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基因工程技术作为现代生物技术产业中最蓬勃发展的技术,正日益影响人们生活的方方面面。新课程江苏高考生物试卷从2008年至2011年连续四年对其做了重点考查,而在2011年江苏高考生物试卷最后一题中,深入考查了基因工程中用到的PCR技术、操作工具等,情景新颖,区分度较好,难度较大。为此,笔者尝试对其进行研究分析,以弄清其命题立意、能力要求、知识落点、如何解答等,在此过程中感悟颇多。
一、题目
(2011年江苏卷)33.(8分)请回答基因工程方面的有关问题:
(1)利用PCR技术扩增目的基因,其原理与细胞内DNA复制类似(如下图所示)。图中引物为单链DNA片段,它是子链合成延伸的基础。
①从理论上推测,第四轮循环产物中含有引物A的DNA片段所占的比例为____________。
②在第________轮循环产物中开始出现两条脱氧核苷酸链等长的DNA片段。
(2)设计引物是PCR技术的关键步骤之一。某同学设计的两组引物(只标注了部分碱基序列)都不合理(如下图),请分别说明
理由。
①第1组:_______________。
②第2组:________________。
(3)PCR反应体系中含有热稳定DNA聚合酶,下面的表达式不能正确反映DNA聚合酶的功能,这是因为___________。
(4)用限制酶EcoRV,Mbol单独或联合切割同一种质粒,得到的DNA片段长度如下图(1 kb即1000个碱基对),请在答题卡的指定位置画出质粒上EcoRV、Mbol的切割位点。
答案:(1)①15∶16;②三
(2)①引物I和引物Ⅱ局部发生碱基互补配对而失效。
②引物I′自身折叠后会出现局部碱基互补配对而失效。
(3)DNA聚合酶只能将单个脱氧核苷酸连续结合到双链DNA片段的引物链上。
(4)见下图。
二、评析
该题信息量大,充分体现能力立意,尤其是综合能力。全题共四幅图解,占了试卷整整一个页面,题目大部分信息均以图形的形式给出,学生需完成图文信息转化,方可作答;情境新颖,关注现代的科学研究和最新研究成果,充分体现与现实科学研究的联系。前三问均以PCR作为背景,考查引物、DNA聚合酶等问题,第四问则考查限制酶切割位点的绘制。试题设问准确、简明、灵活,形式多样,有对已有图形信息的分析作答,有理由、原因的书写,有图形分析后的作图等,考查运用已有知识解决新问题的能力,体现了高考的首要功能是为“高校择优选拔人才”。
三、解析
第一问以图形的形式给出了PCR技术的第一轮循环的过程及产物,让学生分析第四轮循环产物中含有引物A的DNA片段所占的比例和在第几轮循环产物中开始出现两条脱氧核苷酸链等长的DNA片段。考生首先清楚经过四轮循环后得到的DNA片段的条数为16条,然后必须分析清楚第一轮循环过程中引物A与引物B是如何起作用的,从而画出第二轮、第三轮、第四轮循环过程中引物A与引物B存在的位置及结果,从而得出第二轮循环产物中含有引物A的DNA片段有3条,含有引物B的DNA片段有1条,第三轮循环产物中含有引物A的DNA片段有7条,含有引物B的DNA片段有1条,第四轮循环后16条DNA片段中只有一条只含有引物B,一条只含有引物A,其余14条均含有引物A和引物B,最终得出第四轮循环产物中含有引物A的DNA片段所占的比例为15∶16,也知道了在第三轮循环产物中开始出现两条脱氧核苷酸链等长的DNA片段。见下表:
第二问则给出了两组引物,要求学生观察图形,分析其不合理之处。考生答出该题首先要知道引物设计的注意事项,其次在考试情况下能够观察出两组引物图给出的信息,然后用恰当的语言描述出来。该题综合考查了学生考场的心理素质、获取信息的能力、语言表达能力等,对学生要求很高。
第三问延续了第二问的设计思路,即以图形的形式给出有关信息,要求考生真正理解DNA聚合酶的功能,并与图中有关信息进行对比,用规范的语言描述出该图的不合理之处。
相对于前三问,第四问考查的略显容易,但是由于是最后一问,大部分考生不能做到这里,即使做到这里也由于时间紧,很难做到既正确识图,又准确地画图。
四、感悟
感悟一:做一个高考试题的研究者
江苏新课程高考已经进行了四年,而江苏新课程高考四年生物试题呈现给广大生物教师与考生的是一副全新的画卷。从2008年的茫然失措,2009年的略有醒悟,2010年、2011年的稳定延续,我们看到江苏高考生物试题命制的目标、难度、风格均保持稳定,也不断引领我们研究高考试题,提升自身的生物科学素养。研究是教师发展的内在需要,是教师持续进步的必备基础;研究是提高教育教学水平的切入点,是自身成长孕育的关键。例如,2008年江苏高考第24题关于原核细胞转录与翻译的题目,我们研究后总结如下:
(1)原核细胞的转录尚未结束时翻译就已经开始;(2)由转录出的
mRNA的长度,可判定转录的方向;(3)一个mRNA上可以结合多个核糖体(多聚核糖体),每一个核糖体合成一个多肽,提高了翻译的效率。同时可以延伸分析真核细胞转录与翻译的特点:真核细胞的转录主要在细胞核,翻译在细胞质中的核糖体上进行,真核细胞必须先转录后加工为成熟的mRNA后才能进入细胞质中进行翻译。当然,真核细胞形成翻译时也会形成多聚核糖体提高翻译的效率。而在2010年江苏卷第2题A选项就是要求判断“人体细胞在mRNA合成的同时就会有多个核糖体结合到mRNA上”的正误。同样是2010年江苏卷第2题C选项,考查了“核孔是生物大分子可以选择性进出的通道”,而在2011年江苏卷第8题中详细考查了“亲
核蛋白(生物大分子)进出细胞核的有关问题”。当然还有更典型的是连续四年考查了基因工程的有关知识。因此,每一套江苏试卷出来以后,都有很多的问题需要我们去研究分析,对一些我们涉及不多的或是生物科研前沿的东西,我们高中生物教师要多研究、多查资料,自己清楚以后再去和学生一起分析。

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