基于2020年度諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎、化學(xué)獎的原創(chuàng)試題命制*

汪興澤 殷俊才

（1 江蘇省泰興市教師發(fā)展中心 江蘇泰州 225400 2 江蘇省泰興中學(xué) 江蘇泰州 225400）

《普通高中生物學(xué)課程標準（2017年版）》（以下簡稱“課程標準”）從立意、刺激情境、設(shè)問3 個層面制定了命題原則。立意要求指向生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的發(fā)展水平；刺激情境應(yīng)貼近學(xué)生生活實際,以真實問題情境組織命題；設(shè)問要求表述和指向明確、清晰、直接，確保題目的公平性、科學(xué)性和規(guī)范性等。命題程序第3 點中再次強調(diào)：試題情境應(yīng)圍繞現(xiàn)實問題（包括熱點問題）展開,盡量做到新穎、真實、科學(xué)、恰當(dāng)，有一定的信息量和適當(dāng)?shù)膹?fù)雜度、能成為學(xué)生運用學(xué)科知識分析和解決實際問題的載體[1]。

《中國高考評價體系說明》指出：高考評價體系中所謂的“情境”即“問題情境”,指的是真實的問題背景，是以問題或任務(wù)為中心構(gòu)成的活動場域。“情境活動”是指人們在情境中所進行的解決問題或完成任務(wù)的活動[2]。實現(xiàn)高考評價體系中的“四層”考查內(nèi)容和“四翼”考查要求，必須選取合適的載體，再現(xiàn)學(xué)科理論產(chǎn)生的場景或呈現(xiàn)現(xiàn)實中的問題情境，讓學(xué)生運用必備知識和關(guān)鍵能力去解決實際問題，展現(xiàn)學(xué)科素養(yǎng)水平。

無論課程標準還是高考評價體系，都為試題的命制指明了方向。好的生物學(xué)學(xué)習(xí)情境具有真實、理蘊、適宜、情深、意遠等特點。生物學(xué)試題的任務(wù)情境包括3 類：生活、學(xué)習(xí)和實踐情境，科學(xué)實驗和探究情境，生命科學(xué)史情境[3]。每年諾貝爾獎評選都是社會熱點，其中生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎、化學(xué)獎往往涉及生命科學(xué)重大的發(fā)現(xiàn)或科學(xué)技術(shù)的新發(fā)明，可以中學(xué)生物學(xué)為背景解讀，具備生物學(xué)學(xué)習(xí)情境的多個特點，非常適合用作原創(chuàng)試題的載體。遵循課程標準制定的命題原則，圍繞“一核、四層、四翼”的高考評價體系，筆者分別以2020年度諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎、化學(xué)獎為載體等，命制了2 道原創(chuàng)試題。

1 基于諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎的試題命制

2020年，諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎授予哈維·阿爾特（Harvey Alter）、邁克爾·霍頓（Michael Houghton）和查爾斯·M·賴斯（Charles M.Rice），以表彰他們在“發(fā)現(xiàn)丙型肝炎病毒”方面做出的貢獻。

原創(chuàng)試題及解析：3 位科學(xué)家因發(fā)現(xiàn)丙肝病毒（HCV）而獲得2020年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎。HCV 是有包膜的單股正鏈RNA（+RNA）病毒，主要經(jīng)血液或血制品傳播。圖1示意HCV 生活史，請回答[4-5]：

圖1 HCV 復(fù)制過程示意圖[5]

1）據(jù)圖可知，HCV 識別肝細胞表面的受體______，通過______作用入侵或感染宿主細胞；推測包膜化學(xué)成分主要是______。

2）據(jù)圖分析，②、③所代表的過程是______，所需的原料是______。

3）+RNA（可直接指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成）含有的核糖體結(jié)合位點、起始密碼位于______端，指導(dǎo)合成的多聚蛋白前體在______作用下水解成多種病毒蛋白。

4）由于DNA 聚合酶的校正功能，以及細胞中存在錯配修復(fù)系統(tǒng)等，因而細胞中的DNA 能精確復(fù)制。請嘗試解釋HCV 基因組容易發(fā)生變異的主要原因______。

5）HCV 感染者難以清除體內(nèi)病毒，因而預(yù)防感染成為重中之重。下列行為可能導(dǎo)致感染HCV 的有（ ）。

①與HCV感染者握手。

②輸入未經(jīng)嚴格檢測的血液制品。

③與HCV感染者共用馬桶。

④與吸毒者共用注射器注射毒品。

解析：本題側(cè)重考查學(xué)生對示意圖的觀察能力、演繹與推理、批判性思維能力及健康的生活理念等。1）要求學(xué)生通過觀察能發(fā)現(xiàn)HCV 入侵靶細胞的方式是受體介導(dǎo)的胞吞作用，并依據(jù)子代病毒在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)組裝、在高爾基體成熟，合理推測出HCV包膜的主要成分類似于其他生物膜。2）依據(jù)題意，HCV 是正鏈RNA 病毒，+RNA 可直接作為指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成的模板，所以，過程①代表翻譯，②、③代表由（+RNA）→（-RNA）→（+RNA）的RNA 復(fù)制過程。3）關(guān)注新教材內(nèi)容的變化，RNA（與DNA 一樣）有方向性，5′端有核糖體結(jié)合位點等。多聚蛋白前體在蛋白酶作用下水解成多種病毒蛋白考查學(xué)生的逆向思維能力。4）需要學(xué)生依據(jù)試題提供的事實和證據(jù)，對“RNA 單鏈，容易發(fā)生變異”的傳統(tǒng)觀點進行批判性思維，避免思維定勢對正確答題的干擾。5）考查學(xué)生的社會責(zé)任意識。希望學(xué)生能基于生物學(xué)的認知，參與社會事務(wù)的討論，作出理性解釋和判斷，崇尚健康文明的生活理念，向他人宣傳關(guān)愛生命的觀念和知識，成為健康中國的促進者和實踐者。

參考答案：1）CD81（和SR-B1）胞吞 磷脂和蛋白質(zhì)；2）RNA 復(fù)制 核糖核苷酸；3）5′蛋白酶；4）肝細胞中缺少RNA錯配修復(fù)系統(tǒng)，RNA聚合酶缺乏校正功能導(dǎo)致RNA不能精確復(fù)制；5）②、④。

2 基于諾貝爾化學(xué)獎的試題命制

2020年，諾貝爾化學(xué)獎授予法國女科學(xué)家埃瑪紐埃勒·沙爾龐捷（Emmanulle Charpentier）和美國女科學(xué)家珍妮弗·道德納（Jennifer Doudna），以表彰她們發(fā)明了CRISPR/Cas9 介導(dǎo)的基因編輯技術(shù)。

原創(chuàng)試題及分析：2 位女科學(xué)家因發(fā)明了CRISPR/ Cas9 技術(shù)而獲得2020年諾貝爾化學(xué)獎。CRISPR/Cas9 系統(tǒng)可對基因組進行定點編輯，其工作原理如圖2所示。

圖2 CRISPR/Cas9 系統(tǒng)的工作原理示意圖[5]

1）據(jù)圖2可知，在向?qū)NA（sgRNA）的引導(dǎo)下，Cas9 利用其具有的___個酶切活性位點，水解目標DNA 的____。

2）科研人員通過突變得到酶切活性全部消失的dCas9，構(gòu)建的CRISPR / dCas9 系統(tǒng)保留sgRNA引導(dǎo)進入基因組的能力。當(dāng)dCas9 與VP64、P65等轉(zhuǎn)錄激活因子融合，形成的dCas9-SAM 可進行基因調(diào)控等研究[5-7]。

①圖3示意將OCT4、KLF4、MYC及SOX24 個基因的sgRNA 序列串聯(lián)成的sgRNA 質(zhì)粒和dCas9-SAM 質(zhì)粒與磷脂等混合（形成包埋DNA 的脂質(zhì)體結(jié)構(gòu)）。將脂質(zhì)體加入到細胞系MCF7 的細胞培養(yǎng)皿中，能實現(xiàn)基因轉(zhuǎn)移的原理是___。24 h 后通過添加___篩選并進行單細胞培養(yǎng)即可得到基因編輯后細胞。此過程須在37℃，氣體環(huán)境為___的細胞培養(yǎng)箱中進行。

圖3 串聯(lián)質(zhì)粒的構(gòu)建與表達[7]

②轉(zhuǎn)染好的細胞用裂解液消化后，使用RNA提取試劑盒提取總RNA，取1 μg 提取的RNA使用反轉(zhuǎn)錄試劑盒進行操作即得到___，然后將其進行實時熒光定量PCR。PCR 操作時通常___5 min，變性30 s，再復(fù)性、延伸，循環(huán)等。

③該實驗通過4 種sgRNA 對MCF7 細胞進行編輯，可實現(xiàn)多基因___的目的。

解析：本題側(cè)重考查學(xué)生對示意圖的觀察能力、演繹與推理、創(chuàng)造性思維能力等。（1）仔細觀察圖2，可見其中有2 把“剪刀”，代表了Cas9 核酸酶含有的2 個核酸酶催化結(jié)構(gòu)域。在基因水平上將其中1 個催化結(jié)構(gòu)域滅活，可形成使DNA 單鏈斷裂的缺口酶版本nCas9。結(jié)合（2）題“科研人員通過突變得到酶切活性全部消失的dCas9”，可判斷出Cas9 具有2 個酶切活性位點，分別剪切雙鏈DNA 的一條單鏈切割磷酸二酯鍵，并產(chǎn)生平末端的DNA 雙鏈斷裂。（2）中①題拓寬知識面，希望學(xué)生了解目的基因?qū)雱游锛毎姆椒ǔ孙@微注射法外，脂質(zhì)體介導(dǎo)法已日趨成熟，其原理是生物膜的流動性。只有同時導(dǎo)入了2 種質(zhì)粒并成功表達sgRNA 和dCas9 等的細胞才能成為基因編輯后的目標細胞，該類細胞對嘌呤霉素和抗生素G418 都具有抗性，因而須加入2 種抗生素。②題以RNA 為模板，利用反轉(zhuǎn)錄試劑盒進行操作可得到cDNA。PCR 操作時預(yù)變性是很關(guān)鍵的一步，時間相對較長的目的是促進模板充分變性，但學(xué)生容易忽略此步驟。③考查學(xué)生的創(chuàng)造性思維能力。題中應(yīng)用的CRISPR/Cas9 系統(tǒng)一個突出的優(yōu)點是：可同時編輯同一細胞中的多個基因位點，實現(xiàn)多基因同時調(diào)控。

參考答案：1）2 磷酸二酯鍵；2）①生物膜的流動性 抗生素G418 和嘌呤霉素 95%空氣加5%CO2的混合氣體；②cDNA 預(yù)變性；③在同一細胞同時調(diào)控（答案合理即給分）。

作為社會熱點的諾貝爾獎，受到廣泛的關(guān)注，易激發(fā)高中學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。因此，無論是平時的練習(xí)還是高考，常見以諾貝爾獎為載體的試題。筆者以2020年度諾貝爾獎為背景，以課程標準中的內(nèi)容要求、學(xué)業(yè)質(zhì)量標準為依據(jù)，設(shè)問力求重基礎(chǔ)、有層次、指向明確、清晰、科學(xué)、規(guī)范，意圖考查高中學(xué)生的生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)水平。

最后，筆者認為以最新諾貝爾獎（或科技文獻）為載體進行原創(chuàng)試題命制，須將原始數(shù)據(jù)、觀點等與高中生物學(xué)的重點知識進行有機結(jié)合，要求較高，需要命題者大量查閱資料、相互討論、仔細打磨。但要設(shè)計出立意深遠，且科學(xué)、嚴謹、規(guī)范、公平的試題，對廣大的中學(xué)生物學(xué)教師而言，可謂是任重而道遠。