高考試題中的“信息觀”

唐文芝

(安徽省碭山中學)

《普通高中生物學課程標準(2017版2020年修訂)》(以下簡稱《課程標準》)指出:“生命觀念”是生物學科核心素養的重要內容,“生命觀念”是指對觀察到的生命現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象的意識、觀念和思想方法。“生命觀念”包括結構與功能觀、進化與適應觀、穩態與平衡觀、物質與能量觀等。在《課程標準》提出的這四條觀念的基礎上,許多學者又進一步提煉出生命的系統觀、生態觀、信息觀等。

信息在生命系統(小到細胞,大到生態系統)中有重要作用,對它的研究貫穿現代生命科學從微觀到宏觀的全部。生命的信息觀與《課程標準》中生命的物質和能量觀結合后,是對生命更準確的概括和總結,即生命是物質、能量和信息的統一體。本文以近年高考試題為研究對象,分析其中的“信息觀”并提出建議,以期達到好的教學效果。

1.信息觀在近年高考試題中的體現

1.1 分子與細胞水平的信息觀

例1.(2023全國乙卷5題)已知某種氨基酸(簡稱甲)是一種特殊氨基酸,迄今只在某些古菌(古細菌)中發現含有該氨基酸的蛋白質。研究發現這種情況出現的原因是,這些古菌含有特異的能夠轉運甲的tRNA(表示為tRNA甲)和酶E,酶E催化甲與tRNA甲結合生成攜帶了甲的tRNA甲(表示為甲-tRNA甲),進而將甲帶入核糖體參與肽鏈合成。已知tRNA甲可以識別大腸桿菌mRNA中特定的密碼子,從而在其核糖體上參與肽鏈的合成。若要在大腸桿菌中合成含有甲的肽鏈,則下列物質或細胞器中必須轉入大腸桿菌細胞內的是

( )

①ATP ②甲 ③RNA聚合酶 ④古菌的核糖體 ⑤酶E的基因 ⑥tRNA甲的基因

A.②⑤⑥ B.①②⑤ C.③④⑥ D.②④⑤

【答案】A

【試題分析】本題利用基因指導蛋白質合成過程、基因工程的相關內容,考查了信息觀的生命觀念。基因將信息傳遞到蛋白質,基因在不同生物之間正確表達,都體現了遺傳信息的傳遞過程。根據題干信息“已知tRNA甲可以識別大腸桿菌mRNA 中特定的密碼子,從而在其核糖體上參與肽鏈的合成”,說明該肽鏈合成所需能量、核糖體、RNA聚合酶均由大腸桿菌提供,①③④不符合題意;據題意可知,氨基酸甲是一種特殊氨基酸,迄今只在某些古菌(古細菌)中發現含有該氨基酸的蛋白質,所以要在大腸桿菌中合成含有甲的肽鏈,必須往大腸桿菌中轉入氨基酸甲,②符合題意;古菌含有特異的能夠轉運甲的tRNA(表示為tRNA甲)和酶E,酶E催化甲與tRNA甲結合生成攜帶了甲的tRNA甲(表示為甲-tRNA甲),進而將甲帶入核糖體參與肽鏈合成,所以大腸桿菌細胞內要含有tRNA甲的基因以便合成tRNA甲,也要含有酶E的基因以便合成酶E,⑤⑥符合題意。

例2.(2021山東卷1題)高爾基體膜上的RS受體特異性識別并結合含有短肽序列RS的蛋白質,以出芽的形式形成囊泡,通過囊泡運輸的方式將錯誤轉運到高爾基體的該類蛋白運回內質網并釋放。RS受體與RS的結合能力隨pH升高而減弱。下列說法錯誤的是

( )

A.消化酶和抗體不屬于該類蛋白

B.該類蛋白運回內質網的過程消耗ATP

C.高爾基體內RS受體所在區域的pH比內質網的pH高

D.RS功能的缺失可能會使高爾基體內該類蛋白的含量增加

【答案】C

【試題分析】本題考查了細胞內物質通過囊泡運輸的相關內容,囊泡的運輸是在細胞精準的調控下的運輸,這種精準的調控離不開細胞內信息的交流。根據題干信息,高爾基體產生的囊泡將錯誤轉運至高爾基體的蛋白質運回內質網,即這類蛋白質不應該運輸至高爾基體,而消化酶和抗體屬于分泌蛋白,需要運輸至高爾基體并發送至細胞外,所以消化酶和抗體不屬于該類蛋白,A正確;細胞通過囊泡運輸需要消耗能量ATP,B正確;根據題干信息“RS受體特異性識別并結合含有短肽序列RS的蛋白質” “RS受體與RS的結合能力隨pH升高而減弱”,如果高爾基體內RS受體所在區域的pH比內質網的pH高,則兩者結合能力會減弱,可以推測高爾基體內RS受體所在區域的pH比內質網的pH低,C錯誤;通過題干“RS受體特異性識別并結合含有短肽序列RS的蛋白質,通過囊泡運輸的方式將錯誤轉運到高爾基體的該類蛋白運回內質網并釋放”,可以得出結論,如果RS的功能缺失,受體不能和錯誤的蛋白質結合,并運回內質網,會使高爾基體內該類蛋白的含量增加,D正確。

【分子與細胞水平體現信息觀實例拓展】分泌蛋白合成過程中信號肽被內質網識別并起引導作用;分泌蛋白合成運輸過程中,囊泡的形成和移動都由信號指導;細胞間可以通過信號識別和胞間連絲等方式進行信息交流,體現細胞信息交流的方式多種多樣;細胞膜控制物質進出細胞的過程也是在信息的調控下實現的;光合作用與呼吸作用的進行也離不開信息的作用;基因指導蛋白質合成的過程,就是遺傳信息從DNA到RNA,進而流向蛋白質的過程;DNA的自我復制也體現了信息在分子水平上的流通;基因工程也是人類利用生物學遺傳信息進行的操作。

1.2 個體水平的信息觀

例3.(2023廣東卷15題)種植和欣賞水仙是廣東的春節習俗。當室外栽培的水仙被移入室內后,其體內會發生一系列變化,導致徒長甚至倒伏。下列分析正確的是

( )

A.水仙光敏色素感受的光信號發生改變

B.水仙葉綠素傳遞的光信號發生改變

C.水仙轉入室內后不能發生向光性彎曲

D.強光促進了水仙花莖及葉的伸長生長

【答案】A

【試題分析】本題考查了環境因素參與調節植物生命活動的相關內容,在自然界中,種子的萌發,植株生長、開花、衰老等,都會受到光的調控。光作為一種信號,影響、調控植物生長、發育的全過程。當室外栽培的水仙被移入室內后,光信號發生變化,光照強度減弱,光敏色素作為光信號的受體感受到光信號發生改變,影響相關基因的表達,進而導致水仙徒長甚至倒伏,A正確、D錯誤;葉綠素可以吸收、傳遞和轉化光能,葉綠素本身不傳遞光信號,B錯誤;植物的向光性是指在單側光的作用下,向光側生長素濃度低于背光側,導致背光側生長快,向光側生長慢,植物向光彎曲。水仙轉入室內后,若給以單側光,植物仍可以發生向光彎曲,C錯誤。

例4.(2023新課標卷32題)人在運動時會發生一系列生理變化,機體可通過神經調節和體液調節維持內環境的穩態。回答下列問題。

(1)運動時,某種自主神經的活動占優勢使心跳加快,這種自主神經是________。

(2)劇烈運動時,機體耗氧量增加、葡萄糖氧化分解產生大量CO2,CO2進入血液使呼吸運動加快。CO2使呼吸運動加快的原因是________________。

(3)運動時葡萄糖消耗加快,胰高血糖素等激素分泌增加,以維持血糖相對穩定。胰高血糖素在升高血糖濃度方面所起的作用是________________________。

(4)運動中出汗失水導致細胞外液滲透壓升高,垂體釋放的某種激素增加,促進腎小管、集合管對水的重吸收,該激素是________。若大量失水使細胞外液量減少以及血鈉含量降低時,可使醛固酮分泌增加。醛固酮的主要生理功能是________________________。

【參考答案】(1)交感神經 (2)人體劇烈運動時,呼吸作用增強,耗氧量增大,同時產生的CO2增多,刺激呼吸中樞,加快呼吸運動的頻率 (3)促進肝糖原分解成葡萄糖,促進非糖物質轉變成糖 (4)抗利尿激素 促進腎小管和集合管對Na+的重吸收,維持血鈉含量的平衡

【試題分析】本題考查了動物生命活動的調節的相關內容。動物通過神經—體液—免疫調節網絡來維持機體內環境的穩態。神經、體液、免疫的調節都離不開信息的傳遞和交流,神經遞質、通過體液運輸起調節作用的物質(比如激素、CO2等)、細胞因子均是信息分子,參與調節生命活動。(1)自主神經包括交感神經和副交感神經,運動時,交感神經的活動占優勢,表現為心跳加快,支氣管擴張,但胃腸的蠕動和消化腺的分泌活動減弱。(2)人體的呼吸中樞位于腦干,劇烈運動時,血液中二氧化碳增多,刺激感受器產生興奮,傳至呼吸中樞,導致呼吸加深加快,肺的通氣量增加,排出體內過多的二氧化碳。(3)胰高血糖素是機體中能夠升高血糖的激素之一,該激素主要作用于肝臟,促進肝糖原分解成葡萄糖進入血液,促進非糖物質轉變成糖,使血糖回升到正常水平。(4)細胞外液滲透壓升高時,抗利尿激素分泌增多,可以促進腎小管、集合管對水的重吸收,使滲透壓恢復正常;醛固酮是由腎上腺皮質分泌的一種激素,其主要生理功能是促進腎小管和集合管對Na+的重吸收,維持血鈉含量的平衡。

【個體水平體現信息觀實例拓展】神經—體液—免疫調節的整個過程,都滲透了生命系統穩態的維持離不開信息的傳遞和調控;植物生命活動中,激素、光照等環境因素,都可作為信息對植物的生命活動進行調節。

1.3 群體水平的信息觀

例5.(2022湖南卷8題)稻-蟹共作是以水稻為主體、適量放養蟹的生態種養模式,常使用燈光誘蟲殺蟲。水稻為蟹提供遮蔽場所和氧氣,蟹能攝食害蟲、蟲卵和雜草,其糞便可作為水稻的肥料。下列敘述正確的是

( )

A.該種養模式提高了營養級間的能量傳遞效率

B.采用燈光誘蟲殺蟲利用了物理信息的傳遞

C.硬殼蟹(非蛻殼)攝食軟殼蟹(蛻殼)為捕食關系

D.該種養模式可實現物質和能量的循環利用

【答案】B

【試題分析】本題考查了群落、生態系統的功能以及生態農業等相關內容,生態系統的信息種類包括物理信息、化學信息和行為信息。信息傳遞在農業生產中的作用主要有兩個方面:一是提高農產品和畜產品的產量;二是對有害動物進行控制。能量傳遞效率是指相鄰兩個營養級之間同化量的比值,該模式提高了能量的利用率,但不能提高能量的傳遞效率,A錯誤;生態系統的物理信息有光、聲、溫度、濕度、磁力等,采用燈光誘蟲殺蟲利用了光,是物理信息的傳遞,B正確;捕食關系是指群落中兩個物種之間的關系,硬殼蟹(非蛻殼)和軟殼蟹(蛻殼)屬于同一物種,兩者之間不屬于捕食關系,C錯誤;生態系統中的能量傳遞是單向的,不能循環利用,D錯誤。

【群體水平體現信息觀實例拓展】生態系統的信息傳遞在個體之間以及群體之間都是不可或缺的,具有重要意義。同時人們還可以將信息傳遞應用在農業生產中,以幫助人類更好地生存。

2.教學建議

生命信息觀貫穿于整個高中生物的內容中,想要更好的發展學生的信息觀,就要在教學中不斷的滲透、整合信息觀。不能滿足于讓學生找到生命活動中的信息,更要讓學生理解并利用它來解釋或解決生物學有關問題。

2.1 注重教學中信息觀的滲透和整合

“信息觀”的相關生物學知識內容較廣、范圍大,在新課教學中,應將信息觀滲透到平時的教學中,設計合理的情境、結合問題串使學習層層遞進,達到好的教學效果。在復習課中,以系統化原則設計單元教學,將生命系統劃分為分子、細胞、個體、群體等層次,再從系統的整體性、有序性和反饋性出發設計教學過程,這樣有利于學生逐步構建知識網絡,由局部到整體形成“信息觀”。

2.2 關注科學思維的發展

新課標背景下,學生學習的目的并不只是獲取知識,而是形成相應的學科思維,利用學科知識解釋生命現象或者解決生產生活中的問題,將所學知識最終轉化生物學科素養。比如分子與細胞水平的信息觀內容抽象,高考題中相關題目的情境較為復雜,教學中可以“囊泡的運輸”為例,通過啟發、解釋、發展等方式,引導學生分析,綜合、歸納掌握其中包含的信息調節路徑,認同生命的信息觀。

2.3 加強深度學習,建立信息觀和其他生命觀念的聯系