2024年高考生物卷基因工程相關(guān)試題淺析及啟示

摘要：以2024年高考生物卷部分基因工程類(lèi)試題為例，進(jìn)行淺要分析，就此類(lèi)試題的考查共性進(jìn)行總結(jié)，并在此基礎(chǔ)上提出教學(xué)建議，為一線教師的教學(xué)提供參考.

關(guān)鍵詞：高考；基因工程；教學(xué)建議

中圖分類(lèi)號(hào)：G632文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1008-0333（2025）07-0140-03

“基因工程賦予生物新的遺傳特性”是《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》（以下簡(jiǎn)稱(chēng)《課程標(biāo)準(zhǔn)》）選擇性必修部分的大概念5［1］，作為高中生物學(xué)的重難點(diǎn)之一，基因工程類(lèi)試題在高考或等級(jí)考中往往以壓軸題出現(xiàn).本文選取2024年新課標(biāo)卷、山東卷及東三省卷中的基因工程類(lèi)試題的考查內(nèi)容進(jìn)行淺要分析，對(duì)考查共性進(jìn)行總結(jié)，并提出教學(xué)建議，以期為一線教師的教學(xué)提供參考.

1試題分析1.12024·新課標(biāo)卷T35

某研究小組將纖維素酶基因（N）插入某種細(xì)菌（B1）的基因組中，構(gòu)建高效降解纖維素的菌株（B2）.該小組在含有N基因的質(zhì)粒中插入B1基因組的M1與M2片段；再經(jīng)限制酶切割獲得含N基因的片段甲，片段甲兩端分別為M1與M2；利用CRISPR/Cas9基因組編輯技術(shù)將片段甲插入B1的基因組，得到菌株B2.酶切位點(diǎn)（Ⅰ～Ⅳ）、引物（P1～P4）的結(jié)合位置、片段甲替換區(qū)如圖1所示，→表示引物5′→3′方向.

回答下列問(wèn)題.

（1）限制酶切割的化學(xué)鍵是.為保證N基因能在菌株B2中表達(dá)，在構(gòu)建片段甲時(shí)，應(yīng)將 M1與 M2片段分別插入質(zhì)粒的Ⅰ和Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ酶切位點(diǎn)之間，原因是.

（2）CRISPR/Cas9 技術(shù)可以切割細(xì)菌B1基因組中與向?qū)NA結(jié)合的DNA.向?qū)NA與B1基因組DNA 互補(bǔ)配對(duì)可以形成的堿基對(duì)有G-C和.

（3）用引物P1和P2進(jìn)行PCR可驗(yàn)證片段甲插入了細(xì)菌B1基因組，所用的模板是；若用該模板與引物P3和P4進(jìn)行PCR，實(shí)驗(yàn)結(jié)果是.

（4）與秸稈焚燒相比，利用高效降解纖維素的細(xì)菌處理秸稈的優(yōu)點(diǎn)是（答出2點(diǎn)即可）.

分析本題主要考查基因工程中表達(dá)載體的構(gòu)建、同源重組、PCR技術(shù)等知識(shí)點(diǎn).解此題的關(guān)鍵是對(duì)此基因工程流程的理解，即利用同源重組，將含啟動(dòng)子、N基因、終止子的序列插入到細(xì)菌B1的基因組中，獲得含N基因的B2菌株，操作流程如圖2.

1.22024·山東卷T25

研究發(fā)現(xiàn)基因L能夠通過(guò)脫落酸信號(hào)途徑調(diào)控大豆的逆境響應(yīng).利用基因工程技術(shù)編輯基因L，可培育耐鹽堿大豆品系.在載體上的限制酶Bsa I切點(diǎn)處插入大豆基因L的向?qū)NA序列，將載體導(dǎo)入大豆細(xì)胞后，其轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物可引導(dǎo)核酸酶特異性結(jié)合基因組上的目標(biāo)序列并發(fā)揮作用.載體信息、目標(biāo)基因L部分序列及相關(guān)結(jié)果等如圖3所示.

（1）用PCR技術(shù)從大豆基因組DNA中擴(kuò)增目標(biāo)基因L時(shí)，所用的引物越短，引物特異性越（填“高”或“低”）.限制酶在切開(kāi)DNA雙鏈時(shí)，形成的單鏈突出末端為黏性末端，若用Bsa I酶切大豆基因組DNA，理論上可產(chǎn)生的黏性末端最多有

種.載體信息如圖甲所示，經(jīng)Bsa I酶切后，載體上保留的黏性末端序列應(yīng)為5′--3′和5′--3′.

（2）重組載體通過(guò)農(nóng)桿菌導(dǎo)入大豆細(xì)胞，使用抗生素篩選到具有該抗生素抗性的植株①～④.為了鑒定基因編輯是否成功，以上述抗性植株的DNA為模板，通過(guò)PCR擴(kuò)增目標(biāo)基因L，部分序列信息及可選用的酶切位點(diǎn)如圖乙所示，PCR產(chǎn)物完全酶切后的電泳結(jié)果如圖丙所示.據(jù)圖可判斷選用的限制酶是其中純合的突變植株是（填序號(hào)）.

（3）實(shí)驗(yàn)中獲得1株基因L成功突變的純合植株，該植株具有抗生素抗性，檢測(cè)發(fā)現(xiàn)其體細(xì)胞中只有1條染色體有T-DNA插入.用抗生素篩選這個(gè)植株的自交子代，其中突變位點(diǎn)純合且對(duì)抗生素敏感的植株所占比例為，篩選出的敏感植株可用于后續(xù)的品種選育.

分析本題主要考查PCR技術(shù)中引物的設(shè)計(jì)原則、黏性末端、限制酶的選擇，抗生素的選擇及轉(zhuǎn)基因品種的選育.在抗生素的選擇上部分學(xué)生會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題，對(duì)Ti質(zhì)粒轉(zhuǎn)化目的基因的機(jī)制不是很明確，即含目的基因的T-DNA序列導(dǎo)入受體細(xì)胞，而非整個(gè)質(zhì)粒.

另2024·東三省卷T25主要考查目的基因的獲取和改造、Ti質(zhì)粒轉(zhuǎn)化法、轉(zhuǎn)化細(xì)胞的篩選等基因工程相關(guān)流程，創(chuàng)新的地方是結(jié)合了蛋白質(zhì)工程，對(duì)目的基因進(jìn)行改造.

2試題考查的共性

2.1注重考查核心概念從三道典型的試題可見(jiàn)，每套試題都考查了基因工程的必備知識(shí)，如三道試題均涉及基因工程的基本工具和操作流程、PCR的原理和過(guò)程等.

2.2注重考查關(guān)鍵能力試題在立足必備知識(shí)的基礎(chǔ)上，注重考查學(xué)生的圖表分析能力、信息獲取和加工能力、分析解決問(wèn)題的能力等.如山東卷和東三省卷考查了受體細(xì)胞的初步篩選，要求學(xué)生選擇合適的抗生素，需要學(xué)生在掌握Ti質(zhì)粒轉(zhuǎn)化目的基因機(jī)制的基礎(chǔ)上，從示意圖中找出T-DNA區(qū)段內(nèi)的抗生素抗性基因.

2.3注重核心素養(yǎng)的養(yǎng)成

高考評(píng)價(jià)體系提出核心價(jià)值、學(xué)科素養(yǎng)、關(guān)鍵能力、必備知識(shí)的考查內(nèi)容［2］.學(xué)科素養(yǎng)是在復(fù)雜情境中對(duì)必備知識(shí)和關(guān)鍵能力的綜合運(yùn)用，是關(guān)鍵連接層，承載核心價(jià)值的方向引導(dǎo)，統(tǒng)攝關(guān)鍵能力與必備知識(shí)[3].三道典型試題在真實(shí)科研情境背景中，考查學(xué)生利用基因工程技術(shù)解決實(shí)際問(wèn)題（科學(xué)思維、科學(xué)探究），凸顯生物學(xué)現(xiàn)代技術(shù)“基因工程及其應(yīng)用”在解決人類(lèi)面臨的一些社會(huì)問(wèn)題時(shí)所展現(xiàn)的巨大價(jià)值（生命觀念、社會(huì)責(zé)任）.

3教學(xué)啟示3.1新課講授聚焦核心概念

大概念5“基因工程賦予生物新的遺傳特性”下包含2個(gè)重要概念和6個(gè)次位概念，在新課講授的教學(xué)過(guò)程中，要明確這些概念之間的內(nèi)在邏輯，形成概念體系，構(gòu)建完整的概念網(wǎng)絡(luò)，新課完成后嘗試讓學(xué)生構(gòu)建概念思維導(dǎo)圖，將知識(shí)內(nèi)化.

3.2復(fù)習(xí)課注重知識(shí)遷移

基因工程作為高中生物學(xué)重難點(diǎn)內(nèi)容，在高中階段很難進(jìn)行具體的實(shí)驗(yàn)操作，導(dǎo)致知識(shí)本身較為抽象，且基因工程的內(nèi)容還涉及遺傳的基本規(guī)律、遺傳的分子學(xué)基礎(chǔ)、變異與育種及細(xì)胞工程相關(guān)內(nèi)容，知識(shí)涵蓋面廣而龐雜.教師在復(fù)習(xí)的過(guò)程中要注重將不同章節(jié)的知識(shí)進(jìn)行整合，幫助學(xué)生有效理解不同章節(jié)重要概念之間的聯(lián)系.同時(shí)要注重復(fù)習(xí)的深度，如以真實(shí)的科研情境來(lái)增加學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的具體運(yùn)用.

3.3研習(xí)真題，提升解題能力

當(dāng)下的高考真題注重以科研情境為載體，在相對(duì)復(fù)雜的情境中綜合考查學(xué)生的分析、推理等解決問(wèn)題的關(guān)鍵能力.教師應(yīng)更多地關(guān)注歷年各省市的真題卷，洞悉命題重點(diǎn)考查的內(nèi)容及考查的方式，在授課過(guò)程中針對(duì)性地進(jìn)行分析講解深化，提升學(xué)生的綜合解題能力.

參考文獻(xiàn)：

［1］"中華人民共和國(guó)教育部.普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）［M］.北京：人民教育出版社，2020：29.

[2] 教育部考試中心.中國(guó)高考評(píng)價(jià)體系[M].北京：人民教育出版社，2019：7-14.

[3] 李勇，趙靜宇，史辰羲.高考評(píng)價(jià)體系的基本內(nèi)涵與主要特征[J].中國(guó)考試，2019（12）： 7-17.

［責(zé)任編輯：季春陽(yáng)］