基于2020年度諾貝爾生理學或醫學獎、化學獎的原創試題命制*

汪興澤 殷俊才

（1 江蘇省泰興市教師發展中心 江蘇泰州 225400 2 江蘇省泰興中學 江蘇泰州 225400）

《普通高中生物學課程標準（2017年版）》（以下簡稱“課程標準”）從立意、刺激情境、設問3 個層面制定了命題原則。立意要求指向生物學學科核心素養的發展水平；刺激情境應貼近學生生活實際,以真實問題情境組織命題；設問要求表述和指向明確、清晰、直接，確保題目的公平性、科學性和規范性等。命題程序第3 點中再次強調：試題情境應圍繞現實問題（包括熱點問題）展開,盡量做到新穎、真實、科學、恰當，有一定的信息量和適當的復雜度、能成為學生運用學科知識分析和解決實際問題的載體[1]。

《中國高考評價體系說明》指出：高考評價體系中所謂的“情境”即“問題情境”,指的是真實的問題背景，是以問題或任務為中心構成的活動場域。“情境活動”是指人們在情境中所進行的解決問題或完成任務的活動[2]。實現高考評價體系中的“四層”考查內容和“四翼”考查要求，必須選取合適的載體，再現學科理論產生的場景或呈現現實中的問題情境，讓學生運用必備知識和關鍵能力去解決實際問題，展現學科素養水平。

無論課程標準還是高考評價體系，都為試題的命制指明了方向。好的生物學學習情境具有真實、理蘊、適宜、情深、意遠等特點。生物學試題的任務情境包括3 類：生活、學習和實踐情境，科學實驗和探究情境，生命科學史情境[3]。每年諾貝爾獎評選都是社會熱點，其中生理學或醫學獎、化學獎往往涉及生命科學重大的發現或科學技術的新發明，可以中學生物學為背景解讀，具備生物學學習情境的多個特點，非常適合用作原創試題的載體。遵循課程標準制定的命題原則，圍繞“一核、四層、四翼”的高考評價體系，筆者分別以2020年度諾貝爾生理學或醫學獎、化學獎為載體等，命制了2 道原創試題。

1 基于諾貝爾生理學或醫學獎的試題命制

2020年，諾貝爾生理學或醫學獎授予哈維·阿爾特（Harvey Alter）、邁克爾·霍頓（Michael Houghton）和查爾斯·M·賴斯（Charles M.Rice），以表彰他們在“發現丙型肝炎病毒”方面做出的貢獻。

原創試題及解析：3 位科學家因發現丙肝病毒（HCV）而獲得2020年諾貝爾生理學或醫學獎。HCV 是有包膜的單股正鏈RNA（+RNA）病毒，主要經血液或血制品傳播。圖1示意HCV 生活史，請回答[4-5]：

圖1 HCV 復制過程示意圖[5]

1）據圖可知，HCV 識別肝細胞表面的受體______，通過______作用入侵或感染宿主細胞；推測包膜化學成分主要是______。

2）據圖分析，②、③所代表的過程是______，所需的原料是______。

3）+RNA（可直接指導蛋白質的合成）含有的核糖體結合位點、起始密碼位于______端，指導合成的多聚蛋白前體在______作用下水解成多種病毒蛋白。

4）由于DNA 聚合酶的校正功能，以及細胞中存在錯配修復系統等，因而細胞中的DNA 能精確復制。請嘗試解釋HCV 基因組容易發生變異的主要原因______。

5）HCV 感染者難以清除體內病毒，因而預防感染成為重中之重。下列行為可能導致感染HCV 的有（ ）。

①與HCV感染者握手。

②輸入未經嚴格檢測的血液制品。

③與HCV感染者共用馬桶。

④與吸毒者共用注射器注射毒品。

解析：本題側重考查學生對示意圖的觀察能力、演繹與推理、批判性思維能力及健康的生活理念等。1）要求學生通過觀察能發現HCV 入侵靶細胞的方式是受體介導的胞吞作用，并依據子代病毒在內質網組裝、在高爾基體成熟，合理推測出HCV包膜的主要成分類似于其他生物膜。2）依據題意，HCV 是正鏈RNA 病毒，+RNA 可直接作為指導蛋白質合成的模板，所以，過程①代表翻譯，②、③代表由（+RNA）→（-RNA）→（+RNA）的RNA 復制過程。3）關注新教材內容的變化，RNA（與DNA 一樣）有方向性，5′端有核糖體結合位點等。多聚蛋白前體在蛋白酶作用下水解成多種病毒蛋白考查學生的逆向思維能力。4）需要學生依據試題提供的事實和證據，對“RNA 單鏈，容易發生變異”的傳統觀點進行批判性思維，避免思維定勢對正確答題的干擾。5）考查學生的社會責任意識。希望學生能基于生物學的認知，參與社會事務的討論，作出理性解釋和判斷，崇尚健康文明的生活理念，向他人宣傳關愛生命的觀念和知識，成為健康中國的促進者和實踐者。

參考答案：1）CD81（和SR-B1）胞吞 磷脂和蛋白質；2）RNA 復制 核糖核苷酸；3）5′蛋白酶；4）肝細胞中缺少RNA錯配修復系統，RNA聚合酶缺乏校正功能導致RNA不能精確復制；5）②、④。

2 基于諾貝爾化學獎的試題命制

2020年，諾貝爾化學獎授予法國女科學家埃瑪紐埃勒·沙爾龐捷（Emmanulle Charpentier）和美國女科學家珍妮弗·道德納（Jennifer Doudna），以表彰她們發明了CRISPR/Cas9 介導的基因編輯技術。

原創試題及分析：2 位女科學家因發明了CRISPR/ Cas9 技術而獲得2020年諾貝爾化學獎。CRISPR/Cas9 系統可對基因組進行定點編輯，其工作原理如圖2所示。

圖2 CRISPR/Cas9 系統的工作原理示意圖[5]

1）據圖2可知，在向導RNA（sgRNA）的引導下，Cas9 利用其具有的___個酶切活性位點，水解目標DNA 的____。

2）科研人員通過突變得到酶切活性全部消失的dCas9，構建的CRISPR / dCas9 系統保留sgRNA引導進入基因組的能力。當dCas9 與VP64、P65等轉錄激活因子融合，形成的dCas9-SAM 可進行基因調控等研究[5-7]。

①圖3示意將OCT4、KLF4、MYC及SOX24 個基因的sgRNA 序列串聯成的sgRNA 質粒和dCas9-SAM 質粒與磷脂等混合（形成包埋DNA 的脂質體結構）。將脂質體加入到細胞系MCF7 的細胞培養皿中，能實現基因轉移的原理是___。24 h 后通過添加___篩選并進行單細胞培養即可得到基因編輯后細胞。此過程須在37℃，氣體環境為___的細胞培養箱中進行。

圖3 串聯質粒的構建與表達[7]

②轉染好的細胞用裂解液消化后，使用RNA提取試劑盒提取總RNA，取1 μg 提取的RNA使用反轉錄試劑盒進行操作即得到___，然后將其進行實時熒光定量PCR。PCR 操作時通常___5 min，變性30 s，再復性、延伸，循環等。

③該實驗通過4 種sgRNA 對MCF7 細胞進行編輯，可實現多基因___的目的。

解析：本題側重考查學生對示意圖的觀察能力、演繹與推理、創造性思維能力等。（1）仔細觀察圖2，可見其中有2 把“剪刀”，代表了Cas9 核酸酶含有的2 個核酸酶催化結構域。在基因水平上將其中1 個催化結構域滅活，可形成使DNA 單鏈斷裂的缺口酶版本nCas9。結合（2）題“科研人員通過突變得到酶切活性全部消失的dCas9”，可判斷出Cas9 具有2 個酶切活性位點，分別剪切雙鏈DNA 的一條單鏈切割磷酸二酯鍵，并產生平末端的DNA 雙鏈斷裂。（2）中①題拓寬知識面，希望學生了解目的基因導入動物細胞的方法除了顯微注射法外，脂質體介導法已日趨成熟，其原理是生物膜的流動性。只有同時導入了2 種質粒并成功表達sgRNA 和dCas9 等的細胞才能成為基因編輯后的目標細胞，該類細胞對嘌呤霉素和抗生素G418 都具有抗性，因而須加入2 種抗生素。②題以RNA 為模板，利用反轉錄試劑盒進行操作可得到cDNA。PCR 操作時預變性是很關鍵的一步，時間相對較長的目的是促進模板充分變性，但學生容易忽略此步驟。③考查學生的創造性思維能力。題中應用的CRISPR/Cas9 系統一個突出的優點是：可同時編輯同一細胞中的多個基因位點，實現多基因同時調控。

參考答案：1）2 磷酸二酯鍵；2）①生物膜的流動性 抗生素G418 和嘌呤霉素 95%空氣加5%CO2的混合氣體；②cDNA 預變性；③在同一細胞同時調控（答案合理即給分）。

作為社會熱點的諾貝爾獎，受到廣泛的關注，易激發高中學生的學習興趣。因此，無論是平時的練習還是高考，常見以諾貝爾獎為載體的試題。筆者以2020年度諾貝爾獎為背景，以課程標準中的內容要求、學業質量標準為依據，設問力求重基礎、有層次、指向明確、清晰、科學、規范，意圖考查高中學生的生物學學科核心素養水平。

最后，筆者認為以最新諾貝爾獎（或科技文獻）為載體進行原創試題命制，須將原始數據、觀點等與高中生物學的重點知識進行有機結合，要求較高，需要命題者大量查閱資料、相互討論、仔細打磨。但要設計出立意深遠，且科學、嚴謹、規范、公平的試題，對廣大的中學生物學教師而言，可謂是任重而道遠。