进化与适应观在2018年北京高考题中的体现

周有祥

(北京市昌平区第一中学 北京 102200)

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。其中，进化与适应观是最具有生物的独特性和复杂性。

从生命系统的视角看，系统的正常运行是生物适应环境的表现。但由于环境总处在不断的变化之中，因此，生物也会随之而发生调整(变异与选择)，以达到新的适应，这就是进化。所以，适应也是进化的具体结果。生物的进化包括种间的协同进化，也包括生物与无机环境之间的相互影响。正如系统进化观认为的那样，进化远远不是简单趋向平衡和片面适应环境，而且是适应与创造之相互作用的展开，环境本身就是一个能适应和进化的活系统，因此，进化就是指有机体与环境之间的共同进化。

2018年全国高考北京卷理科综合第30题就很好地从“进化与适应”的角度出发考查了学生“认识生物的多样性、统一性、独特性和复杂性，形成科学的自然观和世界观，并以此指导探究生命活动规律，解决实际问题”的能力。

1 试题分析

1.1 背景资料 试题的题干： 水稻是我国最重要的粮食作物。稻瘟病是由稻瘟病菌(Mp)侵染水稻引起的病害，严重危害粮食生产安全。与使用农药相比，抗稻瘟病基因的利用是控制稻瘟病更加有效、安全和经济的措施。

分析： 题干为整个试题提供了一个情境。情境的背景资料是： 由子囊菌Magnaportheoryzae引起的稻瘟病是一种世界性的水稻病害，严重影响我国水稻生产和粮食安全。随着水稻和稻瘟病菌全基因组测序计划的相继完成，水稻—稻瘟病菌的互作机制研究已成为植物—病原物互作机制研究的模式系统。深入研究稻瘟病菌入侵机制、病菌效应分子的功能、无毒基因—抗病基因之间的互作及水稻响应机制等，对利用抗病遗传育种和遗传工程手段控制稻瘟病危害、保障水稻生产具有十分重要的意义。

1.2 基本概念 试题的第(1)小题： 水稻对Mp表现出的抗病与感病为一对相对____________。为判断某抗病水稻是否为纯合子，可通过观察自交子代____________来确定。

分析： 第(1)问检测的是遗传学研究的最基本的概念。生物体形态结构与生理功能的特征就是所谓性状，而同一性状的不同表现类型称之为相对性状。判断显性个体是否为纯合子的方法通常有： ①自交： 如果是纯合子，自交子代不出现性状分离；如果是杂合子，自交子代会出现性状分离；②测交： 如果是纯合子，测交子代只表现为显性；如果是杂合子，测交子代既有显性也有隐性。

1.3 技术应用 第(2)小题： 现有甲(R1R1r2r2r3r3)、乙(r1r1R2R2r3r3)、丙(r1r1r2r2R3R3)三个水稻抗病品种，抗病(R)对感病(r)为显性，三对抗病基因位于不同染色体上。根据基因的DNA序列设计特异性引物，用PCR方法可将样本中的R1、 r1、 R2、 r2、 R3、 r3区分开。这种方法可用于抗病品种选育中基因型的鉴定。①甲品种与感病品种杂交后，对F2不同植株的R1、 r1进行PCR扩增。已知R1比r1片段短。从扩增结果(下图)推测可抗病的植株有____________。②为了在较短时间内将甲、乙、丙三个品种中的抗病基因整合，选育新的纯合抗病植株，下列育种步骤的正确排序是____________。

a. 甲×乙，得到F1

b. 用PCR方法选出R1R1R2R2R3R3植株

c. R1r1R2r2r3r3植株×丙，得到不同基因型的子代

d. 用PCR方法选出R1r1R2r2R3r3植株，然后自交得到不同基因型的子代

分析： 第(2)小题分子生物学技术的应用。甲乙丙三个抗病品种的抗病性分别来自R1、 R2、 R3，因为三对抗病基因位于不同染色体上，所以三对等位基因之间是自由组合关系。不同基因的碱基序列不同，PCR的方法可以根据不同序列设计不同的引物扩增不同基因特定片段，从而进行区分。

甲品种R1R1r2r2r3r3与感病品种(基因型为r1r1r2r2r3r3)杂交后，得F1为杂合子R1r1r2r2r3r3，实际上r2r2r3r3始终为纯合，因此分析过程中可以不考虑这两对基因。F1自交得F2，它们的基因型可能是R1R1、 R1r1、 r1r1，因为R1比r1片段短，所以分析电泳结果可以得出： 植株1为R1R1、植株2为r1r1、植株3为R1r1，因此由图中的扩增结果可以推测可抗病的植株有植株1和植株3；

根据基因的自由组合定律，通过杂交育种可以将优良性状组合起来，因此一定有其中任意两品种杂交，然后子代再与另一品种杂交，再经过自交选育出纯合。不过此题中已经有了“PCR方法可以将样本中的R1、 r1、 R2、 r2、 R3、 r3区分开”的信息，所以这个育种步骤如图1。

甲(R1R1r2r2r3r3)×乙(r1r1R2R2r3r3)

↓

F1(R1r1R2r2r3r3)×丙(r1r1r2r2R3R3)

↓

子代有四种基因型，利用PCR方法筛选出R1r1R2r2R3r3

↓进行自交

子代有二十七种基因型(33)，利用PCR方法筛选出R1R1R2R2R3R3

图1 育种步骤

1.4 内在机制——适应的机理 第(3)小题： 研究发现，水稻的抗病表现不仅需要自身抗病基因(R1、 R2、 R3等)编码的蛋白，也需要Mp基因(A1、 A2、 A3等)编码的蛋白。只有R蛋白与相应的A蛋白结合，抗病反应才能被激活。若基因型为R1R1r2r2R3R3和r1r1R2R2R3R3的水稻，被基因型为a1a1A2A2a3a3的Mp侵染，推测这两种水稻的抗病性表现依次为____________。

分析： 从分子机制上看，水稻的抗病反应需要水稻自身抗病蛋白(R系列)与MP蛋白(A系列)相匹配，进而结合，才能被激活。所以被a1a1A2A2a3a3的MP侵染后，只有R2R2类型的抗病反应才能被激活(图2)。因此，R1R1r2r2R3R3和r1r1R2R2R3R3分别表现为感病和抗病。

图2 适应的机理

1.5 内在机制——变异与选择的发生 第(4)小题： 研究人员每年用Mp(A1A1a2a2a3a3)人工接种水稻品种甲(R1R1r2r2r3r3)，几年后甲品种丧失了抗病性，检测水稻的基因未发现变异。推测甲品种抗病性丧失的原因是____________。

分析： 对于品种甲(R1R1r2r2r3r3)来说，虽然对MP(A1A1a2a2a3a3)具有抗性，但是如果R1或者A1发生突变，就会改变原有的“匹配”，从而导致抗病反应不能发生，失去抗病能力。

1.6 内在机制——进化的实质 第(5)小题： 水稻种植区的Mp是由不同基因型组成的群体。大面积连续种植某个含单一抗病基因的水稻品种，将会引起Mp种群____________，使该品种抗病性逐渐减弱直至丧失，无法在生产中继续使用。

分析： 从群体的基因频率变化来看，如果大面积连续只种植只含单一抗病基因的水稻品种，意味着拥有与之“匹配”A基因的MP失去继续增殖的机会，从而这种A基因频率下降，而其他类型A基因的频率会上升，因此拥有原R基因的抗病水稻的抗病能力就会下降甚至丧失。换句话说，水稻与MP之间存在着相互选择，共同(协同)进化。

1.7 解决实际问题 第(6)小题： 根据本题所述水稻与Mp的关系，为避免水稻品种抗病性丧失过快，请从种植和育种两个方面给出建议____________。

分析： 综合以上分析，为避免水稻品种抗病性丧失过快，一方面可以丰富水稻的抗病品质，即具有R1R2R3，以应对拥有不同A基因的MP；另一方面，可以在同一区域分别种植抗病和感病水稻，以弱化对MP的选择作用，避免A基因频率的过快变化。

从整道试题的结构上看，试题按照“表(现)象—内在机制—实际应用”的思路展开，考查了学生的理解(辨认、比较、解读)、应用(推理归因)、创新(设计)能力。

其实，留意一下以往的北京卷，就可以发现蕴含着进化与适应的生命观念的命题并不鲜见。例如，2016年“豹的引种”、2014年“病毒与野兔”、2013年“安第斯山长舌蝠与长筒花”、2012年“金合欢蚁与金合欢树”等。但因为都是选择题，所以很难完整地进行学科素养的考查。

2 启示

进化与适应观是从“历史—现在—未来”的维度去理解生命的思想与观念，它需要回答“生命从哪里来、现在如何、到哪里去、它为什么是这样”等问题。所有的生命现象，其最终的原因都要到进化里去寻找。因此，进化与适应观是最具有生物学属性的生命观念。

教师在教学中，首先应该致力于以生命的系统性为基础，以事实(科学史发现、实验证据)为支撑，理解基本原理，逐步让学生形成生物学的重要概念，进而形成自己认识生命的观点和解决实际问题的能力，最终达成学科思想方法——观念(素养)；还需要从各个角度寻找支撑进行渗透，例如，从生命物质与无机自然界的统一性、从细胞结构的多样性和统一性、从代谢方式的比较、从细胞的生命历程、从遗传的分子机制、从可遗传变异的来源、从生物与生物及生物与无机环境之间的关系等多方面渗透“进化与适应”的思想；还要把解决实际问题的关键能力培养作为“素养”是否达成的重要判断依据，如题中所示案例。同时，综合的、相互联系的培养生命观念，不孤立理解和培养任何一种生命观念。例如，适应是指生物的结构以及这些结构所表达出来的功能有利于生物的生存。因此，结构与功能观是生物适应环境的具体表现。生命系统的结构与功能是建立在物质与能量的基础上的，同时生命系统对环境的适应既依赖于生物自身的稳态与调节，又影响着这个生态系统的稳态与平衡。

每年的高考总会影响着教与学，但不必在意试题本身，结合课程标准深入理解命题的要义才是教师要做的。