一道基因工程試題的分析與啟示

摘 要 闡述了基因工程的原理及技術(shù)是高中生物的重要組成部分，是當(dāng)前生命科學(xué)研究的熱點(diǎn)和前沿。從近幾年的江蘇省高考命題中可以看出，基因工程的考查是高考試卷的一個(gè)重要組成部分。并就2014年南通二模一道基因工程的試題進(jìn)行分析，并提出幾點(diǎn)看法。

關(guān)鍵詞 基因工程 試題分析 教學(xué)啟示

中圖分類號(hào) G633.91 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 B

1 試題重現(xiàn)

（2014南通市二模生物試卷第33題）科研人員通過基因工程實(shí)現(xiàn)了β-甘露聚糖酶基因在豬腸道野生酵母菌中的表達(dá)，使原來不能被豬利用的粗纖維在豬腸道內(nèi)被分解成可直接吸收的單糖。圖1為構(gòu)建工程菌的部分過程，其中介導(dǎo)序列能引導(dǎo)載體整合到酵母菌的染色體DNA上。請(qǐng)回答：

（1） ①過程中需要的工具酶是 [1] ，②③過程中需要的工具酶是 [2] 。

（2） 同尾酶是指切割DNA分子后能產(chǎn)生相同黏性末端的限制酶，圖中4種限制酶中屬于同尾酶的是

[3] 。

（3） 重組表達(dá)載體中的介導(dǎo)序列引導(dǎo)目的基因整合到酵母菌的染色體DNA上，其意義在于[4] 。

（4） ①過程從野生酵母菌染色體DNA中PCR擴(kuò)增介導(dǎo)序列時(shí)，科研人員設(shè)計(jì)了如下一對(duì)引物：[GAATTCC] GACCTCAAATCAGGTAGG和TFGCAT TGACTTACA [CCTAGG] ，其中下劃線部分序列設(shè)計(jì)的依據(jù)是 [5] ，方框部分序列設(shè)計(jì)的目的是

[6] 。

（5） 對(duì)重組表達(dá)載體進(jìn)行酶切鑒定，假設(shè)所用的酶均可將識(shí)別位點(diǎn)完全切開。若使用EcoR I和Sal I酶切，得到 [7] 種DNA片斷；若使用EcoR I和BamH I酶切，得到 [8] 種DNA片斷。

參考答案：（1） 熱穩(wěn)定性DNA聚合酶（Taq酶或耐高溫的DNA聚合酶） DNA連接酶 （2） BamHⅠ和Bgl Ⅱ （3） 使目的基因能隨工程菌染色體穩(wěn)定遺傳和表達(dá) （4） 介導(dǎo)序列兩端的部分DNA序列 使擴(kuò)增出的介導(dǎo)序列兩端含有限制酶EcoRⅠ和BamHⅠ的識(shí)別序列 （5） 3 2

2 試題評(píng)價(jià)

2.1 命題角度

本題主要考查基因工程的原理及技術(shù)應(yīng)用，對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)考查的同時(shí)，也注重培養(yǎng)學(xué)生收集和處理科學(xué)信息的能力，考查了學(xué)生在獲取新知識(shí)、新概念，如“同尾酶”的時(shí)候，解決實(shí)際問題的能力。

2.2 難度分析

南通市某縣本題整體及各小題數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)情況見表2

本題總分9分，平均分3.136分，難度0.35，偏難。

2.3 錯(cuò)因分析與指導(dǎo)

33-[1]的錯(cuò)誤答案有：“解旋酶、DNA聚合酶”、“DNA熱穩(wěn)定聚合酶”、“TAq酶”、“Tap酶”、“Dap酶”等。

33-[2]的錯(cuò)誤答案有：“DNA聚合酶”、“DNA內(nèi)接酶”等。學(xué)生出現(xiàn)這樣的錯(cuò)誤答案主要原因是生物學(xué)專業(yè)術(shù)語書寫不規(guī)范，DNA連接酶與DNA聚合酶作用混淆不清。①過程是PCR技術(shù)，利用的是DNA雙鏈復(fù)制原理，所用的需要熱穩(wěn)定性DNA聚合酶進(jìn)行催化。②、③過程是重組質(zhì)粒構(gòu)建的過程，所用的工具酶是限制酶和DNA連接酶，因限制酶圖中已經(jīng)給出，只需答DNA連接酶。

33-[3]的錯(cuò)誤答案有：“EcoRⅠ和BamHⅠ”、“BamHⅠ”、“BglⅡ”等。就其原因是因?yàn)椴焕斫馔裁傅母拍睢Ｍ裁甘侵盖懈頓NA分子后能產(chǎn)生相同黏性末端的限制酶，根據(jù)已知的4中限制酶的序列比較，BamHⅠ和BglⅡ切割后產(chǎn)生的黏性末端的序列互補(bǔ)，符合要求。

33-[4]的錯(cuò)誤答案主要有：只寫“穩(wěn)定存在”、“穩(wěn)定遺傳”、“能復(fù)制”、“使目的基本表達(dá)”。在本小題中學(xué)生對(duì)構(gòu)建基因表達(dá)載體的意義理解不透徹。重組表達(dá)載體中的介導(dǎo)序列引導(dǎo)目的基因整合到酵母菌的染色體DNA上，就是為了使目的基因在受體細(xì)胞中穩(wěn)定存在，并且可以遺傳給下一代，同時(shí)目的基因能夠表達(dá)和發(fā)揮作用。

33-[5]錯(cuò)誤答案主要有：“堿基互補(bǔ)配對(duì)原則”、“目的基因的堿基序列”、“β-甘露聚糖酶基因的堿基序列”、“限制酶識(shí)別序列”、“啟動(dòng)子序列”。33-[6]錯(cuò)誤答案有：“讓引物自己不發(fā)生堿基互補(bǔ)配對(duì)”、“讓引物自己不發(fā)生堿基互補(bǔ)配對(duì)，防止自身環(huán)化”、“有啟動(dòng)子和終止子，控制擴(kuò)增的起始和終止”等。本小題學(xué)生不能從題干材料中提取有效信息回答相應(yīng)問題，對(duì)于引物設(shè)計(jì)的依據(jù)和原則區(qū)分不清。

①過程從野生酵母菌染色體DNA中PCR擴(kuò)增介導(dǎo)序列時(shí)，需要設(shè)計(jì)一對(duì)引物，能分別識(shí)別與介導(dǎo)序列兩端的部分DNA序列，并與之配對(duì)，從而擴(kuò)增出所需目的基因片段，同時(shí)要考慮到介導(dǎo)序列與質(zhì)粒載體整合，所以介導(dǎo)序列兩端需含有限制酶EcoRⅠ和BamHⅠ的識(shí)別序列，以便形成介導(dǎo)序列質(zhì)粒載體。

33-[7]錯(cuò)誤答案有：“2、4、5、6”等。33-[8]錯(cuò)誤答案有：“1、3、4、6”等。學(xué)生在解答本小題時(shí)沒有看清酶切的對(duì)象是重組表達(dá)載體，對(duì)重組表達(dá)載體上具有的酶切位點(diǎn)識(shí)別錯(cuò)誤，特別是“同尾酶切割后再連接形成的序列已經(jīng)不能被原來的限制酶識(shí)別”這一點(diǎn)不能作出正確的判斷。也有部分學(xué)生因時(shí)間不夠，猜測(cè)得出的答案。

對(duì)重組表達(dá)載體進(jìn)行酶切鑒定，假設(shè)所用的酶均可將識(shí)別位點(diǎn)完全切開，使用EcoRⅠ和SalⅠ酶切時(shí)，重組表達(dá)載體上有2個(gè)EcoRⅠ酶切位點(diǎn)，1個(gè)SalⅠ酶切位點(diǎn)，使用EcoRⅠ和BamHⅠ酶切時(shí)，重組表達(dá)載體上有2個(gè)EcoRⅠ酶切位點(diǎn)，因?yàn)锽amHⅠ和BglⅡ是同尾酶，切割后的黏性末端互補(bǔ)，但DNA連接酶縫合好后序列發(fā)生變化，BamHⅠ和BglⅡ都不可以繼續(xù)識(shí)別和切割，多以BamHⅠ的切割位點(diǎn)為0。在解決本小題時(shí)應(yīng)該注意：在質(zhì)粒載體、介導(dǎo)序列質(zhì)粒載體、克隆載體進(jìn)行酶切并形成重組表達(dá)載體是一定要看清啟動(dòng)子、介導(dǎo)序列、β-甘露聚糖酶基因的位置關(guān)系以便理解該題。

3 教學(xué)啟示

在復(fù)習(xí)、鞏固基因工程原理及技術(shù)時(shí)，教師應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

① 注重生物學(xué)專業(yè)術(shù)語的書寫規(guī)范訓(xùn)練和相近概念的比較復(fù)習(xí)。例如：區(qū)分好同尾酶、同裂酶、DNA聚合酶、Taq酶和DNA連接酶。

② 注意從基因表達(dá)載體的組成來分析構(gòu)建基因表達(dá)載體的意義，便于學(xué)生在理解基礎(chǔ)上形成長(zhǎng)時(shí)記憶。

③ 對(duì)于限制酶、PCR技術(shù)等重難知識(shí)，要設(shè)計(jì)相應(yīng)的專題復(fù)習(xí)，注意拓展知識(shí)的寬度和挖掘知識(shí)的深度，幫助學(xué)生構(gòu)建有效的知識(shí)網(wǎng)絡(luò)。

④ 加強(qiáng)材料信息題的訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生從材料中提取有效信息的能力、圖文轉(zhuǎn)換能力、遷移運(yùn)用能力。