例談用科技論文命制“基因工程”原創試題

殷亞妮

摘要以一道基因工程原創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。

關鍵詞 科技論文 基因工程 原創試題

中圖分類號G633. 91文獻標志碼B

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

1命題原則和程序

《普通高中生物學課程標準（2017年版2020年修訂）》提出命題要依據以下原則：以課程標準中的內容要求和學業質量標準為依據、指向學科核心素養發展水平、考查學生解決問題的能力、確保題目及答案的科學性和規范性。

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

2原創試題展示

基因敲除是通過一定的途徑使機體特定的基因失活或缺失的技術。科學家常借助基因敲除技術，使特定的基因功能喪失，從而使部分功能被屏蔽，并可進一步對生物體造成影響，進而推測出該基因的生物學功能。來源于λ噬菌體的Red同源重組系統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個基因組成，分別編碼EXO、BET、GAM 3種蛋白質，EXO為雙鏈核酸外切酶，可以結合在雙鏈DNA的末端，從5′向3′降解DNA單鏈，產生（選填“3′”或“5′”）黏性末端；BET結合在exo外切產生的末端單鏈上，促進其與受體細胞內正在復制的靶序列進行同源重組，替換靶基因；GAM蛋白能夠抑制受體細胞內核酸外切酶活性，進而（選填“抑制”或“促進”）受體細胞對外源DNA的降解。

（2）Red同源重組技術要用到質粒pKD46，該質粒含有溫度敏感型的復制起點oriR101，在30℃培養時可以正常復制，而高于37℃時會自動丟失；還有由ParaB啟動子調控的exo、bet、gam基因，需要L-阿拉伯糖誘導表達。λ-Red系統介導的基因敲除過程如圖1所示。

①首先，要將pKD46導入處于（某種狀態）的大腸桿菌，為使pKD46在細菌內正常復制、Red重組酶正常合成，必需滿足的培養條件。過程I是用含有青霉素的培養基篩選成功導入了pKD46的大腸桿菌，這說明。

②然后，用PCR技術擴增卡那霉素抗性基因，PCR引物由兩部分組成，靠近5′端的區域為的序列，靠近3′端的區域與模板DNA互補，將獲得的線性DNA片段導入大腸桿菌，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所用的培養基必需含有；然后再通過，把質粒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位點特異性重組系統。FRT是有方向性的，不同方向FRT位點經重組酶FLP作用結果不同，具體如圖2所示。

因此在PCR擴增卡那霉素抗性基因時需在該基因。（填字母）

A.左側引入一個FRT位點

B.右側引入一個FRT位點

C.兩側引入兩個同向的FRT位點

D.兩側引入兩個反向的FRT位點

（4）確定靶基因敲除成功且pKD46除去后，再引入溫敏型（溫度過高時質粒喪失復制能力）質粒pCP20表達重組酶FLP，表達方式是熱啟動，請說明使用pCP20質粒的優勢：。

參考答案：（1）3′抑制（2）①感受態培養溫度為30℃（低于37℃）、培養基中含L-阿拉伯糖實驗用大腸桿菌不含青霉素抗性基因，pKD46質粒含有青霉素抗性基因②與靶基因外側同源（相同）的③卡那霉素在高于37℃的溫度下培養（3）C（4）當培養溫度提高時，質粒pCP20表達重組酶FLP，同時喪失復制能力，這樣可以將大腸桿菌中的抗性基因和質粒pCP20同時除去

3命題程序分析

本次命題的目的是考評學生對于基因工程相關原理和技術的理解和掌握情況。筆者先確定了一個與基因工程相關研究熱點——基因編輯，以此為關鍵詞在互聯網上搜索到了用于基因編輯的熱門、常用工具，如CRISPR/Cas9系統、λ-Red重組系統、FLP/FRT位點特異性重組系統等；再以這些工具系統作為關鍵詞在百度學術中搜索科技論文，從中篩選綜述性質的文章。同時，參考新課標中基因工程專題的內容要求，明確試題的基本框架：以基因編輯為切入點，考查基因工程的工具、基本操作程序、基因結構等內容，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重組系統用于大腸桿菌基因修飾研究進展》作為命題的基本材料，并對論文呈現的內容進行信息提取和加工。該論文約有4 000字，附有7個圖表，信息量很大，遠超出一道填空題的承載能力，需要篩選和簡化信息。根據本次考查目標，把論文中關于引物同源臂長度的討論、誘導重組酶表達的最適培養條件的探索、Red重組酶系統的缺點等內容全部刪除；保留了與教學內容高度相關信息——pKD46載體結構和特點的介紹、外源基因擴增時的引物設計、Red重組系統進行靶基因敲除的流程、對重組結果的鑒定等；對那些超出學生掌握范圍但對解題十分重要的信息，例如，對Red重組系統同源重組的原理和FLP/FRT位點特異性重組系統，筆者做了簡化處理，以學生易于理解的方式進行表述；同時為提高學生獲取信息的效率，將論文中介紹復雜操作流程的文字轉變為直觀易懂的流程圖，增加了題目信息形式的多樣性。最后，對照學業質量要求，編制題干并設置合理的問題，請同一教研組的教師打磨和修改試題后定稿，確保題目質量。

本題的問題設計及命題立意見表1。

4科技論文命題的體會

首先，科技論文注重學術性和科學性，論文內容客觀、真實，定性和定量準確，經得起重復和實踐檢驗。論文用語準確、規范，以科技論文作為命制試題的素材，確保了試題的科學、真實、規范。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，排除重復性的題目訓練對學生的影響，更能考查出學生的真實水平。最后，科技論文內容通常是超越教學的，涉及全新的條件、原理和操作過程。教師以此命題，能夠培養學生獲取信息、結合新信息和所學知識分析和解決問題的能力。

當然，要用好科技論文，命題者必須根據學生學情和命題目標，對論文信息進行嚴格的篩選和處理：刪除與試題命制無關的信息；改變信息呈現形式，以直觀的圖表信息代替抽象的文字；簡化或變換表述方式，如針對本題的第一空，筆者就將原文中的“末端單鏈懸突”改為學生更熟悉的“黏性末端”，便于學生理解。命題不能為了“新”而“新”，要回顧與基礎教學，不能忽略對基礎知識點的考查。最終呈現的問題要有層次和遞進。

參考文獻：

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