基于學科前沿成果的一道原創試題展示及剖析

安徽

分析近幾年的高考試題不難發現，在素材選擇上命題人常關注科學前沿，重真實情境，在問題設置上常側重思維能力、邏輯推理能力、語言表達等能力的考查，這些是學生未來走向社會應具備的關鍵能力。筆者以“科學前沿成果”為命題素材，把選修3相關知識進行融合、串聯，從核心素養的不同維度、不同水平設置一系列問題，對學生進行綜合能力的考查，以利于生物學科核心素養的養成。

【原創試題】匹茲堡大學科研人員曾在《科學》上發表文章，聲稱用體細胞克隆非人靈長類動物的理想是不可能實現的。中國科研人員孫強教授帶領一個包括獸醫、護士，博士等在內的十幾人團隊，自2012年起歷經5年多時間，攻堅克難，通過體細胞核移植成功克隆獼猴，目前已獲得兩只克隆猴“中中”和“華華”，2018年1月25日，體細胞克隆猴——“中中”和“華華”登上學術期刊《細胞》封面，打破了體細胞克隆非人靈長類動物的理想是不可能實現的觀點。實驗流程如圖所示，分析并回答下列問題：

（1）供體體細胞在體外培養時，定期更換培養液的目的是_________________________________________________________________________________________ 。由于人們對動物細胞所需營養物質還沒有完全弄清楚，因此在培養細胞時需在培養基中加入___________ 。

（2）體細胞核移植時，將甲的細胞核移植到乙的去核卵母細胞中，選擇卵母細胞的原因是______________________________ ；圖中④表示__________ 技術。

（3）克隆猴“中中”和“華華”核基因組理論上與______（填“甲”“乙”或“丙”）猴一致，科研人員通過27個微衛星位點分析證明克隆猴核基因組信息與理論上一致，微衛星序列是1～4個堿基的重復序列，不同個體間重復次數往往不同，說明微衛星位點________（填“容易”或“不容易”）發生變異，選用多個微衛星位點而非個別微衛星位點的優點是_______________________ ；“中中”和“華華”的有些性狀與核基因組供體并不完全相同，除環境因素外，發生此現象的原因是____________________________________________ 。

（4）在克隆過程中，科研人員面臨的難題之一是如何將重新構建的克隆胚胎激活，因為核基因組啟動前，體細胞核要進行重編程，即將成熟體細胞重新誘導回______狀態。研究人員廣泛吸收了前沿科學最新成果，將TSA和Kdm4（兩種酶）注入尚未形成囊胚的卵母細胞中，提高了核基因組重編程過程重啟的成功率。通過克隆獼猴的成功案例，你認為要在科研道路上有所突破，應該具有怎樣的科研品質？__________________________________________________ 。（答出兩點即可）

【參考答案】

（1）防止代謝產物積累對細胞自身造成危害 動物血清或血漿

（2）卵母細胞的質中含有能使已分化的核表達出全能性的營養和物質 胚胎移植

（3） 甲 容易 減小誤差，提高實驗數據的準確性 卵母細胞的細胞質中的遺傳物質會對克隆動物的性狀產生影響

（4）早期胚胎（或未分化或干細胞） 敢于質疑、勇于創新；具有團隊合作精神；關注相關學科前沿科研成果（合理即可）

【解析】（1）動物細胞培養過程中需要無菌無毒的環境，定期更換培養液的目的是清除代謝產物，防止代謝產物積累對細胞自身造成危害；在動物細胞培養過程中，有些營養物質還沒有完全弄清楚，需要加入一些天然成分，如動物血清或血漿等物質。（2）去核的卵母細胞含有能使細胞核表達出全能性的營養和物質，而體細胞中沒有相應的物質和條件，所以在體細胞核移植時，會選擇卵母細胞；克隆胚胎需要通過胚胎移植技術移植到受體中。（3）克隆動物的核基因組應該來自提供細胞核的一方，所以應該是甲個體；不同個體間重復次數往往不同，說明微衛星位點容易發生變異；選用多個微衛星位點而非個別微衛星是為了避免偶然性發生，提高實驗數據的準確性；生物的性狀由基因和環境因素共同影響，克隆后代某些性狀與核基因組供體并不完全相同，除環境因素外還可能是遺傳物質有差異，細胞質基因來自去核的卵母細胞，這些遺傳物質也會控制某些性狀的形成。（4）體細胞克隆過程中，被移植的細胞核是已經分化了的細胞中的細胞核，此細胞核如果要表達出全能性，應像植物細胞脫分化一樣回到未分化的狀態才可以；從材料中可以看出科研人員不僅在挑戰權威，還涉及不同學科人員通力合作、攻堅克難，采用本學科最前沿科研成果使實驗取得重大突破，最后獲得成功。

【命題說明】

1.素材來源

《環球科學》“中國科學家成功克隆靈長類動物”一文。

2.命題素材分析

選用最新的學科前沿科研成果為命題素材，能保證試題的時效性、科學性和權威性，素材情境新穎，能有效激發學生的興奮點；克隆技術是社會熱點問題，帶領學生基于生物學知識，參與討論并作出理性解釋，有效激發學生的思考點，有助于學生社會責任意識的養成教育；學生通過閱讀題干和問題中補充提供的資料信息，豐富學生的知識，讓學生感受到我國科研人員在“攻堅克難、不懈努力”，潛移默化地培養學生的愛國情懷，增加民族自豪感和責任感。

3.命題立意

隨著課程改革的推進，生物學科對核心素養的考查日益突出。高考試題特別突出能力立意，在問題設置上重語言描述、重科學思維、重社會責任。本題通過克隆猴“中中”和“華華”的誕生，把選修3動物細胞工程和胚胎工程相關知識進行融合、串聯，從核心素養的不同維度、不同水平對學生進行綜合能力考查（見表1：原創試題在核心素養上的體現及水平）。

本題側重核心素養、責任意識養成和科學品質教育，最后一問“你認為要在科研道路上有所突破，應該具有怎樣的科研品質？”這是一個開放問題，旨在引導學生感悟知識之外的科學精神——敢于質疑、勇于創新、堅持不懈、團隊合作；引導學生關注科研成果的進展，幫助學生養成社會責任意識。

表1 原創試題在核心素養上的體現及水平

續表