進化與適應觀在2018年北京高考題中的體現(xiàn)

周有祥

(北京市昌平區(qū)第一中學 北京 102200)

生命觀念是指對觀察到的生命現(xiàn)象及相互關系或特征進行解釋后的抽象，是人們經過實證后的觀點，是能夠理解或解釋生物學相關事件和現(xiàn)象的意識、觀念和思想方法。其中，進化與適應觀是最具有生物的獨特性和復雜性。

從生命系統(tǒng)的視角看，系統(tǒng)的正常運行是生物適應環(huán)境的表現(xiàn)。但由于環(huán)境總處在不斷的變化之中，因此，生物也會隨之而發(fā)生調整(變異與選擇)，以達到新的適應，這就是進化。所以，適應也是進化的具體結果。生物的進化包括種間的協(xié)同進化，也包括生物與無機環(huán)境之間的相互影響。正如系統(tǒng)進化觀認為的那樣，進化遠遠不是簡單趨向平衡和片面適應環(huán)境，而且是適應與創(chuàng)造之相互作用的展開，環(huán)境本身就是一個能適應和進化的活系統(tǒng)，因此，進化就是指有機體與環(huán)境之間的共同進化。

2018年全國高考北京卷理科綜合第30題就很好地從“進化與適應”的角度出發(fā)考查了學生“認識生物的多樣性、統(tǒng)一性、獨特性和復雜性，形成科學的自然觀和世界觀，并以此指導探究生命活動規(guī)律，解決實際問題”的能力。

1 試題分析

1.1 背景資料 試題的題干： 水稻是我國最重要的糧食作物。稻瘟病是由稻瘟病菌(Mp)侵染水稻引起的病害，嚴重危害糧食生產安全。與使用農藥相比，抗稻瘟病基因的利用是控制稻瘟病更加有效、安全和經濟的措施。

分析： 題干為整個試題提供了一個情境。情境的背景資料是： 由子囊菌Magnaportheoryzae引起的稻瘟病是一種世界性的水稻病害，嚴重影響我國水稻生產和糧食安全。隨著水稻和稻瘟病菌全基因組測序計劃的相繼完成，水稻—稻瘟病菌的互作機制研究已成為植物—病原物互作機制研究的模式系統(tǒng)。深入研究稻瘟病菌入侵機制、病菌效應分子的功能、無毒基因—抗病基因之間的互作及水稻響應機制等，對利用抗病遺傳育種和遺傳工程手段控制稻瘟病危害、保障水稻生產具有十分重要的意義。

1.2 基本概念 試題的第(1)小題： 水稻對Mp表現(xiàn)出的抗病與感病為一對相對____________。為判斷某抗病水稻是否為純合子，可通過觀察自交子代____________來確定。

分析： 第(1)問檢測的是遺傳學研究的最基本的概念。生物體形態(tài)結構與生理功能的特征就是所謂性狀，而同一性狀的不同表現(xiàn)類型稱之為相對性狀。判斷顯性個體是否為純合子的方法通常有： ①自交： 如果是純合子，自交子代不出現(xiàn)性狀分離；如果是雜合子，自交子代會出現(xiàn)性狀分離；②測交： 如果是純合子，測交子代只表現(xiàn)為顯性；如果是雜合子，測交子代既有顯性也有隱性。

1.3 技術應用 第(2)小題： 現(xiàn)有甲(R1R1r2r2r3r3)、乙(r1r1R2R2r3r3)、丙(r1r1r2r2R3R3)三個水稻抗病品種，抗病(R)對感病(r)為顯性，三對抗病基因位于不同染色體上。根據基因的DNA序列設計特異性引物，用PCR方法可將樣本中的R1、 r1、 R2、 r2、 R3、 r3區(qū)分開。這種方法可用于抗病品種選育中基因型的鑒定。①甲品種與感病品種雜交后，對F2不同植株的R1、 r1進行PCR擴增。已知R1比r1片段短。從擴增結果(下圖)推測可抗病的植株有____________。②為了在較短時間內將甲、乙、丙三個品種中的抗病基因整合，選育新的純合抗病植株，下列育種步驟的正確排序是____________。

a. 甲×乙，得到F1

b. 用PCR方法選出R1R1R2R2R3R3植株

c. R1r1R2r2r3r3植株×丙，得到不同基因型的子代

d. 用PCR方法選出R1r1R2r2R3r3植株，然后自交得到不同基因型的子代

分析： 第(2)小題分子生物學技術的應用。甲乙丙三個抗病品種的抗病性分別來自R1、 R2、 R3，因為三對抗病基因位于不同染色體上，所以三對等位基因之間是自由組合關系。不同基因的堿基序列不同，PCR的方法可以根據不同序列設計不同的引物擴增不同基因特定片段，從而進行區(qū)分。

甲品種R1R1r2r2r3r3與感病品種(基因型為r1r1r2r2r3r3)雜交后，得F1為雜合子R1r1r2r2r3r3，實際上r2r2r3r3始終為純合，因此分析過程中可以不考慮這兩對基因。F1自交得F2，它們的基因型可能是R1R1、 R1r1、 r1r1，因為R1比r1片段短，所以分析電泳結果可以得出： 植株1為R1R1、植株2為r1r1、植株3為R1r1，因此由圖中的擴增結果可以推測可抗病的植株有植株1和植株3；

根據基因的自由組合定律，通過雜交育種可以將優(yōu)良性狀組合起來，因此一定有其中任意兩品種雜交，然后子代再與另一品種雜交，再經過自交選育出純合。不過此題中已經有了“PCR方法可以將樣本中的R1、 r1、 R2、 r2、 R3、 r3區(qū)分開”的信息，所以這個育種步驟如圖1。

甲(R1R1r2r2r3r3)×乙(r1r1R2R2r3r3)

↓

F1(R1r1R2r2r3r3)×丙(r1r1r2r2R3R3)

↓

子代有四種基因型，利用PCR方法篩選出R1r1R2r2R3r3

↓進行自交

子代有二十七種基因型(33)，利用PCR方法篩選出R1R1R2R2R3R3

圖1 育種步驟

1.4 內在機制——適應的機理 第(3)小題： 研究發(fā)現(xiàn)，水稻的抗病表現(xiàn)不僅需要自身抗病基因(R1、 R2、 R3等)編碼的蛋白，也需要Mp基因(A1、 A2、 A3等)編碼的蛋白。只有R蛋白與相應的A蛋白結合，抗病反應才能被激活。若基因型為R1R1r2r2R3R3和r1r1R2R2R3R3的水稻，被基因型為a1a1A2A2a3a3的Mp侵染，推測這兩種水稻的抗病性表現(xiàn)依次為____________。

分析： 從分子機制上看，水稻的抗病反應需要水稻自身抗病蛋白(R系列)與MP蛋白(A系列)相匹配，進而結合，才能被激活。所以被a1a1A2A2a3a3的MP侵染后，只有R2R2類型的抗病反應才能被激活(圖2)。因此，R1R1r2r2R3R3和r1r1R2R2R3R3分別表現(xiàn)為感病和抗病。

圖2 適應的機理

1.5 內在機制——變異與選擇的發(fā)生 第(4)小題： 研究人員每年用Mp(A1A1a2a2a3a3)人工接種水稻品種甲(R1R1r2r2r3r3)，幾年后甲品種喪失了抗病性，檢測水稻的基因未發(fā)現(xiàn)變異。推測甲品種抗病性喪失的原因是____________。

分析： 對于品種甲(R1R1r2r2r3r3)來說，雖然對MP(A1A1a2a2a3a3)具有抗性，但是如果R1或者A1發(fā)生突變，就會改變原有的“匹配”，從而導致抗病反應不能發(fā)生，失去抗病能力。

1.6 內在機制——進化的實質 第(5)小題： 水稻種植區(qū)的Mp是由不同基因型組成的群體。大面積連續(xù)種植某個含單一抗病基因的水稻品種，將會引起Mp種群____________，使該品種抗病性逐漸減弱直至喪失，無法在生產中繼續(xù)使用。

分析： 從群體的基因頻率變化來看，如果大面積連續(xù)只種植只含單一抗病基因的水稻品種，意味著擁有與之“匹配”A基因的MP失去繼續(xù)增殖的機會，從而這種A基因頻率下降，而其他類型A基因的頻率會上升，因此擁有原R基因的抗病水稻的抗病能力就會下降甚至喪失。換句話說，水稻與MP之間存在著相互選擇，共同(協(xié)同)進化。

1.7 解決實際問題 第(6)小題： 根據本題所述水稻與Mp的關系，為避免水稻品種抗病性喪失過快，請從種植和育種兩個方面給出建議____________。

分析： 綜合以上分析，為避免水稻品種抗病性喪失過快，一方面可以豐富水稻的抗病品質，即具有R1R2R3，以應對擁有不同A基因的MP；另一方面，可以在同一區(qū)域分別種植抗病和感病水稻，以弱化對MP的選擇作用，避免A基因頻率的過快變化。

從整道試題的結構上看，試題按照“表(現(xiàn))象—內在機制—實際應用”的思路展開，考查了學生的理解(辨認、比較、解讀)、應用(推理歸因)、創(chuàng)新(設計)能力。

其實，留意一下以往的北京卷，就可以發(fā)現(xiàn)蘊含著進化與適應的生命觀念的命題并不鮮見。例如，2016年“豹的引種”、2014年“病毒與野兔”、2013年“安第斯山長舌蝠與長筒花”、2012年“金合歡蟻與金合歡樹”等。但因為都是選擇題，所以很難完整地進行學科素養(yǎng)的考查。

2 啟示

進化與適應觀是從“歷史—現(xiàn)在—未來”的維度去理解生命的思想與觀念，它需要回答“生命從哪里來、現(xiàn)在如何、到哪里去、它為什么是這樣”等問題。所有的生命現(xiàn)象，其最終的原因都要到進化里去尋找。因此，進化與適應觀是最具有生物學屬性的生命觀念。

教師在教學中，首先應該致力于以生命的系統(tǒng)性為基礎，以事實(科學史發(fā)現(xiàn)、實驗證據)為支撐，理解基本原理，逐步讓學生形成生物學的重要概念，進而形成自己認識生命的觀點和解決實際問題的能力，最終達成學科思想方法——觀念(素養(yǎng))；還需要從各個角度尋找支撐進行滲透，例如，從生命物質與無機自然界的統(tǒng)一性、從細胞結構的多樣性和統(tǒng)一性、從代謝方式的比較、從細胞的生命歷程、從遺傳的分子機制、從可遺傳變異的來源、從生物與生物及生物與無機環(huán)境之間的關系等多方面滲透“進化與適應”的思想；還要把解決實際問題的關鍵能力培養(yǎng)作為“素養(yǎng)”是否達成的重要判斷依據，如題中所示案例。同時，綜合的、相互聯(lián)系的培養(yǎng)生命觀念，不孤立理解和培養(yǎng)任何一種生命觀念。例如，適應是指生物的結構以及這些結構所表達出來的功能有利于生物的生存。因此，結構與功能觀是生物適應環(huán)境的具體表現(xiàn)。生命系統(tǒng)的結構與功能是建立在物質與能量的基礎上的，同時生命系統(tǒng)對環(huán)境的適應既依賴于生物自身的穩(wěn)態(tài)與調節(jié)，又影響著這個生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)與平衡。

每年的高考總會影響著教與學，但不必在意試題本身，結合課程標準深入理解命題的要義才是教師要做的。