例談利用科技論文命制生物技術實踐原創(chuàng)試題

史傳燕

（海安市曲塘中學 江蘇南通 226661）

分析近幾年江蘇高考試卷中生物技術實踐版塊的非選擇題，其中DNA粗提取、微生物的實驗室培養(yǎng)、細胞固定化這三個實驗是重點考查對象。例如，2016年江蘇卷第29題探索海藻酸鈉固定化對綠球藻的影響，2018年江蘇卷第31題從土壤樣品中分離利用工業(yè)廢甲醇的酵母菌等，都是基于真實的科研情景，考查學生的基本操作能力和對實驗結果的分析能力。因此選擇好的科技論文作為命題背景，能更好地考查學生對生物技術實踐版塊實驗的掌握情況。

1 論文的選取及論文的處理過程

1.1 以DNA粗提取相關論文為命題背景

【例1】科研人員通過觀察老年（65～79歲）14例、高齡（80～89歲）16例及長壽老人（≥90歲）12例，肝、脾組織基因組DNA的含量的變化及差異，探討衰老進程中DNA含量的變化規(guī)律，并為今后與衰老相關的研究提供實驗數據。實驗的主要操作步驟如下：

（1）稱取組織100 mg放入-80℃冰箱。

（2）將組織放入1.5 mL離心管中，同時加入樣品裂解液，并用微量電動勻漿器充分勻漿。

（3）加入蛋白酶，56℃消化48 h，90℃高溫蛋白質變性1 h。

（4）加入________酶和緩沖液，37℃水浴鍋中放置1 h，以去除樣品中的RNA。

（5）加入純乙醇溶液，離心取__________。

（6）緩沖液溶解DNA，進行DNA的含量和純度檢測。實驗結果見表1（表中OD260反映溶液中核酸的濃度，OD280反映溶液中蛋白質或氨基酸的濃度。理論上，純DNA溶液的OD260/OD280為1.8）。

表1 實驗結果

回答下列問題：

（1）推測第二步中樣品裂解液的的作用是

（2）補全實驗步驟：

（3）與肝組織相比從脾組織中提取的DNA中含有的____________雜質更多。因此，在提取脾組織中DNA時上述實驗流程可以怎樣改進？____________

（4）無論肝組織還是脾組織中高齡組DNA含量總比老年組少，說明DNA含量隨著年齡的增長_____________；但是長壽老人比高齡組的DNA含量顯著增高科學家推測可能長壽老人體內的長壽基因，以及__________因素保持了DNA__________，從而減少了DNA的損傷，延緩了細胞的衰老。

（5）本研究可能存在一些不足，請指出。

參考答案：

（1）瓦解組織細胞膜（2）RNA酶 沉淀物（3）RNA第四步中RNA酶的量加大，或者延長保溫時間

（4）逐漸減少 環(huán)境因素 修復能力

（5）年齡組別不是足夠多，每一組別的人數也不足夠多

論文的處理過程：

這道題目的背景來源于《醫(yī)解手術學雜志》2015年第4卷第2期《老年、高齡及長壽老人肝脾組織基因組DNA含量變化及比較》，筆者從論文中選取DNA提取的實驗步驟進行設問，讓學生對不同年齡段人的肝組織和脾組織中DNA的含量以及OD260/OD280的值進行實驗結果分析。試題（1）～（3）小問充分考查了提取DNA的操作步驟，去除DNA中不同雜質的方法；第（4）小問讓學生通過實驗結果得出相關結論；第（5）小問考查學生對實驗科學性和嚴謹性的認識。

1.2 以固定化酶相關論文為命題背景

【例2】苯氧基苯甲酸（3-PBA）是大多數擬除蟲菊酯類農藥降解的中間產物，毒性很大，科研人員研究了固定化3-PBA降解酶的固定條件，旨在為其工業(yè)應用提供參考。在本實驗條件下，1 min內使3-PBA減少1.0 nmol所需酶量為1個酶活力單位（U）。實驗結果如圖1、圖2所示。

（1）該實驗中海藻酸鈉的作用是___________________，科研人員根據圖1，最終選擇質量分數為2%的海藻酸鈉溶液，不選擇質量分數為0.5%的海藻酸鈉溶液的原因是_____________________________。海藻酸鈉濃度過高酶活力下降的原因是___________________________________________________。

（2）用注射器吸取酶液以恒定的速度滴加到__溶液中；根據圖2結果顯示固定化酶凝膠珠生物直徑與針頭型號成_______比；凝膠珠直徑過大酶活力下降的原因可能是______________。因此科研人員選擇12號針頭進行固定化。

（3）科研人員選擇質量分數為2%的海藻酸鈉溶液，12號針頭對酶液進行固定化制作固定化酶。以恒定的速度向反應體系中加入3-PBA，并以相同的速度收集反應液，測定反應液中3-PBA的殘留量，結果如圖3所示，當反應時間為_____min中左右固定化酶的活性最高，隨著時間的推移酶活性降低的原因可能有___________________________________________。

圖3 反應液中3-PBA殘留量的柱形圖

參考答案：

（1）包埋劑 海藻酸鈉濃度過低包埋酶液易滲出 影響底物與產物的接觸

（2）氯化鈣 正 凝膠珠中心的酶難以接觸底物，且反應產物難以排出

（3）200 溫度、pH等的改變

論文的處理過程：

這道題目的背景來源于《中國食品學報》2016年第16卷第2期《鞘氨醇單胞菌產3-苯氧基苯甲酸降解酶固定化條件及其酶學性質研究》一文，本實驗是用包埋法固定化酶，中學教材一般認為酶不能用包埋法固定，這道題目的背景是對傳統(tǒng)認知的挑戰(zhàn)。筆者選取了海藻酸鈉溶液濃度對固定化酶活力的影響、針頭型號對固定化酶活力及凝膠珠直徑的影響、反應時間與3-PBA殘留量的影響的實驗數據，結合實驗操作流程進行設問，考查學生的實驗操作能力和對圖表的解讀能力。通過設計第（1）小問考查海藻酸鈉的作用以及濃度過高或過低對實驗結果的影響。高考題注重考查學生對圖表的解讀能力，特別是對雙坐標軸的曲線圖（柱形圖）的分析，因此設計第（2）小問從多角度考查學生的能力以及對知識的掌握。任何一項研究的目的最終都要回歸實際應用，因此設計第（3）小問讓學生在分析結果的過程中了解固定化3-PBA降解酶對3-PBA的降解情況。

1.3 以土壤微生物的篩選為命題背景

【例3】漆酶可以氧化許多有機污染物，本探究從土壤中篩選分泌漆酶的真菌菌株，并通過實驗初步探討其對多環(huán)芳烴污染土壤的修復潛力，旨在為污染土壤修復提供新的真菌資源。已知漆酶可以氧化愈創(chuàng)木酚產生紅棕色物質，根據真菌生長過程的培養(yǎng)基顏色變化可以挑選出具有潛在漆酶活性的土壤真菌。主要研究過程如下：

①稱取10.0 g土壤，制成土壤懸浮液進行梯度稀釋，然后將不同稀釋度的土壤懸液涂布到含有質量分數為0.01%愈創(chuàng)木酚平板培養(yǎng)基上，28℃溫度下培養(yǎng)，挑取單菌落，進行多次平板劃線分離純化。將純化的菌株接種于不含愈創(chuàng)木酚的培養(yǎng)基上培養(yǎng)，觀察菌落周圍培養(yǎng)基顏色是否變化。

②通過上述方法篩選出7株真菌菌株，其中F-5在液體培養(yǎng)基中表現出最高的漆酶活性，選擇F-5進行多環(huán)芳烴嚴重污染土壤修復研究，共設四個處理，每個處理三個重復，多環(huán)芳烴的降解情況如圖4所示。

圖4 多環(huán)芳烴降解情況的柱形圖

（1）步驟①中培養(yǎng)基按物理性質分屬于_____________________，對接種環(huán)滅菌的方法：____，將土壤懸液進行梯度稀釋時應用_____水，涂布到平板培養(yǎng)基上的菌懸液不宜過多的原因是______________________________________。

（2）步驟②中在質量分數為0.01%愈創(chuàng)木酚平板培養(yǎng)基上，在28℃下溫度下培養(yǎng)，挑取的單菌落應有何特征_________________________，為什么又要將純化的菌株接種于不含愈創(chuàng)木酚的培養(yǎng)基上培養(yǎng)，觀察菌落周圍培養(yǎng)基顏色是否變化?_______________。

根據圖4實驗結果回答:

（3）AS和A兩種處理的降解率明顯高于CK和S兩組，而AS和A之間差異不顯著，這表明_______是土壤多環(huán)芳烴降解的主要原因。

（4）此外推測S組的降解率顯著高于CK的原因是供試土壤為長期污染的土壤，其中可能含有________________________________。

參考答案：

（1）固體培養(yǎng)基 灼燒滅菌 無菌水 防止菌體堆積得不到由單個真菌形成的菌落

（2）菌落周圍有紅棕色氧化圈 確認顏色變化是否為菌落本身的顏色而非分泌漆酶所致

（3）接種真菌F-5

（4）具有一定降解功能的土著微生物，通過添加營養(yǎng)物質可以在一定程度上刺激并強化其降解功能

論文處理過程：

這道題目的背景來源于《生態(tài)學報》2012年第32卷第1期中《一株產漆酶土壤真菌F-5的分離及土壤修復潛力》一文。筆者首先選擇了論文中材料和方法中關于土壤微生物的分離和純化過程的描述，設計了第（1）和第（2）小問考查了微生物分離純化過程中的操作細節(jié)；其次，截取了論文中對選擇的F-5菌株進行多環(huán)芳烴嚴重污染土壤修復研究結果設計第（3）（4）小問，考查學生對對照實驗結果的分析能力。

2 選擇科技論文作為命題背景的優(yōu)點及注意點

2.1 選擇科技論文作為命題背景的優(yōu)點分析

2.1.1 真實新穎

科技論文往往具有真實的科研情景，背景較新穎，不僅可以考查學生相應的能力水平，還可以讓學生耳目一新，在做題中學到課本之外的知識。通過例2，學生可以了解到利用固定化酶可以降解農藥；通過例3，可以了解到分泌漆酶的真菌菌株可以對多環(huán)芳烴污染土壤進行修復。這些真實新穎的背景促使學生關注日常生活中的實際問題，并積極思考，用所學知識解決實際問題。

2.1.2 內容豐富

科技論文中所包含的小研究較多，數據呈現的形式多樣，三道試題中包含曲線圖、柱形圖、表格等，命題者選擇合適的研究和適量的圖表可以讓試題的信息量相對豐富，從而從多個角度考查學生的能力。

2.1.3 最新技術

科技的論文中的研究往往基于中學教材又高于中學教材，可以讓學生了解到更多的實驗方法和技術。例如，例1中提取DNA的過程以及測定DNA含量的方法就是中學教材中沒有涉及的，例2中用包埋法固定化酶是對傳統(tǒng)認知的挑戰(zhàn)，打破學生的固定思維。

2.2 選擇科技文獻作為命題背景的注意點

（1）盡量選擇權威期刊的論文，論文中的數據要經得起推敲。

（2）去除無效數據。一篇科技論文中數據很多，命題者要精心選取有用的數據進行設問，所列圖表在試題中要有用，圖表與設問之間要有聯(lián)系，要充分挖掘圖表中的信息進行設問。

（3）不可太注重能力考查，而忽略基礎知識。由于科技論文所包含的信息量較大，命題者設計的問題可能過多考查探究能力、圖表解讀能力、實驗結果分析能力，而忽略了基礎的知識點。這就要求命題者要以考綱為依據把基礎的知識點穿插進試題，讓設問有一定的梯度。