高考试题中的“信息观”

唐文芝

(安徽省砀山中学)

《普通高中生物学课程标准(2017版2020年修订)》(以下简称《课程标准》)指出:“生命观念”是生物学科核心素养的重要内容,“生命观念”是指对观察到的生命现象及相互关系或特征进行解释后的抽象,是人们经过实证后的观点,是能够理解或解释生物学相关事件和现象的意识、观念和思想方法。“生命观念”包括结构与功能观、进化与适应观、稳态与平衡观、物质与能量观等。在《课程标准》提出的这四条观念的基础上,许多学者又进一步提炼出生命的系统观、生态观、信息观等。

信息在生命系统(小到细胞,大到生态系统)中有重要作用,对它的研究贯穿现代生命科学从微观到宏观的全部。生命的信息观与《课程标准》中生命的物质和能量观结合后,是对生命更准确的概括和总结,即生命是物质、能量和信息的统一体。本文以近年高考试题为研究对象,分析其中的“信息观”并提出建议,以期达到好的教学效果。

1.信息观在近年高考试题中的体现

1.1 分子与细胞水平的信息观

例1.(2023全国乙卷5题)已知某种氨基酸(简称甲)是一种特殊氨基酸,迄今只在某些古菌(古细菌)中发现含有该氨基酸的蛋白质。研究发现这种情况出现的原因是,这些古菌含有特异的能够转运甲的tRNA(表示为tRNA甲)和酶E,酶E催化甲与tRNA甲结合生成携带了甲的tRNA甲(表示为甲-tRNA甲),进而将甲带入核糖体参与肽链合成。已知tRNA甲可以识别大肠杆菌mRNA中特定的密码子,从而在其核糖体上参与肽链的合成。若要在大肠杆菌中合成含有甲的肽链,则下列物质或细胞器中必须转入大肠杆菌细胞内的是

( )

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

A.②⑤⑥ B.①②⑤ C.③④⑥ D.②④⑤

【答案】A

【试题分析】本题利用基因指导蛋白质合成过程、基因工程的相关内容,考查了信息观的生命观念。基因将信息传递到蛋白质,基因在不同生物之间正确表达,都体现了遗传信息的传递过程。根据题干信息“已知tRNA甲可以识别大肠杆菌mRNA 中特定的密码子,从而在其核糖体上参与肽链的合成”,说明该肽链合成所需能量、核糖体、RNA聚合酶均由大肠杆菌提供,①③④不符合题意;据题意可知,氨基酸甲是一种特殊氨基酸,迄今只在某些古菌(古细菌)中发现含有该氨基酸的蛋白质,所以要在大肠杆菌中合成含有甲的肽链,必须往大肠杆菌中转入氨基酸甲,②符合题意;古菌含有特异的能够转运甲的tRNA(表示为tRNA甲)和酶E,酶E催化甲与tRNA甲结合生成携带了甲的tRNA甲(表示为甲-tRNA甲),进而将甲带入核糖体参与肽链合成,所以大肠杆菌细胞内要含有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符合题意。

例2.(2021山东卷1题)高尔基体膜上的RS受体特异性识别并结合含有短肽序列RS的蛋白质,以出芽的形式形成囊泡,通过囊泡运输的方式将错误转运到高尔基体的该类蛋白运回内质网并释放。RS受体与RS的结合能力随pH升高而减弱。下列说法错误的是

( )

A.消化酶和抗体不属于该类蛋白

B.该类蛋白运回内质网的过程消耗ATP

C.高尔基体内RS受体所在区域的pH比内质网的pH高

D.RS功能的缺失可能会使高尔基体内该类蛋白的含量增加

【答案】C

【试题分析】本题考查了细胞内物质通过囊泡运输的相关内容,囊泡的运输是在细胞精准的调控下的运输,这种精准的调控离不开细胞内信息的交流。根据题干信息,高尔基体产生的囊泡将错误转运至高尔基体的蛋白质运回内质网,即这类蛋白质不应该运输至高尔基体,而消化酶和抗体属于分泌蛋白,需要运输至高尔基体并发送至细胞外,所以消化酶和抗体不属于该类蛋白,A正确;细胞通过囊泡运输需要消耗能量ATP,B正确;根据题干信息“RS受体特异性识别并结合含有短肽序列RS的蛋白质” “RS受体与RS的结合能力随pH升高而减弱”,如果高尔基体内RS受体所在区域的pH比内质网的pH高,则两者结合能力会减弱,可以推测高尔基体内RS受体所在区域的pH比内质网的pH低,C错误;通过题干“RS受体特异性识别并结合含有短肽序列RS的蛋白质,通过囊泡运输的方式将错误转运到高尔基体的该类蛋白运回内质网并释放”,可以得出结论,如果RS的功能缺失,受体不能和错误的蛋白质结合,并运回内质网,会使高尔基体内该类蛋白的含量增加,D正确。

【分子与细胞水平体现信息观实例拓展】分泌蛋白合成过程中信号肽被内质网识别并起引导作用;分泌蛋白合成运输过程中,囊泡的形成和移动都由信号指导;细胞间可以通过信号识别和胞间连丝等方式进行信息交流,体现细胞信息交流的方式多种多样;细胞膜控制物质进出细胞的过程也是在信息的调控下实现的;光合作用与呼吸作用的进行也离不开信息的作用;基因指导蛋白质合成的过程,就是遗传信息从DNA到RNA,进而流向蛋白质的过程;DNA的自我复制也体现了信息在分子水平上的流通;基因工程也是人类利用生物学遗传信息进行的操作。

1.2 个体水平的信息观

例3.(2023广东卷15题)种植和欣赏水仙是广东的春节习俗。当室外栽培的水仙被移入室内后,其体内会发生一系列变化,导致徒长甚至倒伏。下列分析正确的是

( )

A.水仙光敏色素感受的光信号发生改变

B.水仙叶绿素传递的光信号发生改变

C.水仙转入室内后不能发生向光性弯曲

D.强光促进了水仙花茎及叶的伸长生长

【答案】A

【试题分析】本题考查了环境因素参与调节植物生命活动的相关内容,在自然界中,种子的萌发,植株生长、开花、衰老等,都会受到光的调控。光作为一种信号,影响、调控植物生长、发育的全过程。当室外栽培的水仙被移入室内后,光信号发生变化,光照强度减弱,光敏色素作为光信号的受体感受到光信号发生改变,影响相关基因的表达,进而导致水仙徒长甚至倒伏,A正确、D错误;叶绿素可以吸收、传递和转化光能,叶绿素本身不传递光信号,B错误;植物的向光性是指在单侧光的作用下,向光侧生长素浓度低于背光侧,导致背光侧生长快,向光侧生长慢,植物向光弯曲。水仙转入室内后,若给以单侧光,植物仍可以发生向光弯曲,C错误。

例4.(2023新课标卷32题)人在运动时会发生一系列生理变化,机体可通过神经调节和体液调节维持内环境的稳态。回答下列问题。

(1)运动时,某种自主神经的活动占优势使心跳加快,这种自主神经是________。

(2)剧烈运动时,机体耗氧量增加、葡萄糖氧化分解产生大量CO2,CO2进入血液使呼吸运动加快。CO2使呼吸运动加快的原因是________________。

(3)运动时葡萄糖消耗加快,胰高血糖素等激素分泌增加,以维持血糖相对稳定。胰高血糖素在升高血糖浓度方面所起的作用是________________________。

(4)运动中出汗失水导致细胞外液渗透压升高,垂体释放的某种激素增加,促进肾小管、集合管对水的重吸收,该激素是________。若大量失水使细胞外液量减少以及血钠含量降低时,可使醛固酮分泌增加。醛固酮的主要生理功能是________________________。

【参考答案】(1)交感神经 (2)人体剧烈运动时,呼吸作用增强,耗氧量增大,同时产生的CO2增多,刺激呼吸中枢,加快呼吸运动的频率 (3)促进肝糖原分解成葡萄糖,促进非糖物质转变成糖 (4)抗利尿激素 促进肾小管和集合管对Na+的重吸收,维持血钠含量的平衡

【试题分析】本题考查了动物生命活动的调节的相关内容。动物通过神经—体液—免疫调节网络来维持机体内环境的稳态。神经、体液、免疫的调节都离不开信息的传递和交流,神经递质、通过体液运输起调节作用的物质(比如激素、CO2等)、细胞因子均是信息分子,参与调节生命活动。(1)自主神经包括交感神经和副交感神经,运动时,交感神经的活动占优势,表现为心跳加快,支气管扩张,但胃肠的蠕动和消化腺的分泌活动减弱。(2)人体的呼吸中枢位于脑干,剧烈运动时,血液中二氧化碳增多,刺激感受器产生兴奋,传至呼吸中枢,导致呼吸加深加快,肺的通气量增加,排出体内过多的二氧化碳。(3)胰高血糖素是机体中能够升高血糖的激素之一,该激素主要作用于肝脏,促进肝糖原分解成葡萄糖进入血液,促进非糖物质转变成糖,使血糖回升到正常水平。(4)细胞外液渗透压升高时,抗利尿激素分泌增多,可以促进肾小管、集合管对水的重吸收,使渗透压恢复正常;醛固酮是由肾上腺皮质分泌的一种激素,其主要生理功能是促进肾小管和集合管对Na+的重吸收,维持血钠含量的平衡。

【个体水平体现信息观实例拓展】神经—体液—免疫调节的整个过程,都渗透了生命系统稳态的维持离不开信息的传递和调控;植物生命活动中,激素、光照等环境因素,都可作为信息对植物的生命活动进行调节。

1.3 群体水平的信息观

例5.(2022湖南卷8题)稻-蟹共作是以水稻为主体、适量放养蟹的生态种养模式,常使用灯光诱虫杀虫。水稻为蟹提供遮蔽场所和氧气,蟹能摄食害虫、虫卵和杂草,其粪便可作为水稻的肥料。下列叙述正确的是

( )

A.该种养模式提高了营养级间的能量传递效率

B.采用灯光诱虫杀虫利用了物理信息的传递

C.硬壳蟹(非蜕壳)摄食软壳蟹(蜕壳)为捕食关系

D.该种养模式可实现物质和能量的循环利用

【答案】B

【试题分析】本题考查了群落、生态系统的功能以及生态农业等相关内容,生态系统的信息种类包括物理信息、化学信息和行为信息。信息传递在农业生产中的作用主要有两个方面:一是提高农产品和畜产品的产量;二是对有害动物进行控制。能量传递效率是指相邻两个营养级之间同化量的比值,该模式提高了能量的利用率,但不能提高能量的传递效率,A错误;生态系统的物理信息有光、声、温度、湿度、磁力等,采用灯光诱虫杀虫利用了光,是物理信息的传递,B正确;捕食关系是指群落中两个物种之间的关系,硬壳蟹(非蜕壳)和软壳蟹(蜕壳)属于同一物种,两者之间不属于捕食关系,C错误;生态系统中的能量传递是单向的,不能循环利用,D错误。

【群体水平体现信息观实例拓展】生态系统的信息传递在个体之间以及群体之间都是不可或缺的,具有重要意义。同时人们还可以将信息传递应用在农业生产中,以帮助人类更好地生存。

2.教学建议

生命信息观贯穿于整个高中生物的内容中,想要更好的发展学生的信息观,就要在教学中不断的渗透、整合信息观。不能满足于让学生找到生命活动中的信息,更要让学生理解并利用它来解释或解决生物学有关问题。

2.1 注重教学中信息观的渗透和整合

“信息观”的相关生物学知识内容较广、范围大,在新课教学中,应将信息观渗透到平时的教学中,设计合理的情境、结合问题串使学习层层递进,达到好的教学效果。在复习课中,以系统化原则设计单元教学,将生命系统划分为分子、细胞、个体、群体等层次,再从系统的整体性、有序性和反馈性出发设计教学过程,这样有利于学生逐步构建知识网络,由局部到整体形成“信息观”。

2.2 关注科学思维的发展

新课标背景下,学生学习的目的并不只是获取知识,而是形成相应的学科思维,利用学科知识解释生命现象或者解决生产生活中的问题,将所学知识最终转化生物学科素养。比如分子与细胞水平的信息观内容抽象,高考题中相关题目的情境较为复杂,教学中可以“囊泡的运输”为例,通过启发、解释、发展等方式,引导学生分析,综合、归纳掌握其中包含的信息调节路径,认同生命的信息观。

2.3 加强深度学习,建立信息观和其他生命观念的联系