例谈利用科技论文命制生物技术实践原创试题

史传燕

（海安市曲塘中学 江苏南通 226661）

分析近几年江苏高考试卷中生物技术实践版块的非选择题，其中DNA粗提取、微生物的实验室培养、细胞固定化这三个实验是重点考查对象。例如，2016年江苏卷第29题探索海藻酸钠固定化对绿球藻的影响，2018年江苏卷第31题从土壤样品中分离利用工业废甲醇的酵母菌等，都是基于真实的科研情景，考查学生的基本操作能力和对实验结果的分析能力。因此选择好的科技论文作为命题背景，能更好地考查学生对生物技术实践版块实验的掌握情况。

1 论文的选取及论文的处理过程

1.1 以DNA粗提取相关论文为命题背景

【例1】科研人员通过观察老年（65～79岁）14例、高龄（80～89岁）16例及长寿老人（≥90岁）12例，肝、脾组织基因组DNA的含量的变化及差异，探讨衰老进程中DNA含量的变化规律，并为今后与衰老相关的研究提供实验数据。实验的主要操作步骤如下：

（1）称取组织100 mg放入-80℃冰箱。

（2）将组织放入1.5 mL离心管中，同时加入样品裂解液，并用微量电动匀浆器充分匀浆。

（3）加入蛋白酶，56℃消化48 h，90℃高温蛋白质变性1 h。

（4）加入________酶和缓冲液，37℃水浴锅中放置1 h，以去除样品中的RNA。

（5）加入纯乙醇溶液，离心取__________。

（6）缓冲液溶解DNA，进行DNA的含量和纯度检测。实验结果见表1（表中OD260反映溶液中核酸的浓度，OD280反映溶液中蛋白质或氨基酸的浓度。理论上，纯DNA溶液的OD260/OD280为1.8）。

表1 实验结果

回答下列问题：

（1）推测第二步中样品裂解液的的作用是

（2）补全实验步骤：

（3）与肝组织相比从脾组织中提取的DNA中含有的____________杂质更多。因此，在提取脾组织中DNA时上述实验流程可以怎样改进？____________

（4）无论肝组织还是脾组织中高龄组DNA含量总比老年组少，说明DNA含量随着年龄的增长_____________；但是长寿老人比高龄组的DNA含量显著增高科学家推测可能长寿老人体内的长寿基因，以及__________因素保持了DNA__________，从而减少了DNA的损伤，延缓了细胞的衰老。

（5）本研究可能存在一些不足，请指出。

参考答案：

（1）瓦解组织细胞膜（2）RNA酶 沉淀物（3）RNA第四步中RNA酶的量加大，或者延长保温时间

（4）逐渐减少 环境因素 修复能力

（5）年龄组别不是足够多，每一组别的人数也不足够多

论文的处理过程：

这道题目的背景来源于《医解手术学杂志》2015年第4卷第2期《老年、高龄及长寿老人肝脾组织基因组DNA含量变化及比较》，笔者从论文中选取DNA提取的实验步骤进行设问，让学生对不同年龄段人的肝组织和脾组织中DNA的含量以及OD260/OD280的值进行实验结果分析。试题（1）～（3）小问充分考查了提取DNA的操作步骤，去除DNA中不同杂质的方法；第（4）小问让学生通过实验结果得出相关结论；第（5）小问考查学生对实验科学性和严谨性的认识。

1.2 以固定化酶相关论文为命题背景

【例2】苯氧基苯甲酸（3-PBA）是大多数拟除虫菊酯类农药降解的中间产物，毒性很大，科研人员研究了固定化3-PBA降解酶的固定条件，旨在为其工业应用提供参考。在本实验条件下，1 min内使3-PBA减少1.0 nmol所需酶量为1个酶活力单位（U）。实验结果如图1、图2所示。

（1）该实验中海藻酸钠的作用是___________________，科研人员根据图1，最终选择质量分数为2%的海藻酸钠溶液，不选择质量分数为0.5%的海藻酸钠溶液的原因是_____________________________。海藻酸钠浓度过高酶活力下降的原因是___________________________________________________。

（2）用注射器吸取酶液以恒定的速度滴加到__溶液中；根据图2结果显示固定化酶凝胶珠生物直径与针头型号成_______比；凝胶珠直径过大酶活力下降的原因可能是______________。因此科研人员选择12号针头进行固定化。

（3）科研人员选择质量分数为2%的海藻酸钠溶液，12号针头对酶液进行固定化制作固定化酶。以恒定的速度向反应体系中加入3-PBA，并以相同的速度收集反应液，测定反应液中3-PBA的残留量，结果如图3所示，当反应时间为_____min中左右固定化酶的活性最高，随着时间的推移酶活性降低的原因可能有___________________________________________。

图3 反应液中3-PBA残留量的柱形图

参考答案：

（1）包埋剂 海藻酸钠浓度过低包埋酶液易渗出 影响底物与产物的接触

（2）氯化钙 正 凝胶珠中心的酶难以接触底物，且反应产物难以排出

（3）200 温度、pH等的改变

论文的处理过程：

这道题目的背景来源于《中国食品学报》2016年第16卷第2期《鞘氨醇单胞菌产3-苯氧基苯甲酸降解酶固定化条件及其酶学性质研究》一文，本实验是用包埋法固定化酶，中学教材一般认为酶不能用包埋法固定，这道题目的背景是对传统认知的挑战。笔者选取了海藻酸钠溶液浓度对固定化酶活力的影响、针头型号对固定化酶活力及凝胶珠直径的影响、反应时间与3-PBA残留量的影响的实验数据，结合实验操作流程进行设问，考查学生的实验操作能力和对图表的解读能力。通过设计第（1）小问考查海藻酸钠的作用以及浓度过高或过低对实验结果的影响。高考题注重考查学生对图表的解读能力，特别是对双坐标轴的曲线图（柱形图）的分析，因此设计第（2）小问从多角度考查学生的能力以及对知识的掌握。任何一项研究的目的最终都要回归实际应用，因此设计第（3）小问让学生在分析结果的过程中了解固定化3-PBA降解酶对3-PBA的降解情况。

1.3 以土壤微生物的筛选为命题背景

【例3】漆酶可以氧化许多有机污染物，本探究从土壤中筛选分泌漆酶的真菌菌株，并通过实验初步探讨其对多环芳烃污染土壤的修复潜力，旨在为污染土壤修复提供新的真菌资源。已知漆酶可以氧化愈创木酚产生红棕色物质，根据真菌生长过程的培养基颜色变化可以挑选出具有潜在漆酶活性的土壤真菌。主要研究过程如下：

①称取10.0 g土壤，制成土壤悬浮液进行梯度稀释，然后将不同稀释度的土壤悬液涂布到含有质量分数为0.01%愈创木酚平板培养基上，28℃温度下培养，挑取单菌落，进行多次平板划线分离纯化。将纯化的菌株接种于不含愈创木酚的培养基上培养，观察菌落周围培养基颜色是否变化。

②通过上述方法筛选出7株真菌菌株，其中F-5在液体培养基中表现出最高的漆酶活性，选择F-5进行多环芳烃严重污染土壤修复研究，共设四个处理，每个处理三个重复，多环芳烃的降解情况如图4所示。

图4 多环芳烃降解情况的柱形图

（1）步骤①中培养基按物理性质分属于_____________________，对接种环灭菌的方法：____，将土壤悬液进行梯度稀释时应用_____水，涂布到平板培养基上的菌悬液不宜过多的原因是______________________________________。

（2）步骤②中在质量分数为0.01%愈创木酚平板培养基上，在28℃下温度下培养，挑取的单菌落应有何特征_________________________，为什么又要将纯化的菌株接种于不含愈创木酚的培养基上培养，观察菌落周围培养基颜色是否变化?_______________。

根据图4实验结果回答:

（3）AS和A两种处理的降解率明显高于CK和S两组，而AS和A之间差异不显著，这表明_______是土壤多环芳烃降解的主要原因。

（4）此外推测S组的降解率显著高于CK的原因是供试土壤为长期污染的土壤，其中可能含有________________________________。

参考答案：

（1）固体培养基 灼烧灭菌 无菌水 防止菌体堆积得不到由单个真菌形成的菌落

（2）菌落周围有红棕色氧化圈 确认颜色变化是否为菌落本身的颜色而非分泌漆酶所致

（3）接种真菌F-5

（4）具有一定降解功能的土著微生物，通过添加营养物质可以在一定程度上刺激并强化其降解功能

论文处理过程：

这道题目的背景来源于《生态学报》2012年第32卷第1期中《一株产漆酶土壤真菌F-5的分离及土壤修复潜力》一文。笔者首先选择了论文中材料和方法中关于土壤微生物的分离和纯化过程的描述，设计了第（1）和第（2）小问考查了微生物分离纯化过程中的操作细节；其次，截取了论文中对选择的F-5菌株进行多环芳烃严重污染土壤修复研究结果设计第（3）（4）小问，考查学生对对照实验结果的分析能力。

2 选择科技论文作为命题背景的优点及注意点

2.1 选择科技论文作为命题背景的优点分析

2.1.1 真实新颖

科技论文往往具有真实的科研情景，背景较新颖，不仅可以考查学生相应的能力水平，还可以让学生耳目一新，在做题中学到课本之外的知识。通过例2，学生可以了解到利用固定化酶可以降解农药；通过例3，可以了解到分泌漆酶的真菌菌株可以对多环芳烃污染土壤进行修复。这些真实新颖的背景促使学生关注日常生活中的实际问题，并积极思考，用所学知识解决实际问题。

2.1.2 内容丰富

科技论文中所包含的小研究较多，数据呈现的形式多样，三道试题中包含曲线图、柱形图、表格等，命题者选择合适的研究和适量的图表可以让试题的信息量相对丰富，从而从多个角度考查学生的能力。

2.1.3 最新技术

科技的论文中的研究往往基于中学教材又高于中学教材，可以让学生了解到更多的实验方法和技术。例如，例1中提取DNA的过程以及测定DNA含量的方法就是中学教材中没有涉及的，例2中用包埋法固定化酶是对传统认知的挑战，打破学生的固定思维。

2.2 选择科技文献作为命题背景的注意点

（1）尽量选择权威期刊的论文，论文中的数据要经得起推敲。

（2）去除无效数据。一篇科技论文中数据很多，命题者要精心选取有用的数据进行设问，所列图表在试题中要有用，图表与设问之间要有联系，要充分挖掘图表中的信息进行设问。

（3）不可太注重能力考查，而忽略基础知识。由于科技论文所包含的信息量较大，命题者设计的问题可能过多考查探究能力、图表解读能力、实验结果分析能力，而忽略了基础的知识点。这就要求命题者要以考纲为依据把基础的知识点穿插进试题，让设问有一定的梯度。