應用新材料 編制超長母題
——以“基因的表達”專題復習為例

江蘇 章 青

在高三復習階段要圍繞《考試說明》中的要求復習相關知識點，在一輪復習中掌握課本基礎知識之后，二輪復習重在培養學生應用知識的能力，如何將學到的知識應用到新情景中，這是教師應該重點關注的，新情景的選擇可以來自科學史、重大科研進展、生物科學論文、國外教材、高校教材的相關內容等。在基因的表達專題復習過程中，筆者選擇對高校與國外教材中的相關內容進行加工，根據情景材料提出與本專題相關的多個問題，編制了超長題，這里的“超長題”是指問題多，問題是圍繞本專題的知識提出的，一般要兼顧基礎與提升，下面結合兩個案例來說明。

1.高校教材在命題中的應用

大腸桿菌可以利用葡萄糖、乳糖、麥芽糖、阿拉伯糖等作為碳源進行生長繁殖，當培養基中含有葡萄糖和乳糖時，細菌優先利用葡萄糖，當葡萄糖耗盡，細菌暫時停止生長，經過短時間的適應，細菌就能利用乳糖繼續呈指數式繁殖增長。筆者通過查閱高校教材中相關內容，作為情景材料，編制了超長母題進行專題復習。

1.1 超長母題編制展示

如圖1表示大腸桿菌在沒有乳糖時，控制利用乳糖所需要相關酶的合成過程。圖中O、lac Z、lac Y、lac A四個基因頭尾相接，在操縱基因前有一個啟動子，在翻譯時形成1個mRNA，當核糖體沿此mRNA移動時，核糖體不從mRNA上掉下來而是繼續沿mRNA移動合成3種酶，請據圖回答下列問題：

圖1

（1）當培養基中有葡萄糖時，調節基因通過_______過程形成mRNA，該過程的模板是_________________ ，需要的酶是______；然后以mRNA為模板合成阻遏蛋白的過程稱為_____，該過程的原料是___________ ，阻遏蛋白與___________ 基因結合，從而使與啟動子結合的___________ 不能沿著DNA移動，導致轉錄不能正常進行，從而影響mRNA的合成，導致不能合成與半乳糖利用相關的酶。

（2）當培養基中葡萄糖消耗完，只剩下乳糖的時候，乳糖與___________ 結合，使其結構改變，而不能與操縱基因（O）結合，這樣與P基因結合的___________ ，能夠沿著DNA移動，進而通過___________ 合成3種與乳糖利用有關的酶。

（3）結合（1）（2）內容可知，在沒有乳糖時不能合成相應的酶，大腸桿菌的這種調節機制的意義是___________ 。

（4）轉錄時lac Z、lac Y、lac A三個基因的mRNA是連接在一起的，原因是lac Z、lac Y、lac A三個基因之間沒有________________________ 。

（5）結構基因中由lac Z、lac Y、lac A三個基因轉錄形成的1個mRNA，在翻譯時可以合成3種不同的酶，原因是在mRNA的①②處都有_______________________ 。

（6）與真核細胞的細胞核基因相比，大腸桿菌中基因表達過程的特點是_______________________ 。

（7）半乳糖苷酶可以將乳糖分解為_______________________ 。

【答案】（1）轉錄 調節基因（R）的一條鏈RNA聚合酶 翻譯 氨基酸 操縱（O） RNA聚合酶

（2）阻遏蛋白 RNA聚合酶 轉錄與翻譯（基因的表達）

（3）可以減少物質與能量的浪費，是對環境的適應

（4）終止子與啟動子 （5）終止密碼子、起始密碼子

（6）轉錄與翻譯可以同時進行 （7）半乳糖、葡萄糖

1.2 試題說明

本題復習了基因的表達專題的基礎知識，如轉錄與翻譯的條件、原料、產物等；啟動子、終止子；起始密碼子、終止密碼子等。

本題打破了思維定式，一般的基因前面有啟動子，最后有終止子，但這里是多個基因連接在一起，而基因之間沒有終止子與啟動子；常見的是一個基因轉錄形成一個mRNA，合成一種肽鏈而本題是多個基因轉錄形成一個mRNA，但這一個mRNA能夠翻譯成三種蛋白質，說明在三個基因形成的mRNA之間有終止密碼子與起始密碼子，這樣對學生的思維能力要求較高，可以培養學生在新情景下解決問題的能力。

本題讓學生理解單細胞生物生命調節的生理意義，從而了解生物與環境是相適應的。這種調節機制可以讓大腸桿菌在培養基中有葡萄糖時利用葡萄糖，此時不能合成半乳糖苷酶，當沒有葡萄糖只有乳糖時才啟動半乳糖苷酶的合成，這樣既能適應環境中營養物質的變化，又不會造成物質與能量的浪費。

2.國外教材在命題中的應用

真核細胞有核膜，其核基因的轉錄是在細胞核中進行的，翻譯是在細胞質中的核糖體上進行的。而原核細胞沒有核膜，復制、轉錄、翻譯可以同時進行，筆者結合日本中學生物教材中的材料編制了如下母題。

2.1 超長母題編制展示

如圖2是大腸桿菌中的基因表達過程，圖中字母A～E表示相關物質或結構，①～④分別代表相應箭頭，請根據此圖回答下列問題：

圖2

（1）圖中E表示DNA，A表示的物質是___________ ，該物質參與的過程是___________ ，需要的原料是____________，產物C是___________ 。

（2）圖中結構D是_________ ，完成的生理過程是_________ ，需要的原料是____________ ，產物B是____________ 。

（3）圖中轉錄進行的方向是____________（填序號），翻譯時核糖體的移動是方向是___________ （填序號）。

（4）從圖中可以看出基因表達的高效性表現為__________ ；_____；___________ 。（寫出3點）

（5）圖中DNA合成的多個mRNA堿基序列是否相同，________（填“是”或“否”），原因是________________________ 。

（6）圖中的不同核糖體合成的多肽鏈中氨基酸序列是否相同__________ （填“是”或“否”），原因是_______________________。

【答案】（1）RNA聚合酶 轉錄 核糖核苷酸 mRNA （2）核糖體 翻譯 氨基酸 多肽鏈 （3）① ④ （4）轉錄的同時進行翻譯 一個基因可以同時轉錄形成多個mRNA 一個mRNA可以同時結合多個核糖體，合成多個多肽 （5）是 這些mRNA由同一個基因轉錄而來 （6）是 由于圖中翻譯形成多肽鏈的模板mRNA堿基序列相同

2.2 試題說明

本題從另一個角度來鞏固轉錄與翻譯的相關知識，首先，讓學生回顧了轉錄與翻譯的基礎知識；其次，在轉錄與翻譯的方向上進行思考，轉錄的方向可以根據mRNA鏈的長短來判斷，催化形成的mRNA鏈較長的RNA聚合酶移動在前方，據圖可知從左至右，mRNA的鏈越來越長，所以轉錄的方向是從左至右。在判斷翻譯過程中核糖體的移動方向時，可以根據肽鏈的長短來分析，肽鏈隨著時間的延長而越長，因此核糖體的移動方向是從上到下；最后，本題從相關序列上進行分析，讓學生理解轉錄與翻譯過程中遺傳信息的傳遞方向。

總之，選擇新情景材料編制超長母題進行專題復習，可以讓學生避免機械重復導致的學習疲勞，還能夠提高學生在新情景中解決問題的能力。在編制試題時，試題的材料要有新穎性，并且在問題設置方面，既要有基礎知識，也要有綜合程度較高的問題，還要有創新性的問題，這樣使問題有一定的梯度，可以在復習過程中，使不同層次的學生都能得到發展。