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第1讲　 走近细胞
专题1 病毒的生命活动离不开细胞
新型冠状病毒的肆虐给人类生活带来了极大的影响,研发疫苗是防控新型冠状肺炎的有效措施。如图为两种疫苗的作用示意图,请回答下列问题。(1)人体免疫系统识别到入侵的病毒后,激活的T细胞可转变成　　　　,直接攻击被该病毒入侵的细胞。激活的B细胞则可转变成　　 大量合成　　　　　,分泌到细胞外,结合并阻止该病毒入侵人体细胞。
效应T细胞　
浆细胞　
抗体　
图中①为将新型冠状病毒灭活后研制的灭活病毒疫苗,这种疫苗保留有新型冠状病毒的　　　　　　,能激发人体产生免疫反应,但通常需要多次接种,原因是　 。
抗原性(免疫原性)　 　
二次免疫应答速度更快　
根据新型冠状病毒通过表面刺突蛋白(S蛋白)与人细胞膜上ACE2受体结合后入侵人体细胞的特点,研制了图中②所示的腺病毒载体疫苗,将编码新型冠状病毒S蛋白的基因经过　　　　　　的作用,构建无害的腺病毒载体。
　限制酶和DNA连接酶
腺病毒载体疫苗注入人体后,可表达出新型冠状病毒的　　　　　　,诱发人体内产生　　　　细胞,当人体被新型冠状病毒感染时,能迅速增殖分化,发挥免疫保护作用。
S蛋白(刺突蛋白)　 　
　记忆 　
接种腺病毒载体疫苗的人若在接种前感染过腺病毒,可能会存在“预存免疫”而降低疫苗的免疫效果,其原因是　　　　　　　　　　　　　　　。
　 感染过腺病毒的人体内具有相应抗体,接种疫苗时会被体内相应抗体部分消除而降低免疫效果,或导致不能携带S蛋白基因进入细胞内表达
探究1 新冠病毒的检测资料：目前新冠病毒检测的主流方法是实时荧光RT（逆转录）-PCR法。荧光PCR的原理是PCR扩增时在加入一对引物的同时加入一个特异性的荧光探针，该探针为一寡核苷酸，两端分别标记一个报告荧光基团和一个淬灭荧光基团。探针完整时，报告基团发射的荧光信号被淬灭基团吸收;DNA模板变性后, 探针结合在DNA一条单链上;子链延伸时，Taq酶的5'端-3'端外切酶活性将探针酶切降解，使报告荧光基团和淬灭荧光基团分离，从而荧光监测系统可接收到荧光信号。
思考：荧光RT-PCR法进行核酸检测的原理？
　 RNA逆转录为单链cDNA，对cDNA进行PCR扩增，若检测出荧光信号增强，则说明感染了新冠病毒。
探究2 新冠病毒的治疗资料 2020年2月15日，法维拉韦正式获得国家药监局批准上市，成为我国第一个针对新冠肺炎具有潜在疗效的药物，该药物能够专一抑制新冠病毒RNA聚合酶。
思考：有些人感染了新冠病毒需要药物治疗，有些人没用药也康复了。请分析不用药是如何康复的？
　 先通过体液免疫产生的抗体阻止病毒的扩散，再通过细胞免疫暴露胞内病毒，抗体与之结合后最终被吞噬细胞吞噬、消灭。
探究3 新冠病毒的预防资料 2020年3月16日，陈薇院士团队研制的腺病毒重组（目的基因与减毒的腺病毒重组获得重组DNA分子）新冠疫苗获批启动展开临床试验。2021年2月25日，我国重组新冠疫苗获批上市。（注：腺病毒是一种DNA病毒）思考1：减毒腺病毒作用是什么呢？
思考2：本疫苗中的目的基因应该是？控制S蛋白合成的DNA片段 简述此疫苗目的基因的获取过程。
作为载体
　 　
将控制S蛋白合成的RNA片段逆转录合成cDNA,再通过PCR技术，大量扩增得到目的基因。
实时荧光定量PCR
5‘-
-3‘
3‘-
-5‘
-3‘
Q
R
新冠病毒核酸检测
咽拭子采样
检测是否有新冠病毒RNA
新冠病毒RNA的量太少无法检测出来
需要扩增后检测
PCR只能扩增双链DNA
将新冠病毒的RNA通过逆转录后形成DNA
PCR扩增逆转录后的DNA
检测
实时荧光定量PCR可以在扩增DNA的同时进行检测。
荧光值
一、PCR扩增过程中荧光信号强度变化的变化规律
2.荧光信号变化规律
①早期:扩增产物较少，荧光信号不易检测到
②指数期:荧光值随循环次数增加呈指数增加。
③线性期:荧光值随循环次数增加呈线性增加。
④平台期:荧光值随循环次数增加几乎不增加。
早期
指数期
线性期
平台期
Taq酶活性下降
引物浓度下降
原料P浓度下降
荧光值
循环数
三、荧光阈值
在荧光扩增曲线的指数增长期的早期，认为设定一个荧光强度标准，称为荧光阈值。如图所示。
荧光阈值
荧光阈值是人为设定的，可以设定在指数扩增期早期的任意位置上。该位置上，在重复实验中，荧光值是相同的。
习题：新型冠状病毒是一种单链RNA病毒，新型冠状病毒感染的常规检测方法是通过实时荧光PCR鉴定。
(1)首先，从样本中提取病毒RNA，经__________酶作用生成cDNA。然后以cDNA为模板进行实时荧光PCR扩增，测定样品中病毒核酸量。
逆转录
(2)通过实时荧光PCR扩增目的基因，需额外添加荧光标记探针（一小段单链DNA，可与目的基因中部序列特异性结合）。当探针完整时，不产生荧光。在PCR过程中，与目的基因结合的探针被TaqDNA聚合酶水解，R与Q分离后，R发出的荧光可被检测到（如图1）。
① 当样本中有目的基因时，引物和探针与目的基因退火时，通过______________________ 原则而特异性结合。
②在PCR循环的延伸阶段，TaqDNA聚合酶催化子链的合成并水解探针。检测到的荧光强度与反应体系中DNA分子数呈_________（正相关或反相关反）关系。
碱基互补配对原则
正相关
(3)通过实时荧光PCR检测新型冠状病毒感染时，检测到的荧光强度变化如图2所示。
①与指数增长期相比，线性增长期目的基因数量的增长率下降，原因有_________。
Taq酶活性下降、引物浓度下降、原料dNTP浓度下降等。
(3)通过实时荧光PCR检测新型冠状病毒感染时，检测到的荧光强度变化如图2所示。
②Ct值的含义：在PCR扩增过程中，每个反应管内的荧光信号达到设定的荧光阈值时所经历的扩增循环数。因此，当样本中初始模板越多时，Ct值就_________。
越小
(3)通过实时荧光PCR检测新型冠状病毒感染时，检测到的荧光强度变化如图2所示。
③某新型冠状病毒核酸检测说明书标明，Ct≤37判定为阳性，Ct>40或无Ct值判定为阴性。图2所示新型冠状病毒核酸检测结果应判定为_________。
阳性
(3)通过实时荧光PCR检测新型冠状病毒感染时，检测到的荧光强度变化如图2所示。
(4)阴性结果也不能排除新型冠状病毒感染。可能产生假阴性的因素有________。
a.取样太早，样本中病毒量少，达不到实时荧光PCR检测阈值
b.样本被污染，RNA酶将病毒RNA降解
c.病毒发生变异
abc
资料1. 病毒的培养方法有动物接种、鸡胚培养、组织培养、细胞培养。
1、动物接种：病毒经注射、口服等途径进入易感动物的体内后可大量增殖，并使动物产生特定的反应。优点：操作方面易行。缺点：受机体免疫力的影响，常需要用无菌动物。疫苗和抗血清的生产。
2、鸡胚培养：一般用9-12日龄的鸡胚，分别接种于卵黄囊内，羊膜腔，尿囊腔等部位。用于病毒分离与疫苗生产。
3、组织培养：在离体活细胞上培养病毒的方法，组织块培养：取组织片进行培养。
4、细胞培养：采用该病毒所寄生的细胞的全素培养基来培养该细胞，培养一段时间后放进特定的病毒就可以培养了，注意，若细胞是动物细胞时培养基要加入血清。
原因？
病毒不能独立进行新陈代谢，必需寄生在活细胞内
资料2
1.动物接种常用的动物有小鼠、大鼠、豚鼠、兔和猴等，接种的途径有鼻内、皮下、皮内、脑内、腹腔内、静脉等。根据病毒种类不同，选择敏感动物及适宜接种部位。
2.鸡胚接种 鸡胚培养方法操作简便，适用于流感病毒，痘病毒，疱疹病毒和脑炎病毒等的培养。最常用的鸡胚接种方法有四种，即绒毛尿囊膜接种法，羊膜腔（羊水囊）接种法，尿囊腔接种法和卵黄囊接种法。根据不同病毒和不同目的采用适宜的接种方法。
为什么培养不同病毒的时候，我们要考虑接种的对象，而不是都用活鸡胚来培养？
如图分别表示新冠病毒和T2噬菌体的结构，请据图回答：
(1)病毒不能用一般的培养基培养，其生活离不开细胞的原因：____________________________________________________________________。
病毒只能寄生在活的宿主细胞中，其物质合成和能量供应都依赖于宿主细胞
(2)新冠病毒比T2噬菌体的变异性更大，原因是___________________________
________________________________________ 。
新冠病毒的遗传物质是RNA，
RNA是单链结构，不稳定，容易发生变异
(3)T2噬菌体是专一侵染大肠杆菌的病毒，如果想用放射性同位素标记T2噬菌体，该如何操作？请写出基本思路。
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
先用含有放射性同位素的培养基培养大肠杆菌，再用标记后的大肠杆菌培养T2噬菌体。
考向1　围绕病毒考查生命观念
1.(2020·全国卷Ⅰ，1)新冠肺炎疫情警示人们要养成良好的生活习惯，提高公共卫生安全意识。下列相关叙述错误的是(　　)
A.戴口罩可以减少病原微生物通过飞沫在人与人之间的传播
B.病毒能够在餐具上增殖，用食盐溶液浸泡餐具可以阻止病毒增殖
C.高温可破坏病原体蛋白质的空间结构，煮沸处理餐具可杀死病原体
D.生活中接触的物体表面可能存在病原微生物，勤洗手可降低感染风险
B
病毒不具有细胞结构，其生存离不开细胞
2.(2018·全国卷Ⅱ，5)下列关于病毒的叙述，错误的是(　　)
A.从烟草花叶病毒中可以提取到RNA
B.T2噬菌体可感染肺炎双球菌导致其裂解
C.HIV可引起人的获得性免疫缺陷综合征
D.阻断病毒的传播可降低其所致疾病的发病率
B
T2噬菌体是一种专门寄生在大肠杆菌体内的病毒，不能感染肺炎双球菌，
3.(2021·山东济南期中)(不定项)2019新型冠状病毒(2019 nCoV)是以前从未在人体中发现的一种新型冠状病毒，由蛋白质和核酸组成(如图所示)，2019 nCoV必须在宿主细胞内才能完成增殖和代谢等生命活动，人感染2019 nCoV后会出现发热、咳嗽、气促和呼吸困难等症状，严重时可导致肺炎，甚至死亡。下列有关该病毒的叙述，错误的是(　 　)
ABD
A.2019 nCoV中的蛋白质、RNA等属于生命系统的结构层次
B.2019 nCoV没有细胞结构，它的生命活动与细胞无关
C.2019 nCoV必须寄生在宿主活细胞中才能生存，这说明病毒的生命活动离不开细胞
D.为研究2019 nCoV的致病机理，可用含有各种营养物质的普通培养基大量培养该病毒
资料3.冠状病毒是一大类病毒，已知会引起疾病，患者表现为从普通感冒到重症肺部感染等不同临床症状，例如中东呼吸综合征（MERS）和严重急性呼吸综合征（SARS）。
如何理解“2019年武汉发现的新型冠状病毒2019-nCov是一种以前尚未在人类中发现的新型冠状病毒。”？
．自2019年12月新型冠状病毒（单链十RNA病毒2019-nCoV）引起肺炎疫情以来，我国政府与世卫组织通力合作，全力防控，我国疫情目前已得到初步遏制。面对疫情，专家提醒：“比起焦虑和恐慌，我们更需要的是尽量放松、保持心情愉悦，同时，疫苗仍然是防控传染病最有效的手段。”请回答下列问题：（1）新冠病毒必须在宿主细胞内增殖，当侵染人呼吸道上皮细胞时，会经过吸附、穿入、脱壳、生物合成和成熟释放等几个阶段。新型冠状病毒囊膜上有3种蛋白质“M”、“E”和“S”，通过膜融合转变为宿主细胞的膜蛋白，体现的原理是__________________。其单链基因组+RNA可直接作为模板，利用宿主细胞的______（细胞器）合成病毒的 ______酶，再利用该酶完成病毒遗传物质的复制。（2）当人体感染新冠病毒时，免疫系统的功能加强，往往会引起发烧，最可能的原因是病毒产生的毒素影响了________的功能，最终使机体_____________，体温升高。
细胞膜的流动性
核糖体
RNA复制
（或RNA聚合）
下丘脑体温调节中枢
产热量大于散热量
（3）焦虑和恐慌会使T细胞活性下降，从而使人更易感染病毒而患病，从T细胞角度分析人更易患病的原因是
____________________________。（4）新冠病毒爆发的同时北半球正处于流感季节。研究发现，BY型流感病毒衣壳蛋白在一定表达系统中能重新自我组装成病毒样颗粒（VLP），该颗粒不含病毒核酸，可作为预防BY型流感病毒的疫苗。VLP注入机体后一般不会引发细胞免疫，其原因是：
___________________。
T细胞活性下降，导致淋巴因子分泌减少，使记忆细胞、浆细胞和抗体数量减少（效应T细胞数量也减少），从而导致体液免疫（和细胞免疫）功能下降
VLP不含核酸，不能侵入到细胞内，没有靶细胞所以不会引起细胞免疫
（5）若疫苗是根据病毒表面的M、E和S等糖蛋白研制，可能一段时间后还要继续接种其它种类的新疫苗。请从病毒遗传物质的结构和免疫学角度分析一段时间后需要接种新疫苗的原因是_____________________。
RNA病毒的遗传物质为单链，更容易发生变异（基因突变），当变异的病毒侵入机体时，已有的记忆细胞和抗体难以发挥作用，故一段时间后需要接种新疫苗以增加记忆细胞和抗体的种类
　病毒知识整合
寄生
消费者
蛋白质
和核酸
DNA
或RNA
资料4.
（1）目前的疫苗主要有三类：即新冠病毒灭活疫苗（Vero细胞）、重组新冠病毒疫苗（5型腺病毒载体）以及重组新冠病毒疫苗（CHO细胞）。
（2）新冠疫苗cho细胞即重组新冠病毒疫苗（CHO细胞），是将最有效的抗原成份在体外通过基因工程的方法，在体外细胞中来表达，生产过程是比较安全的，容易大规模生产，需要在2-8摄氏度冷藏低温运输。
（3）vero细胞即新冠病毒灭活疫苗（Vero细胞），实际上是将培养扩增的活病毒通过理化的方法，灭活以后经过系列纯化技术制备的疫苗，其主要特点免疫应答强，具有良好的安全性和稳定性，运输方便，对边远地方使用比较方便，采用两针免疫。
（4）vero细胞是从健康的非洲绿猴肾脏组织中分离培养的细胞，目前是生物实验室使用最广泛的传代细胞，
其具有三个优点：
第一个是容易培养，第二个是传代稳定，第三个是具有无限分裂的能力，因此用于很多疫苗的生产。
（5）CHO指的是中国仓鼠卵巢，通过将新冠病毒S蛋白受体结合区（RBD）基因重组到中国仓鼠卵巢（CHO）细胞基因内，在体外表达形成RBD二聚体，并加用氢氧化铝佐剂以提高免疫原性。其实就是通过基因工程方法在体外表达细胞中最有效的抗原成分，体外细胞是工程化细胞系在生物产品中常用的细胞，类似于工业发酵的方法，最终制成疫苗。因为重组亚单位疫苗整个生产过程是蛋白质表达和纯化的过程，没有活病毒参与，因此生产过程安全且易于大规模生产。
2020年的诺贝尔化学奖授予了两位在基因组编辑技术（如CRISPR/Cas）领域作出杰出贡献的女科学家。这项技术的问世源自于人们在本世纪初对细菌抵御外来入侵者（如噬菌体）的机理研究（如图所示）：不少的细菌当第一次被特定的噬菌体感染后，由细菌cas2基因表达的Cas2核酸内切酶（蛋白质）便会随机低效切断入侵的噬菌体DNA双链，并将切下的DNA片段插入CRISPR位点，形成“免疫记忆”。当细菌再次遭遇同种噬菌体时，由CRISPR位点转录产生的crRNA便会将另一种核酸内切酶（如Cas9）准确带到入侵者DNA处，并将之切断，即“免疫杀灭”。
（1）细菌体内发生图中的①过程，需要提供_____ A．核糖体 B．细菌DNA C．转运RNA
D．核糖核苷酸 E．氨基酸 F．ATP
G．噬菌体衣壳 H．脱氧核苷酸
（2）根据题干信息和所学知识判断，核酸内切酶Cas2与被誉为基因工程“化学剪刀”的限制酶之间的区别主要表现在A．切割DNA还是RNA B．切割双链还是单链核酸C．切割是否具有序列特异性
D．酶本身是RNA还是蛋白质
ABCDEF
C
（4）很多细菌表达限制性核酸内切酶是为了阻断入侵的噬菌体在宿主细胞内增殖，这种作用相当于高等动物的________________免疫；而细菌利用图所示的CRISPR/Cas分子装置剿灭入侵噬菌体的过程，则相当于高等动物的_____________________免疫。
非特异性/先天性
特异性/先天性
（5）在阐明CRISPR/Cas工作原理后不久，科学家们便据此发明了具有划时代意义的基因组编辑技术，其中最基本的形式便是基因的定点突变。在高等动植物细胞中，被切断的DNA会通过一种特殊的机制而连接在一起（即修复），但这个修复过程会导致碱基的随机缺失或增加，从而使基因发生突变。据此判断，为了实现在高等动植物细胞中突变特定的基因，需要向细胞内导入的目的基因应是_____ A．cas2基因 B．cas9基因
C．crRNA编码基因 D．待突变基因
E．噬菌体基因 F．限制酶基因
B C

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