2019年高考天津卷基因工程試題評析及啟示

趙 鑫

(天津市耀華嘉誠國際中學 天津 300040)

1 試題

B基因存在于水稻基因組中，其僅在體細胞(2n)和精子中正常表達，但在卵細胞中不轉錄。為研究B基因表達對卵細胞的影響，設計了如下實驗。

據圖回答：

(1) B基因在水稻卵細胞中不轉錄，推測其可能的原因是卵細胞中(單選)。

A. 含B基因的染色體缺失

B. DNA聚合酶失活

C. B基因發生基因突變

D. B基因的啟動子無法啟動轉錄

(2) 從水稻體細胞或中提取總RNA，構建文庫，進而獲得B基因編碼蛋白的序列。將該序列與Luc基因(表達的熒光素酶能催化熒光素產生熒光)連接成融合基因(表達的蛋白質能保留兩種蛋白質各自的功能)，然后構建重組表達載體。

(3) 在過程①、 ②轉化篩選時，過程中T-DNA整合到受體細胞染色體DNA上，過程在培養基中應加入卡那霉素。

(4) 獲得轉基因植株過程中，以下鑒定篩選方式正確的是(多選)。

A. 將隨機斷裂的B基因片段制備成探針進行DNA分子雜交

B. 以Luc基因為模板設計探針進行DNA分子雜交

C. 以B基因編碼蛋白的序列為模板設計探針與從卵細胞提取的mRNA雜交

D. 檢測加入熒光素的卵細胞中是否發出熒光

(5) 從轉基因植株未成熟種子中分離出胚，觀察到細胞內僅含一個染色體組，判定該胚是由未受精的卵細胞發育形成的，而一般情況下水稻卵細胞在未受精時不進行發育，由此表明。

參考答案： (1) D (2) 精子；cDNA (3) ②；① (4) BCD (5) B基因表達能使卵細胞不經受精直接發育成胚。

2 試題分析

本題在知識層面，重點考查了人教版選修3基因工程中的“啟動子的選擇”“cDNA文庫的構建”和“農桿菌轉化法”等重要知識點。在能力層面，重點考查了“基因工程中的篩選方法”“通過實驗分析，得出實驗結論”和“通過文字和過程圖獲取信息”等能力。

2.1 對題干文字的分析 B基因存在于水稻的基因組中，即水稻所有的細胞都含有B基因，包括卵細胞。但僅在體細胞和精子中表達，在卵細胞中不轉錄。這說明B基因是選擇性表達的基因，而基因表達的關鍵是轉錄，轉錄的關鍵是啟動子。因此，B基因在卵細胞中不轉錄，可能原因就是B基因在卵細胞中的啟動子無法啟動轉錄。

實驗目的是：“研究B基因表達對卵細胞的影響”，這是理解和分析本題的主要線索。

2.2 對過程圖的分析 構建“融合基因”： 將B基因與Luc基因連接。

構建“重組Ti質粒”： 將融合基因插入到Ti質粒的T-DNA中的特定的啟動子和終止子之間。T-DNA中的這個特定的“啟動子”可使B基因在卵細胞中啟動轉錄，從而使B基因正常表達。需要注意的是： Ti質粒上有兩個抗性基因，都可作為標記基因，但位置不同。潮霉素抗性基因位于T-DNA內，會隨T-DNA一起整合到水稻的基因組中。卡那霉素抗性基因位于T-DNA外，將來僅存在于導入(重組)Ti質粒的農桿菌中，不會整合到水稻的基因組中。

①過程為： 導入并篩選農桿菌。篩選方法是將農桿菌放在含有卡那霉素的培養基中培養，篩選出的農桿菌有兩種： 含重組Ti質粒的農桿菌和含原(空載)Ti質粒的農桿菌。②過程為： 侵染并篩選出已轉化的水稻愈傷組織。因水稻為單子葉植物，所以在培養基中需加入酚類物質，目的是有利于農桿菌侵染水稻的愈傷組織，從而有利于農桿菌的重組Ti質粒中的T-DNA整合到水稻基因組中。又因為T-DNA內有潮霉素抗性基因，因此應在培養基中加入潮霉素，從而篩選出已轉化的水稻愈傷組織。

轉基因水稻的檢測、鑒定和篩選。在進行分子水平的檢測時，可根據B基因或Luc基因編碼蛋白質的典型序列為模板，制備探針。但在檢測融合基因是否整合到水稻的基因組DNA上時，不能用以B基因為模板制備的探針，因為水稻的所有細胞中都有B基因。

題目已說明“Luc基因表達的熒光素酶能催化熒光素產生熒光，而融合基因表達的蛋白質能保留兩種蛋白質各自的功能。”因融合基因是共用一個啟動子的，若能成功轉錄，則應轉錄出同一條mRNA，所翻譯出的蛋白質具有各自的功能。因此，在進行翻譯水平的檢測時，在加入熒光素后，若轉基因水稻卵細胞能發出熒光，則可同時說明B基因在卵細胞中已成功表達出了相應的蛋白質。由此也說明了這里所用的“Luc基因”，從作用上看相當于標記基因。

3 答題分析

(1) 題干已說明B基因在水稻卵細胞中不轉錄，推測其原因是： 在卵細胞中B基因的啟動子不能啟動轉錄。A、 C選項表述為突變問題，因突變具有低頻性和隨機性，因此不會使所有的B基因在卵細胞中都無法轉錄。B選項的DNA聚合酶的功能為催化DNA復制，與轉錄無關。

(2) 在獲取B基因時，先通過提取總RNA，經反轉錄構建cDNA文庫，再獲得B基因編碼蛋白質的序列。因此應從能表達B基因的細胞中提取總RNA，才能確保總RNA中有B基因轉錄出的相應mRNA。這類細胞在題干中已有明確表述，即體細胞和精子。但第一個空有部分考生錯答“卵細胞”或“生殖細胞”，主要原因是審題失誤。第二個空應答“cDNA”或“部分DNA”或“互補DNA”或“表達DNA”或“反轉錄DNA”，但答“基因”“基因組”“DNA”“RNA”或“cRNA”不給分。還有部分考生書寫不規范，將“cDNA”寫成“CDNA”或“c-DNA”。

(3) 部分考生將兩個序號填反或全填①或全填②。說明未掌握Ti質粒中的T-DNA的作用原理，也未能理解Ti質粒上的兩個抗性基因，因所在的位置不同，篩選時的作用也不同。

(4) 因為是多選的考查形式，部分考生怕誤選，不敢選，錯誤率較高。A選項根據人教版選修3教材表述可知： DNA分子雜交法一般用于檢測目的基因是否插入到轉基因生物的基因組中。而水稻基因組中本來就有B基因，但在卵細胞中不轉錄。因此，用B基因片段制備探針去檢測轉基因水稻基因組中是否有B基因是沒有必要的。

(5) 題干已說明轉基因植株未成熟種子中的胚是由含一個染色體組的未受精的卵細胞發育形成的，再去回應題干中的實驗目的：“研究B基因表達對卵細胞的影響”，由此可推測出“B基因表達可使卵細胞不經受精作用而直接發育成胚。”正確回答這個小題應把握好三個關鍵詞，即“表達”“卵細胞”和“發育”。但部分考生漏答“表達”，只說B基因，或只泛泛地回答“影響”，并未具體說明是影響“發育”。其實，題干對實驗目的表述已給出了“答題的線索和模板”，考生應根據對題目的分析和推理，將其具體化地表述出來即可。

4 對教學的啟示

4.1 研磨歷年真題，洞察命題規律 在2019年《考試說明》(天津卷)中，對基因工程操作步驟的知識要求為Ⅱ，即理解所列知識和其他相關知識之間的聯系和區別，并能夠在較復雜的情境中綜合運用其進行分析、判斷、推理和評價。高考(天津卷)在2016年、2017年和2019年的試題中均涉及到了農桿菌轉化法的考查，而且也都考查了篩選問題。考查規律呈現出了難度逐年加大、內容逐漸加深、更加全面和細致的特點。如果教師在研磨歷年高考真題時，能夠洞察并把握這種命題變化趨勢，在新課教學和一輪復習中有針對性地進行調整，相信對于大多數學生來說，對此類問題的考查會更游刃有余。

4.2 研讀課標教材，落實概念教學 新課標聚焦于“大概念”和“核心概念”。在《普通高中生物學課程標準(2017版)》的內容標準中，明確提出了“闡明基因工程的基本操作程序，主要包括： 目的基因的獲取、基因表達載體的構建、目的基因導入受體細胞和目的基因及其表達產物的檢測鑒定等步驟”。在“目的基因的獲取”這一步驟中，出現了“基因文庫”的概念。在人教版選修3教材中，不僅對這個概念進行了操作性的解釋，而且還運用了類比法和表格比較法對兩種基因文庫進行比較分析。建議教師在新課教學時，應以“結構決定功能”的生物學思想為指導，從真核基因和原核基因的結構和轉錄(功能)兩個方面的區別出發，幫助學生深入理解基因文庫的概念，明確兩種基因文庫的特點和區別。在一輪復習時，還應引導學生將“基因文庫”與必修2的“基因組”“基因庫”這些相近易混概念從內涵、水平、分類和應用等多個視角進行比較復習[1]。同時，通過加強糾錯練習，不斷規范學生的書寫，避免出現諸如“CDNA”“c-DNA”和“cRNA”等錯誤寫法。

4.3 新課落實基礎，復習化整為零 基因工程歷來就是教學的重點和難點，也是高考(天津卷)的高頻考點。一方面是其知識體系較為龐雜，內容又較為抽象，學生的理解難度較大；另一方面是基因工程還涉及到了必修2的基因和基因表達、基因重組、遺傳規律和育種等相關內容，知識點間的聯系廣泛，綜合度高。因此建議教師在新課教學時，應著重落實基礎，重視學生對教材的研讀。在一輪復習時，可根據歷年高考常考知識點，將基因工程分解成若干個小專題，化整為零，逐一突破，幫助學生理解基因工程操作中的每一個步驟背后的原理，知其然更要知其所以然。為了使學生能夠更好地理解過程圖，教師還可以創新教學方式、布置作圖作業，進一步促進學生對知識的內化。