生物大分子药物及生物答题技巧

生物大分子药物近年来，生物大分子药物发展迅猛，受到的关注也越来越多。与传统小分子药物相比，生物大分子药物具有相对分子质量大、不易透过生物膜、给药剂量低、易在体内降解等特点，这导致其具有与小分子药物不同的药代动力学特征。以蛋白多肽药物、单克隆抗体药物、抗体药物偶联物和核酸药物4类生物大分子药物为例，综述近年来生物大分子药物的药代动力学研究进展，旨在为生物大分子药物及生物类似药的研发提供参考。[关键词]生物大分子药物；蛋白多肽药物；单克隆抗体药物；抗体药物偶联物；核酸药物；药代动力学生物大分子药物是指一类利用现代生物技术方法生产的源自生物体内并被用于疾病的诊断、治疗或预防的生物大分子，狭义上也称为生物技术药物。随着分子生物学、基因工程和基因组学的研究发展，生物技术药物得以迅猛发展，其种类也日趋增多。目前生物技术药物包括DNA重组技术生产的蛋白质、多肽、酶、激素、疫苗、单克隆抗体（mono-clonalantibody，mAb）和细胞因子药物，也包括蛋白质工程技术生产的上述产品的各类修饰物，还包括用于基因治疗的基因、反义寡核苷酸和核酶及病毒和非病毒基因递送载体等。药代动力学研究对于药物的有效性和安全性评估非常重要，如选择合适的给药途径，设定合适的给药频率和给药剂量，明确药物是否可以到达相应的靶器官等。但不同于传统的小分子化学药物，生物大分子药物具有相对分子质量大、不易透过生物膜、给药剂量低、易在体内降解等特点，使其在生物体内的处置过程变得更为复杂（见表1），也给药代动力学研究提出了新的挑战。本文将分别围绕蛋白多肽药物、mAb药物、抗体药物偶联物（antibody-drugconjugate，ADC）和核酸药物，对其药代动力学特点进行分析和讨论。1生物大分子药物的体内吸收生物大分子药物包括蛋白多肽药物、核酸药物、ADC药物和mAb药物等，与传统小分子药物（相对分子质量为200~700）相比，其相对分子质量（1500~150000）较大，不易被吸收，同时存在口服后易被消化道酶降解破坏的问题，各种生物大分子药物在吸收方面存在许多相似的特点，在此一并阐述。1.1给药方式的选择由于存在不易被吸收、消化道降解等问题，生物大分子药物口服给药后生物利用度极低。目前绝大多数生物大分子药物均选用肠道外方式给药，主要以静脉注射方式给药，其次是皮下注射给药，少数也可以肌肉注射给药。静脉注射给药时，血药浓度迅速达到峰值，但易产生安全性问题，同时长期多次静脉注射给药存在患者耐受性不好等问题，另外静脉注射给药一般需要在医疗机构完成，容易带来较高的费用。为了解决生物大分子药物给药途径带来的问题，研究主要集中在2个方面：一是如何实现生物大分子药物的口服用药；二是不同给药方式的药物吸收机制研究。大量研究集中在前者，如近期发现羧甲基纤维素-弹性蛋白（CMC-EIa）作为蛋白酶抑制剂可以很好地抑制胰蛋白酶、弹性蛋白酶等的活性；吸收促进剂如脂肪酸、胆盐等，可以可逆性地打开紧密连接而提高胰岛素的渗透性。但蛋白酶抑制剂容易造成体内蛋白酶的缺乏，而吸收促进剂容易损坏生物膜造成局部炎症。此外，载药系统如纳米、微球、脂质体以及衍生化或化学修饰也是研究如何实现生物大分子药物口服用药的主要方法。环孢素是一种预防同种异体器官或组织移植发生排斥反应的药物，特殊的环肽结构使得其口服后具有较好的生物利用度。一项meta分析数据表明，山地明（环孢素的普通制剂）是新山地明（环孢素微乳化口服液）生物利用度的76%，其药时曲线下面积（AUC）显著低于新山地明，提示新型载药系统可以有效提高蛋白多肽药物的吸收。但总体上成功案例很少，还处于研发与探索阶段。1.2皮下给药的淋巴转运1958年Malek等首次发现外源性大分子物质可以通过淋巴转运，之后抗体等的淋巴转运也开展了相关研究。研究发现，皮下注射给药时，大分子药物可以通过组织间液的对流运输进入淋巴循环，继而随淋巴管中淋巴液的单向流动运输至静脉系统进入血液循环。皮下给药后药物的吸收过程会受到相对分子质量、分子载电荷量以及给药体积与给药部位等许多因素的影响。生理因素如年龄、体质量也会对同一药物的生物利用度产生影响，导致出现较大的差异。一项在绵羊体内开展的实验显示，皮下注射给药后，不同相对分子质量的药物（5-氟-2'-脱氧尿苷为246.2，菊粉为5200，细胞色素C为12300，IFN-α为19000）在绵羊淋巴液中的累积回收率与相对分子质量之间呈现正相关性。提示，相对分子质量小于1000的药物，其大部分被吸收后进入血液循环，此时淋巴转运在药物吸收过程中的作用暂可忽略不计。相对分子质量为19000时，约60%的药物被吸收进入淋巴系统。这也意味着淋巴转运在常见的蛋白多肽药物（相对分子质量为1500~70000）和核酸类药物（相对分子质量为6000~18000）皮下给药吸收过程中起重要作用。推测对于相对分子质量一般为150000的mAb，皮下给药时几乎都是经过淋巴系统摄取。正常生理情况下，淋巴流量和流动速度均不大。人在禁食安静状态下，每分钟约产生1.0~1.5mL淋巴液。这使得皮下注射给药需要很长一段时间才能被吸收，如mAb通常需6~8d达到峰浓度。故推测淋巴转运的贡献率会对药物的达峰时间产生影响，这也是生物大分子药物皮下注射给药后达峰时间存在差异性的原因。同时有研究指出，由于在皮下给药部位以及转运至淋巴系统的过程中存在降解，故生物大分子药物皮下注射给药后吸收越快，其生物利用度可能越高。2生物大分子药物的体内分布和消除2.1蛋白和多肽药物蛋白和多肽药物因相对分子质量大、亲水性强，导致其在血管外室分布较低，静脉注射给药后大多符合二房室模型特征。和小分子药物不同，蛋白和多肽药物存在受体介导的靶器官特异性摄取，会影响其在体内的分布。蛋白和多肽药物在体内不会经历传统小分子化合物的药物代谢反应，其主要是在蛋白水解酶的作用下发生水解反应被降解，产生的氨基酸进入内源性的氨基酸库，被重新运用。2.2单克隆抗体药物通过分子生物学手段可得到由单一B细胞克隆产生的高度均一抗体，称为mAb。20世纪90年代末，自首个嵌合mAb获批后，治疗性mAb在自身免疫性疾病和肿瘤治疗方面获得了突飞猛进的发展。mAb药物的发展先后经历了鼠源mAb，嵌合mAb，人源化mAb和完全人源化mAb4个阶段。目前已获批的mAb药物均属于人免疫球蛋白IgG家族，其与内源性人免疫球蛋白IgG有相似的结构和相近的相对分子质量（150000）。2.2.1分布mAb极大的相对分子质量和亲水性使其体内分布呈现2个特征。一是mAb在体内分布多呈现二房室模型，中央室表观分布容积（＜15.7L）均比较低，mAb药物主要分布于血浆，其次是间质液和淋巴液。虽然血浆和间质液之间存在对流运动，但正常组织中血浆蛋白和mAb药物的净流动是从血管中流出并进入间质液。一旦mAb药物进入间质液，就可以与细胞膜上的靶标结合，通过胞吞进入细胞。同时，由于淋巴管的直径远大于血管上皮细胞间隙，不与间质中靶标结合的药物可通过淋巴系统再循环至静脉系统。二是给药后mAb药物在不同组织的分布出现差异性。主要的原因有3个方面：1）不同组织毛细血管的孔径和血液灌注存在差异性。如脑组织是药物最难分布的器官，mAb药物在肾脏分布最多，其次是肝脏、脾脏，脑中分布最少。2）mAb存在自身靶向性，不同组织靶点的表达水平会影响其在体内的组织分布。3）mAb药物相对分子质量的大小、携带的电荷量等对通过毛细血管时的孔径压力造成影响。2.2.2消除mAb药物在体内的清除率（0.066~1.33L·d-1）很低，半衰期为数小时或数天，差异较大。mAb药物具体的消除机制尚不清楚，目前讨论的消除途径主要存在3种：1）传统的蛋白酶水解。mAb药物因相对分子质量较大不会在肾脏直接滤过，可在蛋白酶的作用下降解为肽段，被机体重新利用。这种水解是非特异性的，在mAb药物的消除中贡献率也比较低。2）溶酶体水解。mAb药物可以与细胞表面膜结合型抗原结合或与细胞表面Fcγ受体结合后内吞至细胞内，也可以非特异性吞饮的方式进入细胞，然后被细胞内的溶酶体降解成肽段和氨基酸。3）免疫系统清除。机体除了存在膜结合型抗原外，还存在可溶性抗原。可溶性抗原可以与单抗结合形成免疫复合物，继而被免疫系统清除。同时mAb药物可能在体内引起免疫反应而产生抗药物抗体，mAb药物与之结合后随即被免疫系统清除。2.3ADC药物ADC是一类抗体与小分子药物通过连接物相连接的新型药物。该类药物可以在保持mAb高度靶向性的同时，引入小分子药物的强细胞毒性。然而实际研发过程中困难重重，目前仅有2种ADC药物获批用于临床，分别是用于人表皮生长因子受体2（HER2）阳性转移性乳腺癌的曲妥珠单抗（Kadcyla）和治疗晚期霍奇金淋巴瘤的本妥昔单抗（Adcetris），其抗体的药代动力学特征见表2。一个理想的ADC药物应具有的特征有：mAb药物应选择性高、亲和力强、人源化、免疫原性低、清除率较慢；连接物应在循环中保持稳定，可在肿瘤细胞内部释放活性药物，具有合适的结合位点；小分子药物应具有较强的细胞毒性，在生理pH条件下保持稳定，具有合适的药物代谢和转运行为，具有较好的DAR；抗原应具有肿瘤特异性，表达在细胞表面，可与抗体形成复合物并将其胞吞进入细胞。与mAb药物相比，ADC药物具有相似的药动学特征：清除率低、半衰期长、组织分布有限。但也存在不同点：1）ADC药物通常是不同偶联方式的化合物组成的相对分子质量不同的混合物，这给测定带来了难度。2）ADC药物由抗体、连接物和小分子药物3部分组成。这3个部分在体内的分布、消除等需要分别进行研究，也就需要建立准确测定这3种不同的组分及可能代谢物的分析方法。3）ADC药物在体内常通过去偶联作用分别形成mAb药物和小分子物质，二者分别进一步的水解或代谢；也可能直接降解或分解代谢为含片段的小分子药物，发生和传统小分子化合物相似的代谢和转运等体内处置行为。由于mAb药物不发生CYP450酶系介导的代谢以及转运体介导的转运，也就不存在和小分子药物发生药物相互作用的可能，而ADC药物则有可能发生药物相互作用。4）对于ADC药物而言，在DAR小于4时，共轭和未共轭抗体之间的组织分布无显着差异；然而当DAR大于4时，疏水性增加，共轭会加速血浆清除，并且在肝脏中有蓄积的趋势。5）理想状态下，连接物应在肿瘤细胞内释放小分子化合物。但ADC药物可以通过胞饮作用进入正常细胞，导致非靶细胞内产生不需要的药物释放，可能导致毒性。2.4核酸药物寡核苷酸是一类20个左右碱基的短链核苷酸的总称（包括脱氧核糖核酸DNA或核糖核酸RNA内的核苷酸）。寡核苷酸是生物医学和生命科学研究中调节基因表达的基本工具，现在已被开发为基因靶向治疗药物，用于治疗病毒感染、肿瘤和遗传病。寡核苷酸药物主要包括反义寡核苷酸、小干扰RNA（smallinterferingRNA，siRNA）、核酸适配体、核酸疫苗等。2.4.1分布静脉注射给药后寡核苷酸快速分布到组织，游离的寡核苷酸主要是被肝脏和肾脏摄取，然后缓慢地消除（可能数周），在体内通常呈现多房室模型特征，缓慢消除阶段的AUC通常约占总AUC的20%。临床前研究数据显示，寡核苷酸的体内过程常表现出非线性药动学的特征。由于静脉注射给药后寡核苷酸快速分布到组织，血浆暴露量远低于组织，使得血浆中的非线性特点不太明显，而个别组织中的非线性特征更为明显。例如经三氨基N-乙酰基半乳糖胺修饰的反义寡核苷酸（ISIS691257）在猴体内的药代动力学研究表明，皮下注射给药后，ISIS691257迅速吸收达峰后浓度快速衰减并进入缓慢的消除阶段（消除半衰期约4周），在1~40mg·kg-1剂量范围内血浆和肝脏的处置过程呈现出非线性特征。寡核苷酸如反义核苷酸和siRNA在肝脏和肾脏分布浓度均较高，但在其他组织如心脏、胰岛、中枢神经系统的分布有限甚至无分布。有研究人员将小分子甲状腺激素T3和反义核苷酸结合，促进了T3在肝脏和脂肪组织的摄取，这既保持了寡核苷酸积极的代谢作用，同时也最大限度地减少了对脑、心脏和肌肉的副作用。另一方面，寡核苷酸的组织分布具有异质性。在肝脏中，与肝细胞和非实质肝细胞相比，胆管上皮细胞中反义核苷酸的摄取量较低。寡核苷酸高剂量时，肝细胞中其总浓度与非实质细胞中的浓度相似，但低剂量时非实质细胞中的总浓度通常更高。在肾脏中，寡核苷酸主要分布到皮质，而肾小球和髓质小管的摄取量较低。天然的寡核苷酸血浆蛋白结合率一般较低，主要经全身代谢或肾脏排泄。经硫代修饰的反义核苷酸与血浆蛋白广泛结合（一般血浆蛋白结合率高于85％），其中与白蛋白的结合占主要部分，其次是与α-巨球蛋白，与α1-酸性糖蛋白的结合可忽略不计。一项关于硫代磷酸寡核苷酸（ISIS2302）血浆蛋白结合率的研究表明，ISIS2302在不同种属小鼠、大鼠、猴、人体中表现出了极高的血浆蛋白结合率（97%），其中小鼠的血浆蛋白结合程度相对其他种属较低。2.4.2消除寡核苷酸的体内消除过程比较简单，主要由核酸外切酶和内切酶水解成片段化的寡聚体和单核苷酸。虽然核酸酶在体内无处不在，但在不同组织其表达可能有差别。如一个命名为HBV263的双链siRNA体外代谢研究显示，其在血清和肝微粒体中存在不同的代谢模式：在大鼠和人血清中，双链的反义链优先降解，而在大鼠和人肝微粒体中，双链的有义链稳定性较差。提示，血清和肝微粒体可能存在不同类型的核酸酶，且其底物特异性可能不同。未经修饰的寡核苷酸半衰期很短，只有几秒或几分钟，但经修饰后随着核酸酶抗性的增加及血浆蛋白结合率的增加，其半衰期可增至数周或数月。组织中寡核苷酸的血药浓度是血浆中的上百倍甚至上千倍。故建议开展临床代谢研究时同时搜集血浆和尿液样品进行分析，血浆中的代谢产物多为母体以及从末端消除一个或几个核苷酸形成的代谢产物，尿液中的代谢产物多为较小的可以通过肾脏有效过滤的寡核苷酸片段。2.4.3其他2.4.3.1共轭寡核苷酸和ADC药物相似，现已开发出共轭寡核苷酸药物以改善细胞摄取并增加寡核苷酸活性。共轭寡核苷酸药物由3部分组成，即摄取增强部分、链接部分和寡核苷酸。增强剂一般是亲脂性天然内源性化合物，例如胆固醇和脂肪酸，几乎无安全问题。Inclisiran是一种经过修饰的新型siRNA共轭结合物，用于降低低密度脂蛋白胆固醇（LDL-C）。一项Ⅰ期临床研究表明，单次或多次注射inclisiran后，LDL-C水平可显著降低6个月。2.4.3.2生物分析方法传统的杂交技术不能实现原药和代谢产物的同时测定，因为代谢物也可与序列特异性分析探针杂交。液相色谱-串联质谱联用仪（LC-MS/MS）技术能够分离组分并提供每种化合物分子质量的数据。但LC-MS/MS存在几个问题：一是寡聚核苷酸富含阴离子，易与蛋白质强烈结合，常规的样品处理方法提取回收率过低；二是基于寡核苷酸理化性质的特殊性，流动相一般比较复杂；三是寡核苷酸和代谢物的浓度通常在组织中比在血浆中高得多。由于分析灵敏度不足，消除阶段的血浆浓度-时间曲线可能不能表征寡核苷酸药物在体内的真实过程。这些问题都需要在寡核苷酸药代动力学研究过程中引起注意。３结语近年来生物大分子药物得到迅猛发展，尤其是结构上的保守性使其在动物体内的研究可以很好地为人体研究提供参考，从而大大地缩短了研发周期。但与传统小分子药物相比，生物大分子药物具有相对分子质量大、不易透过生物膜、给药剂量低、易在体内降解等特点，使其在生物体内的处置过程也不同于小分子药物：皮下给药后淋巴转运在生物大分子吸收过程中发挥了重要作用；体内主要由蛋白酶和核酸酶介导发生降解，产生的多肽或核酸片段重新被吸收利用，极少部分经肾排泄；常出现非线性药代动力学特征等。同时不同类别的生物大分子药物作用机制各有差异而药代动力学行为也显示出了不同的特点，这对生物大分子药物人体药代动力学预测，生物大分子创新药物药代动力学研究和生物类似药物的药动学评价提出了更多的挑战。生物大分子研发趋势近期，美国FDA颁布了“生物类似药行动计划”，以加速其研发和市场化。这个行动计划包括成立专门的机构（OfficeofTherapeuticBiologicsandBiosimilars），提供专门的审评模板以及为生物类似药开发机构提供详细的指导，例如如何判断相似性的统计学工具等。该行动计划提出的背景是美国政府的医疗控费，其目的是加速生物类似药/可替换产品的开发以及限制原研厂商对生物类似药的阻碍。美国的生物类似药开发本来就落后于欧盟。据FDA的官员透露，美国获批上市的11个生物类似药只有3个真正得以销售，这11个产品都销售的话，2017年就可以节省45亿美元医疗费用。和美国相比，欧盟自2006年起，一共批准了37个生物类似药，但是市场进入并没有预期快。2006年批准的生长激素，到现在为止，也只是占据了不到30%的市场，而2013年获批的类克（Remicade），降价2/3，才在北欧四国获得推广。在中国，生物类似药指南在2015年颁布，目前还没有生物类似药上市。相比于小分子化药仿制药的适应证外延和可替换性而言，生物大分子药物由于其结构复杂性，生物类似药的开发对于开发者和监管机构都是相当大的困难和挑战。此外，大分子药物由于生产工艺和质控复杂、前期厂房投入大、临床费用高等原因，销售价格不会像化药仿制药那么低，在市场推广方面需要商业模式的创新。在市场推广时，难免会遭遇原研药和原研药改良的阻击，Herceptin和Rituxan的类似药很快会面临罗氏产品降价和新获批的皮下给药剂型竞争。生物类似药开发不容易，改良创新生物药更难，原创生物药成功机会更是寥寥。国内的制药公司和新兴的生物技术公司在立项之时，有必要进行综合的判断和评估。在生物类似药方面，前几年已经明显出现了几个热门单抗品种的扎堆开发现象。但是有一些蛋白类药物和后续的单抗品种只有很少的公司开发或者没有人开发。生物类似药的开发也需要前瞻性，需要提前收集不同批次、不同产地的原研药进行结构功能的研究，对工艺流程和成本有充分的理解，也需要对市场进行调查和分析，甚至需要进行全球的布局。改良创新生物药，对于蛋白质药物而言，是指提高活性、半衰期和稳定性等的新一代药物。对于抗体类药物和CAR-T等，其实是一个伪命题。这类药物，除了做临床的头对头研究，很难说是更好还是更坏。再谈一下生物大分子新药。首先生物大分子涵盖了蛋白、抗体、疫苗、细胞治疗、核酸药物、基因治疗等等。由于单抗热和CAR-T热，业界往往会误解生物药物就这么两类。这个误解导致药企扎堆研究针对程序性死亡蛋白-1（PD-1）及其配体（PD-L1）、CD47等靶点的抗体，以及重复投入研究针对CD19和B细胞成熟抗原（BCMA）的CAR-T。在验证的新靶点匮乏的情况下，大分子创新药可以从这几个方面考虑：1）交叉学科的新技术开发，比如人工智能和材料科学；2）扩大大分子药物的应用空间，比如打破血-脑脊液屏障；3）蛋白质深度工程化，增加成药性；4）蛋白质和基因治疗、基因编辑的结合；5）新组合和多功能大分子药物。如此种种，受限于个人经验，不一而足。新药开发的将来一定是技术不分新旧，分子不分大小，以解决满足医疗需求为主，以解决可及性为重，以全球竞争力为目标。在我国，生物类似药的成功与否还取决于3个关键数据：一是临床开发的成本，二是最终定价相比于原研药的折扣有多少，三是生产成本。当然由于生物药的复杂性，质量控制至关重要。此外，作者提出小企业着重研发改良型新药，而大中型企业在生物类似药方面更为专注。做出差异化、有创新、满足患者需求的专利新药，参与全球竞争，是研发型生物技术公司的出路；而生物类似药最终是生产规模、成本控制、品牌和销售模式的竞争，这一领域大型药企更有竞争力。最后值得一提的是，韩国和印度的生物类似药公司通过和Hospira/Pfizer、Biogen等公司合作，进入国际主流，这个经验值得借鉴；而在新药开发方面，日本药企的成功经验值得学习。《江苏省生物药研发与注册现状分析》一文结合几类生物大分子药物，对江苏省近年的大分子药物申报情况作了概述分析。江苏省这几年在生物制药方面的进步是有目共睹的。PD-1、甲状旁腺激素（PTH）、凝血酶（thrombin）、凝血因子Ⅷ（FVIII）等大分子新药以及几款CAR-T产品进入临床开发以及申报上市值得肯定。此外，文中提出的热门靶点扎堆研发的现象值得警惕。作为医药行业的领先省份，我们一定要避免“类似药不像、新药不新”的尴尬现象发生。展望生物大分子药物在国际上也只有几十年的历史，而且我们对于蛋白、基因和细胞的了解还停留在相对初级的阶段。由于新技术、新概念的出现和广泛使用，我们很有可能在生物技术药物方面赶上国际领先水平。在现阶段，借助生物类似药的契机把生物制造做精、做大、做强，引入连续生产、工艺控制等新技术；同时在改良蛋白质/抗体药物方面，结合中国结构生物学的领先优势，取得局部突破；最后力争5~10年在首创新药（first-in-class）方面能够有所成就。随着原研药专利集中有过保护期，大分子生物类似药，也就是生物药的仿制药将迎来大发展，但仿制生物药比仿制化药难度高一万倍，即便专利过了一般也仿不了，但从国内药企的研发现状看，这个壁垒正在击破，未来投西药就看生物类似药，其他都不是最佳赛道。大分子药物的开发目前还是非常局限，主要是代谢性疾病、免疫疾病为主。生物药物就短期来看还是不可能超越化学药物。大分子药物靶向性好，安全性更好。大分子的却是仿制药比原研药还难，因为要做到跟原研药一致非常难，大分子药物穿透性能差，药物半衰期都很短，生物稳定性差，特别是细胞培养过程很难控制，这些特点导致生物药物保存困难，使用不方便（目前只有静脉注射和肌肉注射）。小分子药物半衰期很长，药物稳定性好，给药途径多样化，方便，穿透性好，目前大部分病还是需要小分子。高考生物“非选择题”的类型及解题策略“非选择题”是高中生物教学中的常见题型，是高考卷中的主要试题形式之一。通过对“非选择题”的解答可全面考查学生对基础知识的掌握情况、知识迁移能力、概括表述能力和综合运用能力。长期以来，同学们对非选择题的的认识和作答存在着或多或少的这样或那样的误区，在非选择题的答题技巧和规范性方面还有着许多的迷惘，这个问题不解决必将导致答题的准确性、科学性、完整性、条理性、逻辑性等方面出现瑕疵，影响答题效果和得分率。“非选择题”，有何类型、特征？如何科学地解答“非选择题”？本文就此谈谈一些认识和做法，望能对教学有所帮助。依据“非选择题”的答题结果可将之划分为：文字表述类、图表建构类、计算类，以及此三类彼此间的综合类型。“非选择题”呈现形式和答题结果的多样性体现了高中生物《考试大纲》中提出的“能应用学过的知识和专业术语，能用图表等多种表达形式准确地描述生物学现象和实验结果”的能力要求。对生物学“非选择题”的解答，在策略上除了要遵循解题的共性思维要求外（如：仔细审题，提取信息、找准已知和未知等），还应针对生物学“非选择题”答题的特殊要求采取相应的对策。下面着重就前三类分别加以阐述。1“文字表述类”非选择题1.1“文字表述类”非选择题的几种类型“文字表述类”非选择题的常见形式有二种，即：材料综合型、实验（设计）型。1.1.1“材料综合型”非选择题此类非选择题是依据题干描述或所给材料，通过对文字、图表等信息进行提取、分析综合来解答问题的。其常体现出对知识的记忆、理解和运用三个层面的考查，是高考中非选择题的主要形式之一，其答案要求有填空（包括填图和填表）和简答二种。例1.[09全国卷Ⅰ·第31题]（10分）桃果实成熟后，如果软化快，耐贮运性就会差。下图表示常温下A、B两个品种桃果实成熟后硬度等变化的试验结果。据图回答：（1）该实验结果显示桃果实成熟后硬度降低，其硬度降低与细胞壁中的________降解由关，该物质的降解与_________的活性变化有关：也与细胞壁中的__________降解有关，该物质的降解与__________的活性变化有关。（2）A、B品种中耐贮运的品种是__________。（3）依据该实验结果推测，桃果实采摘后减缓变软的保存办法应该是_________，因为____________________。（4）采摘后若要促使果实提前成熟，科选用的方法由___________和__________________。（5）一般来说，果实成熟过程中还伴随着绿色变浅，其原因是____________。答案：（1）纤维素纤维素酶果胶质果胶酶（2）A（3）适当降低温度低温可降低有关酶的活性，延缓果实软化（4）用乙烯进行处理适当提高贮存温度（5）叶绿素含量低1.1.2“实验设计型”非选择题此类非选择题是高考题型的最高形式，文字表述既有科学性，同时又有一定程度的开放性，它是近年及今后相当长一段时间内高考中的非选择题的另一主要形式。通过对实验的设计、问题表述，能够全面考查学生对相关知识的理解、迁移和综合运用能力，以及组织语言答题的能力。对“实验设计型”试题的解答，首先体现在对实验目的、原理、材料用具、方法步骤、结论等（此点本文暂不作探讨）的掌握情况方面；其次才是对答题时的“文字表述”方面。故此类题往往具有一定的难度，常是试卷的压轴题。例2.[2009广东卷·第36题]（8分）小王发现黑暗中生长的大豆幼苗比阳光下生长的大豆幼苗高得多。请设计一个实验方案，探究不同光照强度对大豆植株高度的影响，并预测实验结果。实验材料和用具：大豆种子（200粒）、光照培养箱（光照强度范围0—10000Lux，温度、湿度等均可自行设定）、培养皿、直尺等。（1）实验方案：（2）实验结果测试：答案：实验方案：1实验材料：选出180粒大小一致的种子，分成六祖，每组30粒，在培养皿中培养。2培养条件光照强度0、2000、4000、6000、8000、10000Lux温度25度，培养一周3测定指标用直尺测量植株高度，计算每组的平均值。注：要求至少分为三组（三个处理），每组有一定的种子数量，光照强度必须有0Lux（黑暗）实验结果测试：随光照强度增加，植株高度下降。解析：本题考查根据自然现象设计实验方案及预测实验结果的能力。在设计实验过程中，注意遵循对照原则，单一变量原则，平行重复原则等科学原则，所以至少分三组，且有黑暗作为对照，每组必须有一定的种子数量，且数量相等。预测实验结果要根据题中所给的自然现象，即黑暗中生长的大豆幼苗比阳光下生长的大豆幼苗高得多，即可得出正确答案。1.2“文字表述类”非选择题的解题策略1.2.1力求答题用语的专业化用本学科的专业述语、概念、原理、结论、模型等表述问题是各学科答题的基本要求，是一种技巧和原则，生物学试卷的简答题理应如此。1.2.2确保表达形式与题干形式的一致性如：“能够与‘腺嘌呤’互补配对的碱基为_____________。”在解答此题时，由于题干中‘腺嘌呤’是文字，故答案应为“胸腺嘧啶或尿嘧啶”，一般不要答成“T或U”，这样就保证了答案与题干表述的一致性。1.2.3注意语言表述的科学性、逻辑性、完整性和条理性保证答案的科学性是答题准确性的最重要要求，没有科学性的答案其毫无正确性可言。在科学性的基础上坚持答题的逻辑性、完整性和条理性，最终就会使答题结果有获得高分的最大可能。如：有丝分裂后期的主要特征在“科学性、逻辑性、完整性和条理性”方面应遵循“①着丝点分裂→②姐妹染色单体分离，形成染色体→③纺锤丝（或星射线）牵引分离的染色体分别移向两极”的顺序。而许多同学在答题时常答成“姐妹染色单体分裂，形成染色体→②着丝点分离→③纺锤丝（或星射线）牵引分离的染色体分别移向两极”。其错误表现在：①将“分离”和“分裂”的主体未搞清楚，即犯了科学性错误，②答题的逻辑性，条理性混乱。此外，对于依据表格、图解或曲线来解答的文字表述题，有些问题还应注意根据“表格、图解或曲线”的特点进行分层（即对统计表、曲线进行分段）表述，不能太笼统。例3.[2009安徽卷·第30题]（18分）Ⅰ．(10分)离体神经纤维某一部位受到适当刺激时，受刺激部位细胞膜两侧会出现暂时性的电位变化，产生神经冲动。图示该部位受刺激前后，膜两侧电位差的变化。请回答：（1）图中a线段表示电位；b点膜两侧的电位差为，此时Na+（内、外）流。（2）神经冲动在离体神经纤维上以局部电流的方式双向传导，但在动物体内，神经冲动的传导方向是单向的，总是由胞体传向。（3）神经冲动在突触的传递受很多药物的影响。某药物能阻断突触传递，如果它对神经递质的合成、释放和降解（或再摄取）等都没有影响，那么导致神经冲动不能传递的原因可能是该药物影响了神经递质与的结合。Ⅱ．（8分）在人体体温的神经—体液调节中，下丘脑是，调节产热活动最重要的激素是。人在寒冷的环境下会出现寒战，这是机体通过增加产热，有利于维持体温恒定；剧烈运动后，机体降低体温的机制主要是通过汗液的蒸发和增加散热。答案：Ⅰ.（1）静息0mv内（2）轴突末梢（3）突触后膜上的特异性受体Ⅱ.体温调节中枢甲状腺激素骨骼肌收缩皮肤毛细管舒张解析：本题考查神经调节和体液调节的相关知识。Ⅰ.（1）从图可以看出a线段表示未受刺激时的静息电位；b点膜两侧的电位差为0mV，静息电位是由Na+内流形成的。（2）在动物体内，神经冲动的传导方向总是由胞体传向轴突末梢，是单向的。（3）如果某药物对神经递质的合成、释放和降解（或再摄取）等都没有影响，那么导致神经冲动不能传递的原因可能是该药物影响了神经递质与特异性受体的结合。Ⅱ.在人体体温的神经—体液调节中，下丘脑是体温调节中枢，调节产热活动最重要的激素是甲状腺激素（促进有机物的氧化分解）。人在寒冷的环境下会出现寒战，这是机体通过骨骼肌收缩增加产热，有利于维持体温恒定；剧烈运动后，机体降低体温的机制主要是通过汗液的蒸发和皮肤毛细血管舒张来增加散热。1.2.4保持细心、减少笔误细心少误是保证答题准确性的最基本的素质要求，是获得高分的基本保障。在高中生物的学习中易出现答题笔误的词很多，如：将“液泡”写成“液胞”，将“孢子”写成“胞子”，将“光合作用”写成“光和作用”，将“能量流动”写成“能量循环”等等。为此，在平时的学习和练习时应特别予以重视。2“图表建构类”非选择题2.1“图表建构类”非选择题的类型依据此类“非选择题”的答题要求可将之分为以下四种形式——形态结构图、坐标图、流程图和统计表。2.1.1“形态结构图类”非选择题例4.[2004上海卷·第39·⑵题]洋葱是生物学实验的常用材料之一，下图是经一段时间培养后的洋葱示意图，请回答下列问题：⑵若要验证植物细胞吸水原理，则最好的取材部位是，请在上侧空白处画出你在显微镜下观察到的细胞失水后的状态（画一个细胞）答案：2.1.2“坐标图类”非选择题“坐标图”是物质间量变规律的重要表达形式，其主要特征是：体现两个生物学现象间的量变（或逻辑）函数关系。纵观多年的高考题，“坐标图”的建构主要体现在二个层面，其一“坐标曲线图”，其二“柱（条）形坐标图”，其中前者比较常见。能否正确建构坐标图，反映着学生的知识迁移能力和“文图”互动能力的高低。高中生物知识中，能够建立这种函数关系的知识点很多，如：“细胞分裂各期的DNA、染色体、染色单体与分裂时期间”，“新陈代谢中的光合作用、呼吸作用的反应物与生成物间”，“酶的活性与温度、PH值间”等等。例5.[2005全国理综卷·III第30·⑵题]（2）拟谷盗是危害粮食的一类昆虫，现将甲、乙两种拟谷盗等量混养在不同环境条件下的同种面粉中。培养一段时间后，分别统计两种拟谷盗种群的数量（以两种拟谷盗数量总和为100％），结果如下表：环境条件甲拟谷盗乙拟谷盗湿热1000干热1090湿温8614干温1387湿冷3169干冷0100①根据上表数据，在下面提供的坐标中绘制湿冷、干温条件下拟谷盗数量百分比的柱形图。答案：如下右图例6.[2009海南卷·第7·题]正常人若一次饮完1000ml清水后。立即测量尿流量。下列能正确从输尿管流出的尿流量随时间变化趋势的曲线是答案：A2.1.3“流程图类”非选择题“流程图”反映了事物的动态变化规律。在高中生物知识中，“流程图”的存在具有普遍性，如：物质代谢过程、物质循环、能量流动、细胞分裂过程、神经调节和体液调节过程等都可以用“流程图”来表示。“流程图”的典型特征是图中有“→”号、逻辑性强，是“文图”的综合（即亦文亦图）。例7.[2005广东卷·第33·⑴题]用含有35S标记氨基酸的培养基培养动物细胞，该细胞能合成并分泌一种含35S蛋白质。⑴请写出35S在细胞各结构间移动的先后顺序(用“→”表示先后顺序)。答案：核糖体→内质网→高尔基体→小泡→细胞膜（→胞外）2.1.4“统计表类”非选择题“统计表”反映了自变量与因变量间的因果关系，其形象直观、泾渭分明。例8.I.[2009山东卷·第27·（2）题]（18分）人类遗传病发病率逐年增高，相关遗传学研究备受关注。根据以下信息回答问题：（1）上图为两种遗传病系谱图，甲病基因用A、a表示，乙病基因用B、b表示，Ⅱ-4无致病基因。甲病的遗传方式为____________，乙病的遗传方式为____________。Ⅱ-2的基因型为____________，Ⅲ-1的基因型为____________，如果Ⅲ-2与Ⅲ-3婚配，生出正常孩子的概率为____________。（2）人类的F基因前段存在CGG重复序列。科学家对CGG重复次数、F基因表达和某遗传病症状表现三者之间的关系进行调查研究，统计结果如下：CGG重复次数（n）n<50n≈150n≈260n≈500F基因的mRNA（分子数/细胞）50505050F基因编码的蛋白质（分子数/细胞）10004001200症状表现无症状轻度中度重度此项研究的结论_______________________________________________________________。推测：CGG重复次数可能影响mRNA与____________的结合。（3）小鼠常被用作研究人类遗传病的模式动物。请填充观察小鼠细胞减少分裂的实验步骤：供选材料及试剂：小鼠的肾脏、睾丸、肝脏，苏丹Ⅲ染液、醋酸洋红染液、詹纳斯绿B（健那绿）染液，解离固定液。取材：用____________作实验材料制片：①取少量组织低渗处理后，放在____________溶液中，一定时间后轻轻漂洗。②将漂洗后的组织放在载玻片上，滴加适量____________。③一定时间后加盖玻片，____________。观察：①用显微镜观察时，发现几种不同特征的分裂中期细胞。若它们正常分裂，产生的子细胞是__________________。②右图是观察到的同源染色体进入（A1和A2）的配对情况若A1正常，A2发生的改变可能是________________________。答案：（1）常染色体上的显性遗传病伴X隐性遗传病AaXbYaaXBXb7/32（2）CGG重复次数不影响F基因的转录，但影响翻译（蛋白质的合成），并与该遗传病是否发病及症状表现（发病程度）有关核糖体（3）（小鼠）睾丸解离固定液醋酸洋红染液压片次级精母细胞，精细胞，精原细胞缺失例8.II.[2002上海卷·第43·⑷题]某生物学兴趣小组开展“不同浓度香烟浸出液对水蚤的影响”的课题研究。他们已将香烟和蒸馏水按照1︰1的重量比浸泡24小时，过滤后的滤液作为原液。如果你是其中一员，请回答：⑴～⑶（略）⑷设计一张表格用于在实验时记录数据。答案：（注：本小题表格的建构是建立在⑴～⑶题的基础上的，其答案略）不同浓度的烟草浸出液每分钟心跳次数第一次测量第二次测量第三次测量平均值浓度1浓度2浓度3蒸馏水（对照）2.2“图表建构类”非选择题的解题策略对于“图表建构类”非选择题的解答，首先应注意“文→图表”、“图→表”、“表→图”间有关信息的阅读、提取和转换，其次应针对不同的题型采取相应的策略。具体如下——2.1.1“形态结构图”解题策略首先，应遵循画生物图的要求和方法，搞清与画美术图的区别，用铅笔画图，所画线条应保持清晰、流利，最好一笔绘成，对浓稠或阴影部分，须用稠密有度的细点来表示，切忌涂抹。其次，要符合“题问”的要求，保证所画图形的科学性、准确性和结构的完整性。即“图”的结构不能任意删加，各部分位置、比例、布局要合理、科学，如：动物细胞有丝分裂中期图一般画成圆形，标出中心体，图注指示线要用直尺画，注释一般要写在图的右侧等等。第三，要注意“静与动”的统一性、连续性、差异性和顺序性，如：细胞有丝分裂过程中各期的图形就既有连续性、顺序性又存在着差异性。2.2.2“坐标