2022年沪科版生命科学高一上3-3《非细胞形态的生物——病毒》导学案

第四章病毒微生物学教案412022年沪科版生命科学高一上3-3非细胞形态的生物病毒导学案本章提要：病毒含有DNA或RNA。只在活细胞内增殖，但又能在细胞外以亚显微的大分子颗粒状态存在，可以作为致病因子，也可以当作遗传成分的非细胞型微生物。病毒的形态多种多样。杆状、球状(或近似球状)和解6L状是病毒的3种基本形态。病毒的主要化学成分是核酸(DNA或RNA)和蛋白质。病毒核酸非常多样化。有单链和双链、线状和环状、正链和负链。在病毒核酸的每一种类型中，又有各种各样的结构特点。病毒核酸是病毒遗传信息的载体。病毒只含一种或为数不多的几种蛋白质。病毒蛋白质主要在病毒结构、病毒的侵染与增殖过程中发挥作用。 病毒的基本结构是核衣壳。有的病毒在核衣壳外还有包膜。病毒的衣壳具有高度对称性，有3种类型的对称：螺旋对称、二十面体对称以及复合对称。病毒的增殖不同于其他微生物的繁殖。病毒的增殖一般分为吸附、侵入、核酸复制与蛋白质合成、装配以及释放5个阶段。 在宿主细胞内增殖并引起宿主细胞裂解的噬菌体叫烈性噬茵体。侵染宿主细胞后不增殖和不引起细胞裂解的噬菌体称为温和噬菌体；与温和噬菌体共存的细菌称为溶源性细菌。 病毒虽然极其微小，但可以通过他们对宿主细胞感染的结果来检出病毒并定量。人们习惯根据宿主种类将病毒分为：微生物病毒、植物病毒、无脊椎动物病毒以及脊椎动物病毒。 还有比病毒更为简单的生命形式：类病毒、拟病毒和阮病毒。本章重点和难点：病毒主要特点，毒性噬菌体的侵染循环，温和噬菌体和溶原细菌、昆虫病毒和植物病毒的主要特点。绪 言在微生物学当中，病毒学是最年青的一门科学，迄今只有100年左右历史。(A：1892年USSR PIvanowski（1864-1920,伊凡诺夫斯基）,他做了一个这样的实验： 病叶汁液 接种 烟草花叶病 细菌过滤器 健康烟草植株发病（引起相同烟草花叶病） P、Ivanowski认为这种病原物是一种比细菌还小的微生物，把病毒等其他微生物分开是一个划时代的创举，遗憾的是把这种病原物称为是一种极小的细菌。 B.Netherland M、W、Beijerinck（18511931，贝格林克） 1898 年贝格林克在不了解PIvanowski工作的情况下，进行了类似的试验，发表了与伊凡诺夫斯几乎完全一样的研究结果。贝格林克把这种病原物称为是称之为“传染活液”(contagium viram fluidum)，并给以拉丁名(Virus)，被誉为“病毒学之父”。（贝格林克1872年毕业于德国德尔费技术专科学校，1877年获科学博士学位）。 1935年斯旦来（Stanly，USA）第一次提纯得到病毒的结晶，从此以后病毒学进入到分子水平。 现行病毒分类:基本上采用普通名称而暂时废弃拉丁双命名法（第十届国际病毒学讨论会，1996年8月），按照核酸类型及基因组的多分体现象，以及粒体的形状，区分了共56个科、组，其中21个科属对人致病。56个科、组中，ddDNA病毒有 17个病毒科、组；ssDNA病毒有5个病毒科、组；DNA及RNA反录病毒有3个病毒科、组；DsRNA病毒有6个病毒科、组；负义SSRNA病毒有8个病毒科、组；正义SSRNA病毒有17个病毒科、组。) 第四章病毒微生物学教案42 十八世纪末到十九世纪初，欧洲在历史上最早注意一种植物病毒病：马铃薯退化病，以后此病遍布欧美，随着马铃薯在我国的栽培，这一病害也侵入了我国。早在1917年Murphy的调查，发病株比健康株减产5263%。每一种植物至少有一种病毒引起的病害，植物病毒侵染了植物后，除了造成降低产量和品质外，还有一些病毒也可以利用来增加植物的经济价值。一些带毒植物的花及叶变色，从单纯的色彩变为杂色，而同时并不严重地影响植物的生长发育而增加价值。例如菊花中的“绿菊”、牡丹中的“绿牡丹”等就是带病毒株的利用。植物病毒主要通过接触及昆虫传播而感染，植物病毒往往可在昆虫体内繁殖，但不一定引起病症。病毒：是一类没有细胞结构但有遗传复制等生命特征，主要由核酸和蛋白质组成的大分子生物。病毒没有细胞结构，它与其它生物相比显然不同，具有其显著的特点。(病毒个体虽然微小、简单，但能使人致病，也能引起动植物的病害。如天花、麻疹、脑炎、鸡新城疫、烟草花叶病、苹果花叶病等等；在发酵工业和生产微生物制剂的过程中，常常由于病毒（噬菌体）的危害，而使生产停顿，造成巨大经济损失。另一方面，可用来消灭有害病菌和农林业害虫，在医学和植保工作上是很有前途的。) 人类传染病中，约7080%是病毒病，引起人类病毒病相当多，如肝炎，胆囊炎，狂犬病，AIDS，还有风湿关节炎，更有多种病毒可以致人癌症。在许多生物分类中都不包括病毒，病毒的定义也各不相同。不同学科使用的定义都不尽相同，各有学科侧重，普通微生物的定义。病毒(virus)：是一类没有细胞结构但有遗传复制等生命特征，主要由核酸和蛋白质组成的大分子生物。是比细菌更小的专性细胞内寄生的微生物，大多数能通过细菌过滤器。4.1病毒的特性4.1.1病毒的基本特征：1.病毒的个体极小(计量单位为纳米（nm）。其大小差异很大，最大的直径可达300 nm，小的1030 nm，约相当于最大的蛋白质分子。介于之间的如流感病毒为90150 nm。) 第四章病毒微生物学教案432.无细胞结构，为分子生物病毒没有细胞结构，只有一种核酸类型，化学组成和繁殖方式都较简单。化学组成主要是蛋白质和核酸组成的大分子化合物。病毒在体外具有一般大分子的结构，在寄主体内又具生命特征。(病毒的个体为一团有生命的物质，称为病毒粒子。病毒的形状多种多样，如球状、枪弹状、砖状、线状、杆状、蝌蚪状等。由于能将病毒提纯成结晶，而与一般的化学分子没有什么区别，所以又称为分子生物。)3.专性寄生本身不具备独立的代谢能力，只能在活的寄主细胞内生长繁殖，离开寄主细胞不具备任何生命特征。4.没有或缺乏完整的酶和能量合成系统，也没有核糖体。（依靠寄主的酶和能量合成系统繁殖）。 5.在寄主细胞内的病毒对各种化学药剂和抗菌素不敏感。（可能对干扰素敏感）。迄今，还未发现一种药剂或抗菌素对人、动植物体内病毒有效的药物，也没有一种药剂能杀死细胞体内的病毒而又不伤害寄主的药剂。经提纯分离在体外的病毒结晶，用不少的药物都可杀死之，但寄主细胞内的病毒均不敏感。 6.经提纯的病毒结晶能保持侵染力。人类传染病中，约7080%属于病毒病，每一种植物至少有一种病毒引起的病害。引起人类的病毒相当多，如肝炎，胆囊炎，狂犬病，爱滋病，风湿关节炎等，也有多种病毒可以致人癌症。4.1.2病毒的结构和化学组成4.1.2.1病毒粒子的结构 粒子又叫病毒个体，是成熟的、完整的、有感染性的病毒颗粒，分为有封套（包膜）的病毒粒子和无封套（包膜）的病毒粒子二种。 1、无封套(包膜)的病毒粒子 A.衣壳粒(一种对称蛋白质外壳,包围着病毒的核酸基因组，由多肽组成蛋白质亚单位)。 B.壳体：由多个衣壳粒组成。 C.核壳体（核衣壳）：是衣壳与其包围着的核酸的。 2.无封套(包膜)的病毒粒子 A.衣壳粒(一种对称蛋白质外壳,包围着病毒的结构。核酸基因组，由多肽组成蛋白质亚单位)。 B.壳体：由多个衣壳粒组成。C.核壳体（核衣壳）：是衣壳与其包围着的核酸的总称。D.封套（包膜，又称囊膜、被膜、外膜、封套、envelope） 封套一般由含有类脂或脂蛋白质组成，被膜对脂溶剂（醚、氯纺）敏感，对乳化剂（如胆盐水去垢剂）敏感。(由于壳粒在壳体上的不同排列，病毒具有三种结构：)1.螺旋对称 第四章病毒微生物学教案44 2.二十面体对称3.复合对称 4.1.2.2病毒的化学组成简单病毒的化学组成只含核酸和蛋白质，复杂还含有脂质（被膜中存在）、碳水化合物（包膜中）、多糖（以糖脂、糖蛋白存在），以及有机阳离子化合物如胺、无机阳离（铁、钙、镁、铜、铝离子等） 1.病毒蛋白质：蛋白质是病毒的主要成分，占95%左右，蛋白质的主要作用： 构成病毒粒子外壳，保护核酸； 具有识别能力，一定的病毒只感染一定的对象； 具有抗原性； 构成病毒组成中的酶。 病毒酶三种来源：A，来源于寄主的酶（或诱导寄主产生的修饰酶）；B，寄主外结构性蛋白质酶；C，存在于病毒体中的酶。(1.病毒蛋白：一般病毒只含一种或少数几种蛋白。蛋白质的含量随种类而异（如狂犬病毒的蛋白质含量约占整个病毒粒子的96%，而大肠杆菌T3、T4噬菌体则只占40%）。病毒蛋白的氨基酸组成和其他生物一样，但半脱氨酸和组氨酸在病毒蛋白中较少见。)2.病毒核酸：每一种病毒只含单一类型的核酸。（下图箭头所指为去掉蛋白质的核酸）动植物病毒核酸类型：dsDNA，ssDNA，dsRNA ，ss RNA。病毒其核酸含量占1-5%不等，如感冒病毒核酸占1%，99%占蛋白质。TMV含核酸5%，含95%蛋白质。核酸可用物理、化学方法分离出来，分离出的核酸仍具有侵染力。 病毒当核酸与蛋白质分离以后，核酸仍具有侵染力，说明病毒的主要遗传物质是DAN、RNA。 (2.病毒核酸：病毒只含一类核酸(DNA或RNA)。一般植物病毒的核酸为RNA（少数为DNA）；细菌病毒的核酸大多数为DNA（少数为RNA）；动物病毒（包括昆虫病毒）部分为RNA（或DNA）。病毒核酸还有正、负链之分：凡碱基排列顺序与mRNA相同的单链DNA或RNA，称(+)DNA链或(+)RNA链，凡碱基排列顺序与mRNA链互补的单链DNA和RNA，称(-)DNA链或(-)RNA链。如烟草花叶病毒的核酸属于(+)RNA，副秸病毒的核酸为(-)刚A。正链(+)核酸具有侵染性,可直接作为mRNA合成蛋白质，而负链(-)没有侵染性，必须依靠病毒携带的转录酶转录成正链后才能作为mRNA合成蛋白质。病毒的核酸含量随种类而异，一般在1%50%之间（含量的高低与形态结构有关，即复杂的高，简单的低）。)3.脂类和糖类( 3.脂类和糖类：少数有包膜的大型病毒还含有脂类和糖类等其他成分。如大蚊虹色病毒含有5%脂类，流感病毒除含19%脂类外，还含6%的非核糖成分的糖类。脂类主要是磷脂、胆固醇和中性脂肪（存在于包膜中）。糖类主要是葡萄糖、龙胆二糖、岩藻糖、半乳糖等。) 第四章病毒微生物学教案454.病毒的包含体(4.病毒的包含体：有些病毒在寄主细胞内还形成包含体的结构，它们多数位于细胞质内，具嗜酸性；少数位于细胞核内，具嗜碱性；也有细胞核内和细胞质都存在的类型。包含体是寄主细胞被病毒感染后形成的蛋白质结晶体，内含1至几个病毒粒子。)4.1.3病毒的分类病毒分类的主要依据：病毒的结构和寄主范围根据寄主范围不同分为：细菌病毒（噬菌体） 植物病毒昆虫病毒根据ICTV1995年第六次报告，现已知病毒有3600多种，分别属于71个科，但科以上的分类结构尚未建立，一般归为以下七类：双链DNA有包膜的病毒双链DNA无包膜的病毒单链DNA无包膜的病毒 双链RNA有包膜的病毒双链RNA无包膜的病毒单链RNA有包膜的病毒单链RNA无包膜的病毒4.2噬菌体（bacteriophage）噬菌体(bacteriumphage)：是微生物病毒，是侵染细菌、放线菌、真菌等细胞型微生物的病毒。 细菌与放线菌、真菌都可被病毒传染，一般将侵染细菌，放线菌的病毒叫噬菌体，也把侵染放线菌的病毒叫噬放线菌。有细菌，放线菌存在的地方就有噬菌体，噬菌体在自然界中分布很广，比如土壤、污水、粪便、腐烂有机质、患病植物、发酵工厂等均有大量存在。 噬菌体具有病毒的一般特性，因而又称为细菌病毒。也有些噬菌体能进入并寄生于多种寄主。噬菌体有SSDNA、DSDNA、SSRNA核酸的，还没有发现DSRNA的噬菌体。到目前为止，几乎每种研究过的细菌或放线菌都是一种或多种噬菌体的寄主。寄主的噬菌大多数是专性的，只在一种细菌或一种细菌的特定菌株中寄生，也有些噬菌体能进入并寄生于多种寄主。 4.2.1噬菌体基本形态有三种：蝌蚪形、微球形和丝状另据结构不同，又可分为六种不同类型 第四章病毒微生物学教案46 4.2.2 噬菌体的生活周期4.2.2.1噬菌体生长的测定：一步生长曲线定量描述毒性噬菌体生长规律的实验曲线称为一步生长曲线。该曲线可以用来反映每种噬菌体的3个重要的特性(潜伏期、裂解期、裂解量)参数。（见图） (裂解量裂解期平均噬菌斑数/潜伏期平均噬菌斑数)4.2.2.2 噬菌体类型1.毒性噬菌体 第四章病毒微生物学教案47毒性噬菌体(lytic bacteriumphage)能裂解寄主细胞，通常把毒性噬菌体看作噬菌体的正常表现，病毒的复制也可以用毒性噬菌体入侵寄主的过程来说明。 噬菌体侵入寄主细胞的过程可分为五个阶段：(通常把毒性噬菌体看作是噬菌体的正常表现。如T2噬菌体是一种毒性噬菌体，T2噬菌体是双链DNA病毒，多面体壳体，有一个可收缩的尾部，尾部由中空的尾鞘和可收缩的蛋白质尾髓组成，尾端有六根尾丝。毒性噬菌体入侵寄主的过程可以分为五个阶段。)吸附：噬菌体与敏感的寄主细胞接触，在寄主细胞的特异性受点上结合。T2噬菌体是以尾部末端和寄主的受点吸附的。一种细菌可以被多种噬菌体感染，噬菌体在同一寄主细菌的不同受点上吸附。因此，一个寄主细胞（例如大肠杆菌）与一种噬菌体（例如T2）饱和吸附后，并不妨碍和另一种噬菌体（例如T1）再吸附。 侵入：噬菌体吸附在细菌细胞壁的受点上以后，核酸注入细菌细胞中，蛋白质壳体留在外面。从吸附到侵入，时间间隔很短，只有几秒到几分钟。 核酸复制：噬菌体核酸进入寄主细胞后，操纵寄主细胞的代谢机能，大量复制噬菌体核酸，但不形成带壳体的粒子，称为潜育期。粒子成熟：寄主细胞合成噬菌体壳体（T2噬菌体包括头部尾部）形成完整的噬菌体粒子。寄主细胞裂解：噬菌体粒子成熟，引起寄主细胞的裂解释放出病毒粒子。随种类不同，一个寄主细胞释放101000个噬菌体粒子。 在细菌培养液中，细菌被噬菌体感染，细胞裂解，浑浊的菌悬液变成为透明的裂解溶液。在双层平板固体培养基上，稀释的噬菌体悬液引起点性感染，在感染点上进入反复的侵染过程，产生噬菌斑。 (裂解反应：从噬菌体吸附于寄主细胞到寄主细胞裂解释放出新一代噬菌体的过程。裂（毒）性噬菌体：能裂解寄主细胞的噬菌体。溶菌现象：在液体培养时，若细菌被噬菌体裂解，液体即由混浊变为澄清的现象。噬菌斑：在固体培养基上的细菌菌落，被噬菌体侵染后，出现的透明斑。（不同噬菌体的噬菌斑有所不同，可作为鉴别噬菌体的依据。）) 第四章病毒微生物学教案482. 温和噬菌体除毒性噬菌体外，还有一类叫温和噬菌体，它具有裂解和溶源两种作用。溶源作用：侵入寄主细胞的噬菌体的核酸不立即复制，而是嵌入寄主细胞的染色体内进行复制（步骤同毒性噬菌体），并随细胞分裂带到子代细胞内，不立即裂解寄主细胞，这种现象称溶源现象。（但在一定条件下，嵌入的核酸可以脱下来，经过复制，形成许多噬菌体，使寄主细胞裂解。） 溶源细胞（菌）：含有温和噬菌体的寄主细胞。原噬菌体：在溶源细胞内的噬菌体核酸。检验溶源菌的方法是用少量溶源菌与敏感指示菌混合，利用极少数细胞的自发裂解所释放的病毒粒子的反复侵染而形成特殊的噬菌斑（下图） 温和噬菌体侵入寄主细胞后可能发生的侵染过程：4.3 昆虫病毒和植物病毒4.3.1昆虫病毒 无脊椎动物病毒是比较常见的，在昆虫和螨类的十个目中，已发现3700多种病毒，大多数昆虫病毒都形成包含体。病毒封闭在包含体中，包含体有多角形、椭圆形、砖形等，病毒粒子包含在包含体中。无脊椎动物病毒（昆虫病毒为主，用于消灭害虫）如：松毛虫病毒、棉铃虫病毒等。 昆虫病毒是比较常见的，其中以鳞翅目最多，其次为双翅目、膜翅目、鞘翅目和螨类，而等翅 第四章病毒微生物学教案49目、脉翅目和毛翅目的少见。目前我国已研制了12种病毒制剂，而工艺比较成熟且应用规模较大的是棉铃虫核型多角体病毒。大多数昆虫病毒具有包含体（病毒粒子和寄主细胞内部的某些物质结合起来，共同形成一种蛋白质结构的结晶体）。而具有包含体的病毒有较强的感染力和抗逆力，并能通过昆虫的卵传给后代，在防治害虫上是一类有发展前途的昆虫病源。根据病毒形态和寄生的部位不同，可将昆虫病毒分为：核型多角体病毒、质型多角体病毒、颗粒体病毒、多型包含体病毒和无包含体病毒。1. 核型多角体病毒此类病毒有包含体，病毒粒子杆状，包在包含体内。包含体位于细胞核内，每个包含体中可包含一个或多个病毒粒子；包含体呈12面形、立方体或不规则形，直径0.5-15m，由蛋白质构成。此类病毒能侵染鳞翅目、膜翅目、双翅目的昆虫。2. 质型多角体病毒此类病毒主要在昆虫肠道内增殖，病毒粒子近球形，直径25-80nm，含核糖核酸；病毒粒子多数在包含体中，包含体位于细胞质内；多角体呈六角形、球形或正方形，直径0.5-2.5 m。此类病毒可感染鳞翅目和双翅目昆虫，目前我国发现的有家蚕、赤松毛虫、马尾松毛虫、枯叶蛾、松针黄毒蛾等，被感染的昆虫不取食，饥饿萎缩而死。3. 颗粒体病毒此类病毒的包含体呈园形、椭园形颗粒状，其内只含一个（偶尔二个）病毒粒子；病毒粒子杆状，含DNA，主要侵染昆虫的脂肪体、上皮细胞，在细胞质和细胞壁中发育，昆虫吞食后，将停止取食，血液变为乳白质。(二.人类和动物病毒 病毒可进入人和动物细胞生长 ，引起人和动物多种病毒病。粒子形态有球状的多面体，也有复杂颗粒，如蝌蚪状，砖形，卵形，也有些是有封套的粒子等。如脊椎动物病毒的脊椎灰质炎病毒、流感、狂犬病等。人类80%以上的传染病由病毒引起，肝炎、天花等，家畜、鸡疫、鸭疫等。 动物病毒中，可分两类：杀死细胞病毒和非杀细胞病毒。 1.杀死细胞病毒感染：使细胞受到破坏成死亡，称杀细胞或溶细胞病毒。如人脊髓灰质病毒。 2.由非杀细胞病毒引起稳定状态感染，叫非杀细胞病毒。不引起明显的损伤，但持续感染。 第四章病毒微生物学教案410 病毒对动物引起癌症，称致癌病毒，致癌病毒既引起动物癌症，也引起人的癌症。DNA病毒中腺病毒可引起人的呼吸道，乳腺病毒、小疮疹病毒，已基本证实引起人的癌症。RNA病毒也有致癌（致癌病毒），一些RNA病毒能引起白血病和各类型的肿瘤。1911（Peyton rous劳斯）发现了劳氏肉瘤病毒，引起人的癌症，1966年获诺贝尔奖。另外有三个微生物学家证明病毒转化为癌症的病因基础（1975获得诺贝尔奖）。)4.3.2 植物病毒(植物病毒种类繁多，感染病毒的植物可表现出：花叶、簇生、萎缩、矮化、叶斑、块死等病状。其形态有杆状、球状或纤维状。病毒粒子主要是由蛋白质和RNA组成，其结构和噬菌体相似。和其他病毒一样，是严格寄生性的，但专化性不强)种类繁多，绝大多数种子植物都能发生病毒病。禾本科、葫芦科、豆科、 十字花科、蔷薇科植物受害较重，感染病毒的种类较多。 植物病毒的核酸大多数是ssRNA。粒子形态基本有三种类型：杆状、线条状、近乎球状的多面体，也有些是有封套的粒子。 植物病毒和其它病毒一样是严格寄生物，但它们的专化性不强，一种病毒往往能寄生于不同科、属、种的栽培、野生植物上。 病毒侵染植物除造成外部症状外，在细胞内部组织或细胞也有不正常表现。最突出的表现是在感染细胞内形成细胞内含体。细胞内含体一类是结晶形的，一类是非结晶形的（又称X小体）。结晶形内含体通常由病毒粒子堆叠而成，在非结晶形的内含体中，有不少是病毒粒子和寄主细胞成分混合而成的。 结晶形内含体：无色透明呈六角形、长条形成不规则形晶体、有纺缍形针状或8字形的长纤维状。非结晶形是半透明的颗粒状聚积体，呈圆形成椭圆形。 感染病毒的植物，对病毒也有以下的抵抗作用： 1.病毒的定域化，不发生全身感染 ，只发生局部感染。如产生局部坏死斑点，使病毒局限在病斑内部。 2.病毒相互作用形成的抵抗现象 。 一种植物感染二种病毒，会出现加重或减轻症状等。 A.干扰作用：一种病毒影响他种病毒的感染。 B.防御作用：先入的病毒对后入的病毒侵染起防御作用。 第四章病毒微生物学教案4113.获得抗性：植物感染某一病毒后，对某一种或其它种病毒具有抗性。植物病毒的传播感染主要通过三个途径：昆虫（是自然界中最主要的传播媒介）。病株与健壮植株通过嫁接感染。病株与健壮植株磨擦接触感染。防治方法主要根据上述侵染途径，采取一些相应的措施。思考题：4-1 什么是病毒？病毒与其它微生物有何区别？4-2 根据壳粒在壳体上的排列不同，病毒可分 为哪几种结构？4-3 病毒的主要分类依据是什么？ 4-5 试述噬菌体的侵染全过程。4-6 什么叫裂解反应、裂性噬菌体、溶源现象、溶菌现象、噬菌斑和包含体？4-7 根据病毒形态和寄生部位的不同，可将昆虫病毒分为几种类型？4-8 植物病毒的传播感染途径有几种？如何防治？