2019年高考天津卷基因工程试题评析及启示

赵 鑫

(天津市耀华嘉诚国际中学 天津 300040)

1 试题

B基因存在于水稻基因组中，其仅在体细胞(2n)和精子中正常表达，但在卵细胞中不转录。为研究B基因表达对卵细胞的影响，设计了如下实验。

据图回答：

(1) B基因在水稻卵细胞中不转录，推测其可能的原因是卵细胞中(单选)。

A. 含B基因的染色体缺失

B. DNA聚合酶失活

C. B基因发生基因突变

D. B基因的启动子无法启动转录

(2) 从水稻体细胞或中提取总RNA，构建文库，进而获得B基因编码蛋白的序列。将该序列与Luc基因(表达的荧光素酶能催化荧光素产生荧光)连接成融合基因(表达的蛋白质能保留两种蛋白质各自的功能)，然后构建重组表达载体。

(3) 在过程①、 ②转化筛选时，过程中T-DNA整合到受体细胞染色体DNA上，过程在培养基中应加入卡那霉素。

(4) 获得转基因植株过程中，以下鉴定筛选方式正确的是(多选)。

A. 将随机断裂的B基因片段制备成探针进行DNA分子杂交

B. 以Luc基因为模板设计探针进行DNA分子杂交

C. 以B基因编码蛋白的序列为模板设计探针与从卵细胞提取的mRNA杂交

D. 检测加入荧光素的卵细胞中是否发出荧光

(5) 从转基因植株未成熟种子中分离出胚，观察到细胞内仅含一个染色体组，判定该胚是由未受精的卵细胞发育形成的，而一般情况下水稻卵细胞在未受精时不进行发育，由此表明。

参考答案： (1) D (2) 精子；cDNA (3) ②；① (4) BCD (5) B基因表达能使卵细胞不经受精直接发育成胚。

2 试题分析

本题在知识层面，重点考查了人教版选修3基因工程中的“启动子的选择”“cDNA文库的构建”和“农杆菌转化法”等重要知识点。在能力层面，重点考查了“基因工程中的筛选方法”“通过实验分析，得出实验结论”和“通过文字和过程图获取信息”等能力。

2.1 对题干文字的分析 B基因存在于水稻的基因组中，即水稻所有的细胞都含有B基因，包括卵细胞。但仅在体细胞和精子中表达，在卵细胞中不转录。这说明B基因是选择性表达的基因，而基因表达的关键是转录，转录的关键是启动子。因此，B基因在卵细胞中不转录，可能原因就是B基因在卵细胞中的启动子无法启动转录。

实验目的是：“研究B基因表达对卵细胞的影响”，这是理解和分析本题的主要线索。

2.2 对过程图的分析 构建“融合基因”： 将B基因与Luc基因连接。

构建“重组Ti质粒”： 将融合基因插入到Ti质粒的T-DNA中的特定的启动子和终止子之间。T-DNA中的这个特定的“启动子”可使B基因在卵细胞中启动转录，从而使B基因正常表达。需要注意的是： Ti质粒上有两个抗性基因，都可作为标记基因，但位置不同。潮霉素抗性基因位于T-DNA内，会随T-DNA一起整合到水稻的基因组中。卡那霉素抗性基因位于T-DNA外，将来仅存在于导入(重组)Ti质粒的农杆菌中，不会整合到水稻的基因组中。

①过程为： 导入并筛选农杆菌。筛选方法是将农杆菌放在含有卡那霉素的培养基中培养，筛选出的农杆菌有两种： 含重组Ti质粒的农杆菌和含原(空载)Ti质粒的农杆菌。②过程为： 侵染并筛选出已转化的水稻愈伤组织。因水稻为单子叶植物，所以在培养基中需加入酚类物质，目的是有利于农杆菌侵染水稻的愈伤组织，从而有利于农杆菌的重组Ti质粒中的T-DNA整合到水稻基因组中。又因为T-DNA内有潮霉素抗性基因，因此应在培养基中加入潮霉素，从而筛选出已转化的水稻愈伤组织。

转基因水稻的检测、鉴定和筛选。在进行分子水平的检测时，可根据B基因或Luc基因编码蛋白质的典型序列为模板，制备探针。但在检测融合基因是否整合到水稻的基因组DNA上时，不能用以B基因为模板制备的探针，因为水稻的所有细胞中都有B基因。

题目已说明“Luc基因表达的荧光素酶能催化荧光素产生荧光，而融合基因表达的蛋白质能保留两种蛋白质各自的功能。”因融合基因是共用一个启动子的，若能成功转录，则应转录出同一条mRNA，所翻译出的蛋白质具有各自的功能。因此，在进行翻译水平的检测时，在加入荧光素后，若转基因水稻卵细胞能发出荧光，则可同时说明B基因在卵细胞中已成功表达出了相应的蛋白质。由此也说明了这里所用的“Luc基因”，从作用上看相当于标记基因。

3 答题分析

(1) 题干已说明B基因在水稻卵细胞中不转录，推测其原因是： 在卵细胞中B基因的启动子不能启动转录。A、 C选项表述为突变问题，因突变具有低频性和随机性，因此不会使所有的B基因在卵细胞中都无法转录。B选项的DNA聚合酶的功能为催化DNA复制，与转录无关。

(2) 在获取B基因时，先通过提取总RNA，经反转录构建cDNA文库，再获得B基因编码蛋白质的序列。因此应从能表达B基因的细胞中提取总RNA，才能确保总RNA中有B基因转录出的相应mRNA。这类细胞在题干中已有明确表述，即体细胞和精子。但第一个空有部分考生错答“卵细胞”或“生殖细胞”，主要原因是审题失误。第二个空应答“cDNA”或“部分DNA”或“互补DNA”或“表达DNA”或“反转录DNA”，但答“基因”“基因组”“DNA”“RNA”或“cRNA”不给分。还有部分考生书写不规范，将“cDNA”写成“CDNA”或“c-DNA”。

(3) 部分考生将两个序号填反或全填①或全填②。说明未掌握Ti质粒中的T-DNA的作用原理，也未能理解Ti质粒上的两个抗性基因，因所在的位置不同，筛选时的作用也不同。

(4) 因为是多选的考查形式，部分考生怕误选，不敢选，错误率较高。A选项根据人教版选修3教材表述可知： DNA分子杂交法一般用于检测目的基因是否插入到转基因生物的基因组中。而水稻基因组中本来就有B基因，但在卵细胞中不转录。因此，用B基因片段制备探针去检测转基因水稻基因组中是否有B基因是没有必要的。

(5) 题干已说明转基因植株未成熟种子中的胚是由含一个染色体组的未受精的卵细胞发育形成的，再去回应题干中的实验目的：“研究B基因表达对卵细胞的影响”，由此可推测出“B基因表达可使卵细胞不经受精作用而直接发育成胚。”正确回答这个小题应把握好三个关键词，即“表达”“卵细胞”和“发育”。但部分考生漏答“表达”，只说B基因，或只泛泛地回答“影响”，并未具体说明是影响“发育”。其实，题干对实验目的表述已给出了“答题的线索和模板”，考生应根据对题目的分析和推理，将其具体化地表述出来即可。

4 对教学的启示

4.1 研磨历年真题，洞察命题规律 在2019年《考试说明》(天津卷)中，对基因工程操作步骤的知识要求为Ⅱ，即理解所列知识和其他相关知识之间的联系和区别，并能够在较复杂的情境中综合运用其进行分析、判断、推理和评价。高考(天津卷)在2016年、2017年和2019年的试题中均涉及到了农杆菌转化法的考查，而且也都考查了筛选问题。考查规律呈现出了难度逐年加大、内容逐渐加深、更加全面和细致的特点。如果教师在研磨历年高考真题时，能够洞察并把握这种命题变化趋势，在新课教学和一轮复习中有针对性地进行调整，相信对于大多数学生来说，对此类问题的考查会更游刃有余。

4.2 研读课标教材，落实概念教学 新课标聚焦于“大概念”和“核心概念”。在《普通高中生物学课程标准(2017版)》的内容标准中，明确提出了“阐明基因工程的基本操作程序，主要包括： 目的基因的获取、基因表达载体的构建、目的基因导入受体细胞和目的基因及其表达产物的检测鉴定等步骤”。在“目的基因的获取”这一步骤中，出现了“基因文库”的概念。在人教版选修3教材中，不仅对这个概念进行了操作性的解释，而且还运用了类比法和表格比较法对两种基因文库进行比较分析。建议教师在新课教学时，应以“结构决定功能”的生物学思想为指导，从真核基因和原核基因的结构和转录(功能)两个方面的区别出发，帮助学生深入理解基因文库的概念，明确两种基因文库的特点和区别。在一轮复习时，还应引导学生将“基因文库”与必修2的“基因组”“基因库”这些相近易混概念从内涵、水平、分类和应用等多个视角进行比较复习[1]。同时，通过加强纠错练习，不断规范学生的书写，避免出现诸如“CDNA”“c-DNA”和“cRNA”等错误写法。

4.3 新课落实基础，复习化整为零 基因工程历来就是教学的重点和难点，也是高考(天津卷)的高频考点。一方面是其知识体系较为庞杂，内容又较为抽象，学生的理解难度较大；另一方面是基因工程还涉及到了必修2的基因和基因表达、基因重组、遗传规律和育种等相关内容，知识点间的联系广泛，综合度高。因此建议教师在新课教学时，应着重落实基础，重视学生对教材的研读。在一轮复习时，可根据历年高考常考知识点，将基因工程分解成若干个小专题，化整为零，逐一突破，帮助学生理解基因工程操作中的每一个步骤背后的原理，知其然更要知其所以然。为了使学生能够更好地理解过程图，教师还可以创新教学方式、布置作图作业，进一步促进学生对知识的内化。