定情境中,對結果作出預測等。如通過題干中“細胞因子風暴”“過度激活”等關鍵詞,概括出自身免疫病,且預測它將影響人的“免疫自穩”功能。(5)要求學生能利用多個相關的生物學概念或原理,通過邏輯推理闡明個人立場。如分析模型,揭示S蛋白活化的機制;運用對照性原則、單一變量原則等,通過分析綜合后,闡明個人立場,并鼓勵學生借助“假說—演繹法”修正實驗,從中體驗科學探究的樂趣,培養學生的批判性思維和創造性思維。