應(yīng)用新材料 編制超長(zhǎng)母題
——以“基因的表達(dá)”專題復(fù)習(xí)為例

江蘇 章 青

在高三復(fù)習(xí)階段要圍繞《考試說明》中的要求復(fù)習(xí)相關(guān)知識(shí)點(diǎn)，在一輪復(fù)習(xí)中掌握課本基礎(chǔ)知識(shí)之后，二輪復(fù)習(xí)重在培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用知識(shí)的能力，如何將學(xué)到的知識(shí)應(yīng)用到新情景中，這是教師應(yīng)該重點(diǎn)關(guān)注的，新情景的選擇可以來自科學(xué)史、重大科研進(jìn)展、生物科學(xué)論文、國外教材、高校教材的相關(guān)內(nèi)容等。在基因的表達(dá)專題復(fù)習(xí)過程中，筆者選擇對(duì)高校與國外教材中的相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行加工，根據(jù)情景材料提出與本專題相關(guān)的多個(gè)問題，編制了超長(zhǎng)題，這里的“超長(zhǎng)題”是指問題多，問題是圍繞本專題的知識(shí)提出的，一般要兼顧基礎(chǔ)與提升，下面結(jié)合兩個(gè)案例來說明。

1.高校教材在命題中的應(yīng)用

大腸桿菌可以利用葡萄糖、乳糖、麥芽糖、阿拉伯糖等作為碳源進(jìn)行生長(zhǎng)繁殖，當(dāng)培養(yǎng)基中含有葡萄糖和乳糖時(shí)，細(xì)菌優(yōu)先利用葡萄糖，當(dāng)葡萄糖耗盡，細(xì)菌暫時(shí)停止生長(zhǎng)，經(jīng)過短時(shí)間的適應(yīng)，細(xì)菌就能利用乳糖繼續(xù)呈指數(shù)式繁殖增長(zhǎng)。筆者通過查閱高校教材中相關(guān)內(nèi)容，作為情景材料，編制了超長(zhǎng)母題進(jìn)行專題復(fù)習(xí)。

1.1 超長(zhǎng)母題編制展示

如圖1表示大腸桿菌在沒有乳糖時(shí)，控制利用乳糖所需要相關(guān)酶的合成過程。圖中O、lac Z、lac Y、lac A四個(gè)基因頭尾相接，在操縱基因前有一個(gè)啟動(dòng)子，在翻譯時(shí)形成1個(gè)mRNA，當(dāng)核糖體沿此mRNA移動(dòng)時(shí)，核糖體不從mRNA上掉下來而是繼續(xù)沿mRNA移動(dòng)合成3種酶，請(qǐng)據(jù)圖回答下列問題：

圖1

（1）當(dāng)培養(yǎng)基中有葡萄糖時(shí)，調(diào)節(jié)基因通過_______過程形成mRNA，該過程的模板是_________________ ，需要的酶是______；然后以mRNA為模板合成阻遏蛋白的過程稱為_____，該過程的原料是___________ ，阻遏蛋白與___________ 基因結(jié)合，從而使與啟動(dòng)子結(jié)合的___________ 不能沿著DNA移動(dòng)，導(dǎo)致轉(zhuǎn)錄不能正常進(jìn)行，從而影響mRNA的合成，導(dǎo)致不能合成與半乳糖利用相關(guān)的酶。

（2）當(dāng)培養(yǎng)基中葡萄糖消耗完，只剩下乳糖的時(shí)候，乳糖與___________ 結(jié)合，使其結(jié)構(gòu)改變，而不能與操縱基因（O）結(jié)合，這樣與P基因結(jié)合的___________ ，能夠沿著DNA移動(dòng)，進(jìn)而通過___________ 合成3種與乳糖利用有關(guān)的酶。

（3）結(jié)合（1）（2）內(nèi)容可知，在沒有乳糖時(shí)不能合成相應(yīng)的酶，大腸桿菌的這種調(diào)節(jié)機(jī)制的意義是___________ 。

（4）轉(zhuǎn)錄時(shí)lac Z、lac Y、lac A三個(gè)基因的mRNA是連接在一起的，原因是lac Z、lac Y、lac A三個(gè)基因之間沒有________________________ 。

（5）結(jié)構(gòu)基因中由lac Z、lac Y、lac A三個(gè)基因轉(zhuǎn)錄形成的1個(gè)mRNA，在翻譯時(shí)可以合成3種不同的酶，原因是在mRNA的①②處都有_______________________ 。

（6）與真核細(xì)胞的細(xì)胞核基因相比，大腸桿菌中基因表達(dá)過程的特點(diǎn)是_______________________ 。

（7）半乳糖苷酶可以將乳糖分解為_______________________ 。

【答案】（1）轉(zhuǎn)錄 調(diào)節(jié)基因（R）的一條鏈RNA聚合酶 翻譯 氨基酸 操縱（O） RNA聚合酶

（2）阻遏蛋白 RNA聚合酶 轉(zhuǎn)錄與翻譯（基因的表達(dá)）

（3）可以減少物質(zhì)與能量的浪費(fèi)，是對(duì)環(huán)境的適應(yīng)

（4）終止子與啟動(dòng)子 （5）終止密碼子、起始密碼子

（6）轉(zhuǎn)錄與翻譯可以同時(shí)進(jìn)行 （7）半乳糖、葡萄糖

1.2 試題說明

本題復(fù)習(xí)了基因的表達(dá)專題的基礎(chǔ)知識(shí)，如轉(zhuǎn)錄與翻譯的條件、原料、產(chǎn)物等；啟動(dòng)子、終止子；起始密碼子、終止密碼子等。

本題打破了思維定式，一般的基因前面有啟動(dòng)子，最后有終止子，但這里是多個(gè)基因連接在一起，而基因之間沒有終止子與啟動(dòng)子；常見的是一個(gè)基因轉(zhuǎn)錄形成一個(gè)mRNA，合成一種肽鏈而本題是多個(gè)基因轉(zhuǎn)錄形成一個(gè)mRNA，但這一個(gè)mRNA能夠翻譯成三種蛋白質(zhì)，說明在三個(gè)基因形成的mRNA之間有終止密碼子與起始密碼子，這樣對(duì)學(xué)生的思維能力要求較高，可以培養(yǎng)學(xué)生在新情景下解決問題的能力。

本題讓學(xué)生理解單細(xì)胞生物生命調(diào)節(jié)的生理意義，從而了解生物與環(huán)境是相適應(yīng)的。這種調(diào)節(jié)機(jī)制可以讓大腸桿菌在培養(yǎng)基中有葡萄糖時(shí)利用葡萄糖，此時(shí)不能合成半乳糖苷酶，當(dāng)沒有葡萄糖只有乳糖時(shí)才啟動(dòng)半乳糖苷酶的合成，這樣既能適應(yīng)環(huán)境中營養(yǎng)物質(zhì)的變化，又不會(huì)造成物質(zhì)與能量的浪費(fèi)。

2.國外教材在命題中的應(yīng)用

真核細(xì)胞有核膜，其核基因的轉(zhuǎn)錄是在細(xì)胞核中進(jìn)行的，翻譯是在細(xì)胞質(zhì)中的核糖體上進(jìn)行的。而原核細(xì)胞沒有核膜，復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、翻譯可以同時(shí)進(jìn)行，筆者結(jié)合日本中學(xué)生物教材中的材料編制了如下母題。

2.1 超長(zhǎng)母題編制展示

如圖2是大腸桿菌中的基因表達(dá)過程，圖中字母A～E表示相關(guān)物質(zhì)或結(jié)構(gòu)，①～④分別代表相應(yīng)箭頭，請(qǐng)根據(jù)此圖回答下列問題：

圖2

（1）圖中E表示DNA，A表示的物質(zhì)是___________ ，該物質(zhì)參與的過程是___________ ，需要的原料是____________，產(chǎn)物C是___________ 。

（2）圖中結(jié)構(gòu)D是_________ ，完成的生理過程是_________ ，需要的原料是____________ ，產(chǎn)物B是____________ 。

（3）圖中轉(zhuǎn)錄進(jìn)行的方向是____________（填序號(hào)），翻譯時(shí)核糖體的移動(dòng)是方向是___________ （填序號(hào)）。

（4）從圖中可以看出基因表達(dá)的高效性表現(xiàn)為__________ ；_____；___________ 。（寫出3點(diǎn)）

（5）圖中DNA合成的多個(gè)mRNA堿基序列是否相同，________（填“是”或“否”），原因是________________________ 。

（6）圖中的不同核糖體合成的多肽鏈中氨基酸序列是否相同__________ （填“是”或“否”），原因是_______________________。

【答案】（1）RNA聚合酶 轉(zhuǎn)錄 核糖核苷酸 mRNA （2）核糖體 翻譯 氨基酸 多肽鏈 （3）① ④ （4）轉(zhuǎn)錄的同時(shí)進(jìn)行翻譯 一個(gè)基因可以同時(shí)轉(zhuǎn)錄形成多個(gè)mRNA 一個(gè)mRNA可以同時(shí)結(jié)合多個(gè)核糖體，合成多個(gè)多肽 （5）是 這些mRNA由同一個(gè)基因轉(zhuǎn)錄而來 （6）是 由于圖中翻譯形成多肽鏈的模板mRNA堿基序列相同

2.2 試題說明

本題從另一個(gè)角度來鞏固轉(zhuǎn)錄與翻譯的相關(guān)知識(shí)，首先，讓學(xué)生回顧了轉(zhuǎn)錄與翻譯的基礎(chǔ)知識(shí)；其次，在轉(zhuǎn)錄與翻譯的方向上進(jìn)行思考，轉(zhuǎn)錄的方向可以根據(jù)mRNA鏈的長(zhǎng)短來判斷，催化形成的mRNA鏈較長(zhǎng)的RNA聚合酶移動(dòng)在前方，據(jù)圖可知從左至右，mRNA的鏈越來越長(zhǎng)，所以轉(zhuǎn)錄的方向是從左至右。在判斷翻譯過程中核糖體的移動(dòng)方向時(shí)，可以根據(jù)肽鏈的長(zhǎng)短來分析，肽鏈隨著時(shí)間的延長(zhǎng)而越長(zhǎng)，因此核糖體的移動(dòng)方向是從上到下；最后，本題從相關(guān)序列上進(jìn)行分析，讓學(xué)生理解轉(zhuǎn)錄與翻譯過程中遺傳信息的傳遞方向。

總之，選擇新情景材料編制超長(zhǎng)母題進(jìn)行專題復(fù)習(xí)，可以讓學(xué)生避免機(jī)械重復(fù)導(dǎo)致的學(xué)習(xí)疲勞，還能夠提高學(xué)生在新情景中解決問題的能力。在編制試題時(shí)，試題的材料要有新穎性，并且在問題設(shè)置方面，既要有基礎(chǔ)知識(shí)，也要有綜合程度較高的問題，還要有創(chuàng)新性的問題，這樣使問題有一定的梯度，可以在復(fù)習(xí)過程中，使不同層次的學(xué)生都能得到發(fā)展。