以囊性纖維病為情境的自主命題考查與應用

王兆胡

(甘肅省華亭市第一中學 華亭 744100)

縱觀人教版高中生物學教材，囊性纖維病出現在不同章節：在必修1第4章第3節的“與社會的聯系”閱讀欄里引用了關于囊性纖維病的簡介；在必修2第4章第2節“基因、蛋白質與性狀的關系”正文中比較詳細地解釋了這種遺傳病的致病機理；在選修3專題一第3節基因工程的應用的文本中作為體內基因治療的經典案例予以呈現。在教材的三個地方為了佐證不同的生物學概念而作為引例頻頻出現，視角不同，目的不同，側重點不同，筆者認為該病例比較具有學科知識綜合的命題考查應用價值，可以該病例為載體，針對生物學學科核心素養進行深度挖掘與自主命題。

1 教材不同章節中“囊性纖維病”素材的深度挖掘

培養和建立生命觀念是生物學科的重要核心素養之一，其中包括“結構與功能觀”。囊性纖維病貼切地印證了“結構決定功能，功能影響結構”這一認識[1]。在必修1教材中做了如下表述： 二十世紀八十年代人們認識到一種叫做囊性纖維病(CF)的遺傳疾病。歸因于細胞中某種蛋白質結構的異常……這一發現給囊性纖維病的治療帶來了新的希望。究竟是什么樣的一個蛋白質結構異常影響了兩種無機鹽離子的跨膜運輸？這個蛋白質是否指的是載體蛋白？這兩種離子究竟以何種方式跨膜？有許多考查題目應景而生。這是符合新高考命題要求的，即以真實案例為背景，緊密聯系生活實際和醫學實證，同時也滿足對生物學學科素養的融合滲透考查，讓學習者樹立正確的生命觀念。

囊性纖維病被作為典型例證引用在“遺傳與進化”模塊，集中體現了學科核心素養的生命觀念、科學思維和科學探究。生命現象物質層面的最終解釋要依賴于化學和物理，唯物主義史觀尊崇物質的客觀性。人類在尊重事實和證據的基礎上，以嚴謹和務實的求知態度，運用科學的思維方法培養學生認識事物、解決實際問題，此過程中必定少不了試錯，那么就得深入探究，探究類實驗組織得成功與否，在于是否觸及到好奇點和激發到未知點[2， 3]。在必修2中做了詳細闡述： 跨膜蛋白(CFTR蛋白)的基因缺失了3個堿基對導致該蛋白質在第508位缺少了苯丙氨酸進而影響了空間結構……體現了生命觀念中的“結構與功能觀”，從分子水平理解病因，有助于人們找到合理有效的治療方法。該病是隱性基因控制的遺傳病，該遺傳病患者的雙親帶有隱性致病基因，不過，他們表面上都是正常無恙，胎兒卻有1/4的概率患該遺傳病，為什么該致病基因從人類的基因庫中剔除不了？體現了生命觀念中的“進化與適應觀”。

深度探究，通過DNA技術已將引起致病的CFTR基因定位于人類的第7對染色體的長臂上，因為基因有了缺陷，導致載體蛋白結構異常，從分子水平進行生命密碼的解讀，將為學生打開生命奧秘的化學之門。對科學思維的訓練必須借助學科交叉來實現。那么自主命題中就要明確體現。要深度認識該病例，還需要科學探究和專題性質的深度學習，可將獲取目的基因的方法整合在自編習題中予以考查，達到考查學習者對這一生命現象的本質認識，嚴謹地自編習題，并將貫穿于教材當中的生物學科核心素養精準地體現出來。

2 以“囊性纖維病”為情境的原創試題命制

在實際教學當中要合理地對學科素養做到可檢測可評估這一環節，最有效的策略不外乎組織實驗和編制有針對性的習題。以后者為例，有這樣兩個患有囊性纖維病的家庭遺傳系譜如圖1所示(若控制該病的基因記做a)，表達產物CFTR的膜整合示意圖如圖2。

圖1 兩個囊性纖維病人的家庭遺傳系譜圖

圖2 CFTR的膜整合示意圖

問題設置：

(1) 圖2中所示為細胞膜的模型，其中構成細胞膜的基本支架是。

(2) CFTR蛋白結構的異常，影響了肺部細胞的鈉離子和氯離子的跨膜運輸，氯離子跨膜運輸的正常進行是由膜上決定的，這種跨膜運輸方式屬于。隨著氯離子在細胞外濃度逐漸升高，水分子向膜外擴散的速率，使覆蓋于肺部細胞表面的黏液被稀釋。

(3) 主動運輸所需的載體蛋白實際上是一些酶蛋白復合體，與被動運輸不同，該類蛋白都能水解，但它不能對其所轉運的分子進行催化。

(4) 囊性纖維病這種變異來源于,這種突變類型有、、。

(5) 正常的CFTR蛋白約由1 500個氨基酸組成，直接指導該蛋白質合成的模板至少由個核苷酸組成(考慮終止密碼子)。目前已發現CFTR基因有1 600多種突變，都能導致嚴重的囊性纖維化，這一事實說明基因突變具有等特點。其中一種CFTR基因突變會導致肽鏈錯誤折疊，使蛋白質的結構發生改變，從而影響CFTR蛋白的正常功能。

(6) 從圖1遺傳系譜圖推知，該病是染色體上的性遺傳病。患病女孩的基因型為，其父親的基因型為。

(7) 圖1右中的F1與攜帶該致病基因的正常男性結婚，生一個正常孩子的概率是。若右圖中的雙親均未患白化病，而他們有同時患白化病、囊性纖維病的孩子，則其雙親所生孩子的基因型可能有種。

(8) 若進行調查某一地區的囊性纖維病，則需遵循原則。若要預防該病的遺傳，最好的方法是做好遺傳咨詢與產前診斷，那么產前診斷包括、、、。能預防該病的診斷有。能否借助胎兒性別鑒定的方法規避該病的擴布？。

(9) 該病的致病基因位于7號染色體長臂位置，若診斷需采用技術，用標記了的DNA單鏈做探針與進行雜交，人工合成種這類探針進行產前基因診斷。若已知一段mRNA的序列為“…ACUUAG…”則探針的序列為，大量制備這種探針可采取技術。

(10) 對于一個已出生患病個體若要徹底治療，選取了基因治療的方案。該病運用技術可以將經過修飾過的作為載體，讓正常的相應基因轉入患者肺部組織中達到治療目的。這種直接向人體組織細胞中轉移基因的治療方法叫。該治療方法是否存在臨床風險？答：。

評析： 通過上述自編題目的考查意圖可見，要落實學科核心素養離不開通識性習題的改編或者是原創。最初的啟示和靈感一定是源自于教材，對素材的整合、重組、挖掘和拓展，將是貫徹好各學科核心素養的“可觸摸化”“可檢測化”的必由之路[4]。