基于學(xué)科前沿成果的一道原創(chuàng)試題展示及剖析

安徽

分析近幾年的高考試題不難發(fā)現(xiàn)，在素材選擇上命題人常關(guān)注科學(xué)前沿，重真實情境，在問題設(shè)置上常側(cè)重思維能力、邏輯推理能力、語言表達(dá)等能力的考查，這些是學(xué)生未來走向社會應(yīng)具備的關(guān)鍵能力。筆者以“科學(xué)前沿成果”為命題素材，把選修3相關(guān)知識進(jìn)行融合、串聯(lián)，從核心素養(yǎng)的不同維度、不同水平設(shè)置一系列問題，對學(xué)生進(jìn)行綜合能力的考查，以利于生物學(xué)科核心素養(yǎng)的養(yǎng)成。

【原創(chuàng)試題】匹茲堡大學(xué)科研人員曾在《科學(xué)》上發(fā)表文章，聲稱用體細(xì)胞克隆非人靈長類動物的理想是不可能實現(xiàn)的。中國科研人員孫強(qiáng)教授帶領(lǐng)一個包括獸醫(yī)、護(hù)士，博士等在內(nèi)的十幾人團(tuán)隊，自2012年起歷經(jīng)5年多時間，攻堅克難，通過體細(xì)胞核移植成功克隆獼猴，目前已獲得兩只克隆猴“中中”和“華華”，2018年1月25日，體細(xì)胞克隆猴——“中中”和“華華”登上學(xué)術(shù)期刊《細(xì)胞》封面，打破了體細(xì)胞克隆非人靈長類動物的理想是不可能實現(xiàn)的觀點。實驗流程如圖所示，分析并回答下列問題：

（1）供體體細(xì)胞在體外培養(yǎng)時，定期更換培養(yǎng)液的目的是_________________________________________________________________________________________ 。由于人們對動物細(xì)胞所需營養(yǎng)物質(zhì)還沒有完全弄清楚，因此在培養(yǎng)細(xì)胞時需在培養(yǎng)基中加入___________ 。

（2）體細(xì)胞核移植時，將甲的細(xì)胞核移植到乙的去核卵母細(xì)胞中，選擇卵母細(xì)胞的原因是______________________________ ；圖中④表示__________ 技術(shù)。

（3）克隆猴“中中”和“華華”核基因組理論上與______（填“甲”“乙”或“丙”）猴一致，科研人員通過27個微衛(wèi)星位點分析證明克隆猴核基因組信息與理論上一致，微衛(wèi)星序列是1～4個堿基的重復(fù)序列，不同個體間重復(fù)次數(shù)往往不同，說明微衛(wèi)星位點________（填“容易”或“不容易”）發(fā)生變異，選用多個微衛(wèi)星位點而非個別微衛(wèi)星位點的優(yōu)點是_______________________ ；“中中”和“華華”的有些性狀與核基因組供體并不完全相同，除環(huán)境因素外，發(fā)生此現(xiàn)象的原因是____________________________________________ 。

（4）在克隆過程中，科研人員面臨的難題之一是如何將重新構(gòu)建的克隆胚胎激活，因為核基因組啟動前，體細(xì)胞核要進(jìn)行重編程，即將成熟體細(xì)胞重新誘導(dǎo)回______狀態(tài)。研究人員廣泛吸收了前沿科學(xué)最新成果，將TSA和Kdm4（兩種酶）注入尚未形成囊胚的卵母細(xì)胞中，提高了核基因組重編程過程重啟的成功率。通過克隆獼猴的成功案例，你認(rèn)為要在科研道路上有所突破，應(yīng)該具有怎樣的科研品質(zhì)？__________________________________________________ 。（答出兩點即可）

【參考答案】

（1）防止代謝產(chǎn)物積累對細(xì)胞自身造成危害 動物血清或血漿

（2）卵母細(xì)胞的質(zhì)中含有能使已分化的核表達(dá)出全能性的營養(yǎng)和物質(zhì) 胚胎移植

（3） 甲 容易 減小誤差，提高實驗數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性 卵母細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)中的遺傳物質(zhì)會對克隆動物的性狀產(chǎn)生影響

（4）早期胚胎（或未分化或干細(xì)胞） 敢于質(zhì)疑、勇于創(chuàng)新；具有團(tuán)隊合作精神；關(guān)注相關(guān)學(xué)科前沿科研成果（合理即可）

【解析】（1）動物細(xì)胞培養(yǎng)過程中需要無菌無毒的環(huán)境，定期更換培養(yǎng)液的目的是清除代謝產(chǎn)物，防止代謝產(chǎn)物積累對細(xì)胞自身造成危害；在動物細(xì)胞培養(yǎng)過程中，有些營養(yǎng)物質(zhì)還沒有完全弄清楚，需要加入一些天然成分，如動物血清或血漿等物質(zhì)。（2）去核的卵母細(xì)胞含有能使細(xì)胞核表達(dá)出全能性的營養(yǎng)和物質(zhì)，而體細(xì)胞中沒有相應(yīng)的物質(zhì)和條件，所以在體細(xì)胞核移植時，會選擇卵母細(xì)胞；克隆胚胎需要通過胚胎移植技術(shù)移植到受體中。（3）克隆動物的核基因組應(yīng)該來自提供細(xì)胞核的一方，所以應(yīng)該是甲個體；不同個體間重復(fù)次數(shù)往往不同，說明微衛(wèi)星位點容易發(fā)生變異；選用多個微衛(wèi)星位點而非個別微衛(wèi)星是為了避免偶然性發(fā)生，提高實驗數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性；生物的性狀由基因和環(huán)境因素共同影響，克隆后代某些性狀與核基因組供體并不完全相同，除環(huán)境因素外還可能是遺傳物質(zhì)有差異，細(xì)胞質(zhì)基因來自去核的卵母細(xì)胞，這些遺傳物質(zhì)也會控制某些性狀的形成。（4）體細(xì)胞克隆過程中，被移植的細(xì)胞核是已經(jīng)分化了的細(xì)胞中的細(xì)胞核，此細(xì)胞核如果要表達(dá)出全能性，應(yīng)像植物細(xì)胞脫分化一樣回到未分化的狀態(tài)才可以；從材料中可以看出科研人員不僅在挑戰(zhàn)權(quán)威，還涉及不同學(xué)科人員通力合作、攻堅克難，采用本學(xué)科最前沿科研成果使實驗取得重大突破，最后獲得成功。

【命題說明】

1.素材來源

《環(huán)球科學(xué)》“中國科學(xué)家成功克隆靈長類動物”一文。

2.命題素材分析

選用最新的學(xué)科前沿科研成果為命題素材，能保證試題的時效性、科學(xué)性和權(quán)威性，素材情境新穎，能有效激發(fā)學(xué)生的興奮點；克隆技術(shù)是社會熱點問題，帶領(lǐng)學(xué)生基于生物學(xué)知識，參與討論并作出理性解釋，有效激發(fā)學(xué)生的思考點，有助于學(xué)生社會責(zé)任意識的養(yǎng)成教育；學(xué)生通過閱讀題干和問題中補(bǔ)充提供的資料信息，豐富學(xué)生的知識，讓學(xué)生感受到我國科研人員在“攻堅克難、不懈努力”，潛移默化地培養(yǎng)學(xué)生的愛國情懷，增加民族自豪感和責(zé)任感。

3.命題立意

隨著課程改革的推進(jìn)，生物學(xué)科對核心素養(yǎng)的考查日益突出。高考試題特別突出能力立意，在問題設(shè)置上重語言描述、重科學(xué)思維、重社會責(zé)任。本題通過克隆猴“中中”和“華華”的誕生，把選修3動物細(xì)胞工程和胚胎工程相關(guān)知識進(jìn)行融合、串聯(lián)，從核心素養(yǎng)的不同維度、不同水平對學(xué)生進(jìn)行綜合能力考查（見表1：原創(chuàng)試題在核心素養(yǎng)上的體現(xiàn)及水平）。

本題側(cè)重核心素養(yǎng)、責(zé)任意識養(yǎng)成和科學(xué)品質(zhì)教育，最后一問“你認(rèn)為要在科研道路上有所突破，應(yīng)該具有怎樣的科研品質(zhì)？”這是一個開放問題，旨在引導(dǎo)學(xué)生感悟知識之外的科學(xué)精神——敢于質(zhì)疑、勇于創(chuàng)新、堅持不懈、團(tuán)隊合作；引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注科研成果的進(jìn)展，幫助學(xué)生養(yǎng)成社會責(zé)任意識。

表1 原創(chuàng)試題在核心素養(yǎng)上的體現(xiàn)及水平

續(xù)表