例談應(yīng)用“表觀遺傳”情境提升二輪復(fù)習(xí)的綜合性

山東

《中國(guó)高考評(píng)價(jià)體系》（以下簡(jiǎn)稱(chēng)《評(píng)價(jià)體系》）確立“四翼”的考查要求，考查方式充分體現(xiàn)基礎(chǔ)性、應(yīng)用性、綜合性和創(chuàng)新性。綜合性是指為考生提供較為復(fù)雜、新穎、真實(shí)的情境，要求考生綜合運(yùn)用知識(shí)、能力、素養(yǎng)，能夠縱向融會(huì)貫通地解決問(wèn)題，從而反映出考生的必備知識(shí)與關(guān)鍵能力、學(xué)科素養(yǎng)、核心價(jià)值之間內(nèi)在的、縱橫向聯(lián)系的緊密程度和邏輯性。高中生物學(xué)復(fù)習(xí)備考過(guò)程中，在一輪復(fù)習(xí)環(huán)節(jié)教師更注重知識(shí)的基礎(chǔ)性，通常采用思維導(dǎo)圖的方式分單元構(gòu)建知識(shí)體系，以提升學(xué)生對(duì)單元內(nèi)知識(shí)的綜合性理解。二輪復(fù)習(xí)過(guò)程中教師如果重復(fù)一輪復(fù)習(xí)中的復(fù)習(xí)方法，則難以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，不利于學(xué)生思維能力的再提升，難以適應(yīng)高考試題中的綜合性要求。如何選擇合適的主題進(jìn)行創(chuàng)新性教學(xué)設(shè)計(jì)，超越單元知識(shí)架構(gòu)，在更高層次上縱向構(gòu)建知識(shí)間的聯(lián)系，引導(dǎo)學(xué)生深度學(xué)習(xí)是二輪復(fù)習(xí)中亟待解決的難題。“表觀遺傳”情境相關(guān)試題素材新穎，關(guān)聯(lián)知識(shí)范圍廣，筆者在教學(xué)中嘗試以此為框架引導(dǎo)學(xué)生二輪復(fù)習(xí)。

1.表觀遺傳的概念

生物體基因的堿基序列保持不變，但基因表達(dá)和表型發(fā)生可遺傳變化的現(xiàn)象，叫作表觀遺傳?！镀胀ǜ咧猩飳W(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)》）中關(guān)于表觀遺傳的內(nèi)容要求是“概述某些基因中堿基序列不變但表型改變的表觀遺傳現(xiàn)象”。筆者從典例導(dǎo)入—體系建構(gòu)—分類(lèi)訓(xùn)練—總結(jié)拓展四個(gè)環(huán)節(jié)闡釋如何在二輪復(fù)習(xí)中應(yīng)用“表觀遺傳”情境類(lèi)試題提升復(fù)習(xí)的綜合性。

2.以“表觀遺傳”為情境的二輪復(fù)習(xí)環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)

2.1 典例導(dǎo)入

教師課前布置相關(guān)情境的典型試題，在上課時(shí)出示答案，學(xué)生自我診斷學(xué)習(xí)效果。

【例1】母親孕期肥胖或高血糖會(huì)增加后代患肥胖和代謝疾病的風(fēng)險(xiǎn)?？茖W(xué)家用小鼠進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，從孕前4 周開(kāi)始，實(shí)驗(yàn)組雌鼠給予高脂飲食，對(duì)照組雌鼠給予正常飲食。測(cè)定妊娠第20 天兩組孕鼠相關(guān)代謝指標(biāo)，結(jié)果如表1 所示。

表1

研究發(fā)現(xiàn)，幼鼠脂肪組織的瘦素和脂聯(lián)素含量與各自母鼠均呈正相關(guān)。測(cè)定幼鼠脂聯(lián)素基因和瘦素基因的表達(dá)量、基因啟動(dòng)子所在區(qū)域的組蛋白甲基化水平，結(jié)果如圖1 所示。

圖1

（1）結(jié)果顯示，實(shí)驗(yàn)組通過(guò)___________脂聯(lián)素基因啟動(dòng)子所在區(qū)域的組蛋白甲基化水平，從而___________，影響脂聯(lián)素的合成，使組織細(xì)胞對(duì)胰島素的敏感性降低。

（2）瘦素基因的表達(dá)量與其啟動(dòng)子所在區(qū)域的組蛋白甲基化水平呈___________（填“正”“負(fù)”或“不”）相關(guān)。但由于血脂過(guò)高會(huì)抑制瘦素向腦內(nèi)運(yùn)輸，導(dǎo)致瘦素抵抗，引起肥胖。

【答案】（1）提高 抑制基因的轉(zhuǎn)錄（表達(dá)）

（2）正

【設(shè)計(jì)意圖】此題主要考查學(xué)生獲取信息、分析數(shù)據(jù)和遷移應(yīng)用知識(shí)的能力，體現(xiàn)對(duì)科學(xué)探究學(xué)科核心素養(yǎng)的考查，組蛋白甲基化內(nèi)容學(xué)生并不熟悉，但是基因表達(dá)以及啟動(dòng)子的有關(guān)內(nèi)容屬于核心概念，通過(guò)“表觀遺傳”新情境的構(gòu)建能夠診斷學(xué)生在理解能力和實(shí)驗(yàn)探究能力兩個(gè)關(guān)鍵能力的水平。

2.2 跨單元體系建構(gòu)

教師明確課堂復(fù)習(xí)的情境主題為“表觀遺傳”，師生以“頭腦風(fēng)暴”的形式，分小組建構(gòu)與表觀遺傳有關(guān)的核心概念以及相互之間的聯(lián)系，然后互相補(bǔ)充，豐富其內(nèi)容。教師可以適時(shí)提問(wèn)不同概念之間有怎樣的聯(lián)系，舉例說(shuō)明如何設(shè)計(jì)綜合性問(wèn)題考查這種聯(lián)系。圖2 所構(gòu)建的知識(shí)體系僅供參考，不同學(xué)生可以依據(jù)自己的理解構(gòu)建不同形式的聯(lián)系，提倡設(shè)計(jì)個(gè)性化的邏輯關(guān)系圖，切忌機(jī)械記憶相互之間的聯(lián)系。

圖2

【設(shè)計(jì)意圖】通過(guò)“頭腦風(fēng)暴”能充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的已有經(jīng)驗(yàn)，促使學(xué)生將新情境、新知識(shí)納入已有的知識(shí)體系中，從更高的水平理解概念之間的關(guān)系，深度理解大概念，形成生命觀念，促進(jìn)學(xué)科核心素養(yǎng)的提升。

2.3 分類(lèi)訓(xùn)練

在學(xué)生構(gòu)建個(gè)性化知識(shí)體系的基礎(chǔ)上，教師設(shè)計(jì)練習(xí)題進(jìn)行鞏固檢測(cè)學(xué)生對(duì)新體系理解的狀況，體現(xiàn)二輪復(fù)習(xí)的綜合性和應(yīng)用性。課堂上，學(xué)生除了做題之外，教師可以以試題所呈現(xiàn)的素材為背景，引導(dǎo)學(xué)生以“命題者”的視角利用素材設(shè)計(jì)新問(wèn)題，變換不同的考查角度，互相“出題”，檢測(cè)自己對(duì)概念理解的綜合性和思維的靈活性。

【例2】某些基因在啟動(dòng)子上存在富含雙核苷酸“CG”的區(qū)域，稱(chēng)為“CG 島”。其中的胞嘧啶在發(fā)生甲基化后轉(zhuǎn)變成5 -甲基胞嘧啶，但仍能與鳥(niǎo)嘌呤互補(bǔ)配對(duì)。細(xì)胞中存在兩種DNA 甲基化酶，作用機(jī)理如圖3 所示。

圖3

（1）DNA 甲基化_________（填“會(huì)”或“不會(huì)”）改變基因轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物的堿基序列。由于過(guò)程①的方式是__________，所以其產(chǎn)物都是半甲基化的，因此過(guò)程②必須經(jīng)過(guò)_________催化才能獲得與親代分子相同的甲基化狀態(tài)。啟動(dòng)子中“CG島”的甲基化會(huì)影響相關(guān)蛋白質(zhì)與啟動(dòng)子的結(jié)合，從而抑制_________過(guò)程。

（2）小鼠的A 基因編碼胰島素生長(zhǎng)因子-2（IGF-2），a 基因無(wú)此功能（A、a 位于常染色體上）。IGF-2 是小鼠正常發(fā)育必需的一種蛋白質(zhì)，缺乏時(shí)小鼠個(gè)體矮小。在小鼠胚胎中，來(lái)自父本的A 及其等位基因能夠表達(dá)，來(lái)自母本的則不能表達(dá)。檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，這對(duì)基因的啟動(dòng)子在精子中是非甲基化的，在卵細(xì)胞中則是甲基化的。純合矮小雌鼠與純合正常雄鼠雜交，則F1的表現(xiàn)型為_(kāi)________。F1雌雄個(gè)體間隨機(jī)交配，F(xiàn)2的表現(xiàn)型及其比例為_(kāi)________。結(jié)合F1配子中A 及其等位基因啟動(dòng)子的甲基化狀態(tài)，解釋F2出現(xiàn)這種比例的原因。

（3）5-氮雜胞苷（AZA）常用于治療由DNA 甲基化引起的疾病。推測(cè)AZA 可能的作用機(jī)制是AZA在_________過(guò)程中摻入DNA 分子，導(dǎo)致與DNA 結(jié)合的甲基化酶活性降低，從而降低DNA 的甲基化程度。另一種可能的機(jī)制是AZA 與“CG 島”中的_________競(jìng)爭(zhēng)甲基化酶，從而降低DNA 的甲基化程度。

【答案】（1）不會(huì) 半保留復(fù)制 維持甲基化酶

基因的表達(dá)（或基因的轉(zhuǎn)錄）（2）全部正常正常∶矮小=1 ∶1 卵細(xì)胞中的A 及其等位基因由于啟動(dòng)子甲基化而不表達(dá)，精子中的A 及其等位基因由于啟動(dòng)子非甲基化而表達(dá)；并且含A 的精子∶含a 的精子=1 ∶1 （3）DNA 復(fù)制 胞嘧啶

【例3】基因的表達(dá)受多種因素的控制。本世紀(jì)初，20～30 個(gè)核苷酸長(zhǎng)的小RNA 作為基因表達(dá)的調(diào)控元件逐漸被人們所認(rèn)識(shí)，這種由小分子RNA 介導(dǎo)的基因轉(zhuǎn)錄后沉默的調(diào)控機(jī)制稱(chēng)之為RNA 干擾。這類(lèi)小RNA 是由雙鏈RNA 經(jīng)過(guò)RNA 酶Ⅲ切割產(chǎn)生的，小RNA 主要由miRNA和siRNA 組成。siRNA 對(duì)基因表達(dá)的干擾過(guò)程如圖4 所示，請(qǐng)據(jù)圖4 回答：

圖4

（1）初生的siRNA 是雙鏈的，兩條鏈之間通過(guò)______鍵相互結(jié)合。在形成基因沉默復(fù)合體時(shí)，其中的一條鏈發(fā)生降解，其產(chǎn)物是___________（填入標(biāo)號(hào)）。

①脫氧核糖 ②核糖 ③磷酸 ④腺嘌呤

⑤胸腺嘧啶 ⑥鳥(niǎo)嘌呤 ⑦胞嘧啶 ⑧尿嘧啶

（2）RISC 中的siRNA 通過(guò)___________的方式識(shí)別并與目標(biāo)mRNA 結(jié)合。

（3）過(guò)程④說(shuō)明RISC 具有與___________酶相似的功能；在mRNA 和siRNA 結(jié)合區(qū)域的中間切斷___________與___________相連的化學(xué)鍵。

（4）miRNA 同樣也能干擾基因的表達(dá)。研究發(fā)現(xiàn)，在某些哺乳動(dòng)物的細(xì)胞中，miRNA 發(fā)生干擾作用時(shí)，mRNA 水平?jīng)]有明顯下降，但表達(dá)的蛋白質(zhì)的量明顯減少。推測(cè)miRNA 通過(guò)抑制特定基因表達(dá)的___________過(guò)程起作用。

【答案】（1）氫 ②③④⑥⑦⑧（2）堿基互補(bǔ)配對(duì)（3）限制 磷酸 核糖（4）翻譯

【例4】Menkes 病是A 基因的變異引起的遺傳病，患者在3 歲前死亡。研究發(fā)現(xiàn)，該病患者的癥狀表現(xiàn)與X 染色體失活形成巴氏小體有關(guān)。

（1）哺乳動(dòng)物體細(xì)胞內(nèi)存在兩條或兩條以上的X 染色體時(shí)，只有一條X 染色體上的基因能表達(dá)，其余X 染色體高度螺旋化失活成為巴氏小體。由于___________過(guò)程受影響，導(dǎo)致巴氏小體上85%的基因不能表達(dá)。

（2）目前關(guān)于X 染色體的失活存在兩種觀點(diǎn)。觀點(diǎn)一：兩條X 染色體中的一條隨機(jī)失活；觀點(diǎn)二：機(jī)體優(yōu)先失活攜帶突變基因的X 染色體。

①女性攜帶者中的一部分出現(xiàn)與男性患者一樣嚴(yán)重的病癥，另一部分則完全無(wú)病癥，這符合觀點(diǎn)_____________________。

②臨床上發(fā)現(xiàn)一例有巴氏小體的男性患者，其父母均表現(xiàn)正常，若符合觀點(diǎn)二，該患者最可能的基因型為_(kāi)__________（相關(guān)基因用A、a 表示），產(chǎn)生該男患者的原因是其___________（填“父親”或“母親”）的減數(shù)第___________次分裂異常，產(chǎn)生了異常配子（注：不考慮交叉互換和基因突變）。

【答案】（1）轉(zhuǎn)錄（2）①一 ②XaXaY母親 二

【設(shè)計(jì)意圖】以上三道例題分別涉及DNA 甲基化、RNA 干擾和X 染色體失活三種表觀遺傳類(lèi)型，具有較強(qiáng)的綜合性，能夠體現(xiàn)《評(píng)價(jià)體系》中思維認(rèn)知能力群和知識(shí)獲取能力群的命題方向。設(shè)計(jì)以上練習(xí)題，能夠以點(diǎn)帶面，檢測(cè)出學(xué)生對(duì)已構(gòu)建的知識(shí)體系的理解深度，有助于學(xué)生將必備知識(shí)遷移應(yīng)用于解決新問(wèn)題。

2.4 總結(jié)拓展

通過(guò)分類(lèi)訓(xùn)練，讓學(xué)生梳理總結(jié)試題中的考點(diǎn)與自己總結(jié)的知識(shí)體系之間的關(guān)系，進(jìn)一步完善自己的知識(shí)體系，并且結(jié)合試題情境，提出可能的命題新角度，由“解決一道題”向“解決一類(lèi)題”的方向提升。然后教師可以展示一段與“表觀遺傳”有關(guān)的材料，先請(qǐng)學(xué)生模擬命題，教師再呈現(xiàn)選項(xiàng)，對(duì)比不同選項(xiàng)考查角度的難度和優(yōu)劣。

【例5】（原創(chuàng)題）在真核生物中組蛋白與DNA 結(jié)合形成染色質(zhì)。構(gòu)成組蛋白的某些氨基酸殘基可以發(fā)生乙?；揎?，進(jìn)而影響與組蛋白結(jié)合的DNA 上基因的表達(dá)。組蛋白乙?；强赡娴膭?dòng)態(tài)平衡過(guò)程，由組蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶（使得特定賴(lài)氨酸被添加乙?；┖徒M蛋白去乙?；福ㄏ?lài)氨酸上的乙?；┕餐瓿?。甲狀腺癌是一種發(fā)病率較高的甲狀腺惡性腫瘤。研究發(fā)現(xiàn)，與正常組織相比，甲狀腺癌細(xì)胞的某類(lèi)組蛋白的第9～14 位以及第18 位賴(lài)氨酸的乙?；蕉计?，而如果阻斷細(xì)胞中此類(lèi)組蛋白的第18 位賴(lài)氨酸的乙?；瑒t正常細(xì)胞不會(huì)發(fā)生癌變。下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是 （ ）

A.只要原癌基因和抑癌基因不發(fā)生基因突變，細(xì)胞就不會(huì)癌變

B.乙酰轉(zhuǎn)移酶和去乙?；改軌蛱禺愋耘c組蛋白上賴(lài)氨酸識(shí)別

C.組蛋白乙?；赡芡ㄟ^(guò)影響RNA 聚合酶與啟動(dòng)子的結(jié)合調(diào)控基因的轉(zhuǎn)錄過(guò)程

D.已經(jīng)發(fā)生乙?；陌┘?xì)胞在一定條件下可能去除乙?；鶊F(tuán)成為正常細(xì)胞或凋亡

【答案】A

3.二輪復(fù)習(xí)的備考建議

第一，建構(gòu)超越單元的大概念知識(shí)體系，梳理核心概念間的聯(lián)系。本文以“表觀遺傳”試題相關(guān)情境為切入點(diǎn)，系統(tǒng)地梳理了與之聯(lián)系密切的知識(shí)。相關(guān)試題情境新穎，解決問(wèn)題所需要的必備知識(shí)為《課程標(biāo)準(zhǔn)》中的重要概念，教師引導(dǎo)學(xué)生以表觀遺傳為核心進(jìn)行發(fā)散思維，梳理與之有關(guān)的概念并建立思維導(dǎo)圖在備考中可以事半功倍。

第二，通過(guò)提出原因類(lèi)問(wèn)題訓(xùn)練學(xué)生規(guī)范表達(dá)能力。教師在復(fù)習(xí)備考中可以尋找合適的、與日常生活聯(lián)系緊密的話(huà)題，通過(guò)設(shè)計(jì)問(wèn)答題，訓(xùn)練學(xué)生的表達(dá)能力?！氨碛^遺傳”通常與日常生活相關(guān)，需要考生運(yùn)用題干中的信息結(jié)合高中所學(xué)知識(shí)進(jìn)行一定的因果推理分析，或者用長(zhǎng)句表達(dá)來(lái)解釋相關(guān)現(xiàn)象。表觀遺傳類(lèi)試題通常需要設(shè)計(jì)因果推理分析或長(zhǎng)句表達(dá)的問(wèn)題。此方式能夠考查學(xué)生的語(yǔ)言表達(dá)能力、解決問(wèn)題能力以及綜合運(yùn)用能力。

第三，提供新素材，訓(xùn)練學(xué)生提取關(guān)鍵信息和邏輯推理能力。表觀遺傳類(lèi)試題一般具有較長(zhǎng)的題干信息和復(fù)雜的圖表。較長(zhǎng)的題干信息用來(lái)說(shuō)明相關(guān)研究的過(guò)程及表觀遺傳調(diào)控的相關(guān)生理機(jī)制。此類(lèi)信息能考查學(xué)生從復(fù)雜的素材中獲取關(guān)鍵信息的能力。與研究有關(guān)的曲線和圖表能夠考查學(xué)生抽象思維和邏輯分析能力。在備考中教師可以選擇與之類(lèi)似的主題和素材，一方面嘗試讓學(xué)生從長(zhǎng)文本中找準(zhǔn)解題的“關(guān)鍵詞”，從圖表中找到信息間的相互作用與聯(lián)系，為解題找到依據(jù)；另一方面教師訓(xùn)練學(xué)生根據(jù)題干信息“設(shè)計(jì)問(wèn)題”，從“解題視角”向“命題視角”發(fā)展學(xué)生思維能力，促進(jìn)學(xué)生深度學(xué)習(xí)，提升其學(xué)科核心素養(yǎng)。