例談?dòng)每萍颊撐拿啤盎蚬こ獭痹瓌?chuàng)試題

殷亞妮

摘要以一道基因工程原創(chuàng)試題的命制為例歸納了取材于科技論文的試題命制程序，并分享了用科技文命題的一些心得體會(huì)。

關(guān)鍵詞 科技論文 基因工程 原創(chuàng)試題

中圖分類號(hào)G633. 91文獻(xiàn)標(biāo)志碼B

基因工程是選修3模塊的重難點(diǎn)，該專題涉及遺傳與變異的基本生命觀念，又是當(dāng)前生命科學(xué)的研究熱點(diǎn)，有著豐富的實(shí)踐研究材料。如果教師以相關(guān)科研論文為背景，命制主觀題，既能考查學(xué)生對(duì)基本生命觀念的掌握程度，又能訓(xùn)練學(xué)生獲取信息的能力，培養(yǎng)其分析問題、解決問題的邏輯思維能力，以及通過科學(xué)表述將其思維外顯化的能力。

1命題原則和程序

《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》提出命題要依據(jù)以下原則：以課程標(biāo)準(zhǔn)中的內(nèi)容要求和學(xué)業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)、指向?qū)W科核心素養(yǎng)發(fā)展水平、考查學(xué)生解決問題的能力、確保題目及答案的科學(xué)性和規(guī)范性。

根據(jù)命題原則，筆者歸納總結(jié)了取材于科技文的命題基本程序（圖1），并據(jù)此命制了一道基因工程原創(chuàng)試題。

2原創(chuàng)試題展示

基因敲除是通過一定的途徑使機(jī)體特定的基因失活或缺失的技術(shù)。科學(xué)家常借助基因敲除技術(shù)，使特定的基因功能喪失，從而使部分功能被屏蔽，并可進(jìn)一步對(duì)生物體造成影響，進(jìn)而推測出該基因的生物學(xué)功能。來源于λ噬菌體的Red同源重組系統(tǒng)就可用于大腸桿菌等一系列工程菌的基因敲除。

（1）Red同源重組由λ噬菌體的exo、bet、gam 3個(gè)基因組成，分別編碼EXO、BET、GAM 3種蛋白質(zhì)，EXO為雙鏈核酸外切酶，可以結(jié)合在雙鏈DNA的末端，從5′向3′降解DNA單鏈，產(chǎn)生（選填“3′”或“5′”）黏性末端；BET結(jié)合在exo外切產(chǎn)生的末端單鏈上，促進(jìn)其與受體細(xì)胞內(nèi)正在復(fù)制的靶序列進(jìn)行同源重組，替換靶基因；GAM蛋白能夠抑制受體細(xì)胞內(nèi)核酸外切酶活性，進(jìn)而（選填“抑制”或“促進(jìn)”）受體細(xì)胞對(duì)外源DNA的降解。

（2）Red同源重組技術(shù)要用到質(zhì)粒pKD46，該質(zhì)粒含有溫度敏感型的復(fù)制起點(diǎn)oriR101，在30℃培養(yǎng)時(shí)可以正常復(fù)制，而高于37℃時(shí)會(huì)自動(dòng)丟失；還有由ParaB啟動(dòng)子調(diào)控的exo、bet、gam基因，需要L-阿拉伯糖誘導(dǎo)表達(dá)。λ-Red系統(tǒng)介導(dǎo)的基因敲除過程如圖1所示。

①首先，要將pKD46導(dǎo)入處于（某種狀態(tài)）的大腸桿菌，為使pKD46在細(xì)菌內(nèi)正常復(fù)制、Red重組酶正常合成，必需滿足的培養(yǎng)條件。過程I是用含有青霉素的培養(yǎng)基篩選成功導(dǎo)入了pKD46的大腸桿菌，這說明。

②然后，用PCR技術(shù)擴(kuò)增卡那霉素抗性基因，PCR引物由兩部分組成，靠近5′端的區(qū)域?yàn)榈男蛄校拷?′端的區(qū)域與模板DNA互補(bǔ)，將獲得的線性DNA片段導(dǎo)入大腸桿菌，通過同源重組將大腸桿菌基因組DNA上的特定靶基因敲除。

③為篩選出同源重組成功（即靶基因被敲除）的大腸桿菌，過程II所用的培養(yǎng)基必需含有；然后再通過，把質(zhì)粒pKD46除去。

（3）上述操作使得大腸桿菌基因組DNA上的靶基因被卡那霉素抗性基因取代，若想將卡那霉素抗性基因也清除，需要借助于FLP/FRT位點(diǎn)特異性重組系統(tǒng)。FRT是有方向性的，不同方向FRT位點(diǎn)經(jīng)重組酶FLP作用結(jié)果不同，具體如圖2所示。

因此在PCR擴(kuò)增卡那霉素抗性基因時(shí)需在該基因。（填字母）

A.左側(cè)引入一個(gè)FRT位點(diǎn)

B.右側(cè)引入一個(gè)FRT位點(diǎn)

C.兩側(cè)引入兩個(gè)同向的FRT位點(diǎn)

D.兩側(cè)引入兩個(gè)反向的FRT位點(diǎn)

（4）確定靶基因敲除成功且pKD46除去后，再引入溫敏型（溫度過高時(shí)質(zhì)粒喪失復(fù)制能力）質(zhì)粒pCP20表達(dá)重組酶FLP，表達(dá)方式是熱啟動(dòng)，請(qǐng)說明使用pCP20質(zhì)粒的優(yōu)勢：。

參考答案：（1）3′抑制（2）①感受態(tài)培養(yǎng)溫度為30℃（低于37℃）、培養(yǎng)基中含L-阿拉伯糖實(shí)驗(yàn)用大腸桿菌不含青霉素抗性基因，pKD46質(zhì)粒含有青霉素抗性基因②與靶基因外側(cè)同源（相同）的③卡那霉素在高于37℃的溫度下培養(yǎng)（3）C（4）當(dāng)培養(yǎng)溫度提高時(shí)，質(zhì)粒pCP20表達(dá)重組酶FLP，同時(shí)喪失復(fù)制能力，這樣可以將大腸桿菌中的抗性基因和質(zhì)粒pCP20同時(shí)除去

3命題程序分析

本次命題的目的是考評(píng)學(xué)生對(duì)于基因工程相關(guān)原理和技術(shù)的理解和掌握情況。筆者先確定了一個(gè)與基因工程相關(guān)研究熱點(diǎn)——基因編輯，以此為關(guān)鍵詞在互聯(lián)網(wǎng)上搜索到了用于基因編輯的熱門、常用工具，如CRISPR/Cas9系統(tǒng)、λ-Red重組系統(tǒng)、FLP/FRT位點(diǎn)特異性重組系統(tǒng)等；再以這些工具系統(tǒng)作為關(guān)鍵詞在百度學(xué)術(shù)中搜索科技論文，從中篩選綜述性質(zhì)的文章。同時(shí)，參考新課標(biāo)中基因工程專題的內(nèi)容要求，明確試題的基本框架：以基因編輯為切入點(diǎn)，考查基因工程的工具、基本操作程序、基因結(jié)構(gòu)等內(nèi)容，編制一道綜合題目。

筆者從搜索到的科技論文中選擇了一篇與試題框架高度匹配的綜述性論文——《Red重組系統(tǒng)用于大腸桿菌基因修飾研究進(jìn)展》作為命題的基本材料，并對(duì)論文呈現(xiàn)的內(nèi)容進(jìn)行信息提取和加工。該論文約有4 000字，附有7個(gè)圖表，信息量很大，遠(yuǎn)超出一道填空題的承載能力，需要篩選和簡化信息。根據(jù)本次考查目標(biāo)，把論文中關(guān)于引物同源臂長度的討論、誘導(dǎo)重組酶表達(dá)的最適培養(yǎng)條件的探索、Red重組酶系統(tǒng)的缺點(diǎn)等內(nèi)容全部刪除；保留了與教學(xué)內(nèi)容高度相關(guān)信息——pKD46載體結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)的介紹、外源基因擴(kuò)增時(shí)的引物設(shè)計(jì)、Red重組系統(tǒng)進(jìn)行靶基因敲除的流程、對(duì)重組結(jié)果的鑒定等；對(duì)那些超出學(xué)生掌握范圍但對(duì)解題十分重要的信息，例如，對(duì)Red重組系統(tǒng)同源重組的原理和FLP/FRT位點(diǎn)特異性重組系統(tǒng)，筆者做了簡化處理，以學(xué)生易于理解的方式進(jìn)行表述；同時(shí)為提高學(xué)生獲取信息的效率，將論文中介紹復(fù)雜操作流程的文字轉(zhuǎn)變?yōu)橹庇^易懂的流程圖，增加了題目信息形式的多樣性。最后，對(duì)照學(xué)業(yè)質(zhì)量要求，編制題干并設(shè)置合理的問題，請(qǐng)同一教研組的教師打磨和修改試題后定稿，確保題目質(zhì)量。

本題的問題設(shè)計(jì)及命題立意見表1。

4科技論文命題的體會(huì)

首先，科技論文注重學(xué)術(shù)性和科學(xué)性，論文內(nèi)容客觀、真實(shí)，定性和定量準(zhǔn)確，經(jīng)得起重復(fù)和實(shí)踐檢驗(yàn)。論文用語準(zhǔn)確、規(guī)范，以科技論文作為命制試題的素材，確保了試題的科學(xué)、真實(shí)、規(guī)范。其次，情境素材是試題信息的載體，科技論文能展示最新的研究進(jìn)展。教師取材于此，可以增加試題的新穎性，避免試題情境的重復(fù)，排除重復(fù)性的題目訓(xùn)練對(duì)學(xué)生的影響，更能考查出學(xué)生的真實(shí)水平。最后，科技論文內(nèi)容通常是超越教學(xué)的，涉及全新的條件、原理和操作過程。教師以此命題，能夠培養(yǎng)學(xué)生獲取信息、結(jié)合新信息和所學(xué)知識(shí)分析和解決問題的能力。

當(dāng)然，要用好科技論文，命題者必須根據(jù)學(xué)生學(xué)情和命題目標(biāo)，對(duì)論文信息進(jìn)行嚴(yán)格的篩選和處理：刪除與試題命制無關(guān)的信息；改變信息呈現(xiàn)形式，以直觀的圖表信息代替抽象的文字；簡化或變換表述方式，如針對(duì)本題的第一空，筆者就將原文中的“末端單鏈懸突”改為學(xué)生更熟悉的“黏性末端”，便于學(xué)生理解。命題不能為了“新”而“新”，要回顧與基礎(chǔ)教學(xué)，不能忽略對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)點(diǎn)的考查。最終呈現(xiàn)的問題要有層次和遞進(jìn)。

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