聚焦细胞分化 精编原创试题 夯实核心素养

安徽

1.问题的提出

“细胞分化”是高中生物的重要概念，但多数学生对“细胞为什么要分化”“细胞分化的实质”以及“基因选择性表达的内涵”等内容模糊不清，或只停留在浅层次的认识和记忆水平。教师在复习教学中，若直接告知学生结论或盲目地将学生引入“题海战术”，均不能较好地完成复习课教学目标的落实，学生素养的培养更无从谈起。

2.问题解决的改进策略

在“细胞分化”复习教学中，笔者精编4道回归概念本质的、层层递进的原创试题，并按照生物学事实—— 假设—— 论证—— 生成概念的逻辑过程，激发学生的深度思考，提高复习效率，达到发展和落实学科核心素养的目的。

2.1 设情景，构建概念，落实生命观念

【原创命题1】图1是人体发育过程图，下列有关叙述正确的是 （ ）

图1

A.细胞分化仅发生在②过程中

B.肌肉细胞与骨细胞遗传信息不同

C.上皮细胞与神经细胞在③过程中表面积均增大，且功能相同

D.从蛋白质角度看，细胞分化是蛋白质种类和数量改变的结果

【参考答案】D

【解析】细胞分化发生在生物体的整个生命过程中，A选项错误；就一个个体来说，各种细胞具有相同的遗传信息，但不同细胞的形态、结构和功能却有很大差异，B、C选项错误；在个体发育过程中，不同的细胞中遗传信息的执行情况不同，例如：在红细胞中，与血红蛋白合成有关的基因处于活动状态，与肌动蛋白合成有关的基因则处于关闭状态，在肌肉细胞中则相反，因此，从蛋白质角度来看，细胞分化是蛋白质种类和数量改变的结果，D选项正确。

【命题说明】

素材来源：人教版教材必修1和百度图片

命题立意：笔者对教材和百度图片进行加工，将众多的概念转换为相对简单的图文信息，并在此过程中注重对核心知识和生命观念的整合。笔者在命题过程中创设整合真实的微情境，通过结合贴近学生生活经验和认知特点的“人体发育过程图”，激起学生求知的欲望，使学生不由自主地沉浸在对细胞分化概念的学习中。通过比较图例，使学生清晰地感知细胞分化中的细胞来源于一个细胞增殖产生的后代，分化产生的细胞的形态结构发生稳定性差异。依据生命组成的物质观点：蛋白质是生命活动的主要承担者，基因控制蛋白质的合成等，学生不难归纳出：从蛋白质的角度看，细胞分化过程是蛋白质种类和数量改变的结果。而由结构与功能相适应这一生命观点，学生可自主习得细胞分化概念中的另一关键特点：生理功能发生稳定性差异。这种真实生活情境融入原创题的方式，可以打通科学世界与生活世界之间的障碍，通过“感知→理解→内化”的过程，促进学生抽象思维与形象思维的协调发展，引领学生在理性与感性的交织下概括出生物学概念，进而提高学生的生物学素养。

2.2 搭平台，拓展概念，提升科学思维和探究能力

【原创命题2】下表为动物细胞中的3种基因和蛋白质，推测最合理的是________ _______________ （________）

注：+表示存在，-表示不存在

A.细胞中基因的表达不具有选择性

B.不同类型的细胞中含有的蛋白质完全不同

C.维持基本生命活动的基因在各种活细胞中都表达

D.细胞分化的关键是有无决定特异性蛋白质合成的基因

【参考答案】C

【解析】细胞分化的实质是基因的选择性表达，A选项错误；细胞中的基因有很多，需要选择性表达的只是其中一部分，根据有无选择性表达这一特点，可将生物体内的基因分为管家基因和奢侈基因。管家基因是指在所有细胞中都需要表达的基因，无选择性表达的特点，与细胞分化无关，其产物是维持细胞基本生命活动必需的物质，如呼吸酶基因、ATP水解酶基因等。奢侈基因是只在特定细胞中表达的基因，具有选择性表达的特点，能控制细胞分化，如胰岛素基因、血红蛋白基因等，B选项错误，C选项正确。就一个个体来说，各种分化的细胞具有相同的遗传信息，不同的细胞中遗传信息的执行情况不同（基因的选择性表达），细胞分化的关键是决定特异性蛋白质合成的基因是否表达，D选项错误。

素材来源：《中学生物教学》

命题立意：笔者围绕主干知识—— 细胞的分化，进行知识的迁移和发散，拓展基因的选择性表达概念。该试题要求学生从表格中提取、分析信息，并得出结论。这个过程需要学生有一定的科学思维能力，符合生物核心素养培养的要求。高中生虽然具有一定的科学思维能力，但往往因缺乏科学思维的意识，对于现象和问题的解释容易主观化，导致科学思维淡化。通过表格中对3种基因和蛋白质的清晰呈现，使学生看得真切，悟得透彻，纠正了学生原有的思维偏差，引导学生厘清细胞分化的实质是部分基因的选择性表达，维持细胞基本生命活动所必需的基因在各种细胞中均表达。笔者通过原创题让学生深化概念的理解，消除思维障碍，帮助学生将科学思维内化成自身素养的一部分。

【原创命题3】基因表达具有时空特异性。人体内的血红蛋白由4条肽链组成，其在个体发育不同时期表达不一样，具体如图2所示：

图2

镰刀型细胞贫血症是一种分子遗传病，现有放射性标记的α、β、γ和 ξ 4种基因探针，分别可与相应基因转录的mRNA形成杂交带，设计实验以推测某镰刀型细胞贫血症的成人患者是哪种基因突变所致。

（1）请写出简要的实验思路____________________ ；

（2）请预期实验结果和结论____________________ 。

【参考答案】实验思路：提取患者未成熟红细胞中的mRNA，分别以放射性标记的α、β基因作探针，使探针与mRNA杂交

怎样才能过上“诗与远方”的更有人性尊严、更加惬意富足的生活？这当中涉及的问题太深太广了，非三言两语所能明了。一句话，整个社会必须顺应时代潮流，跟上时代步伐，与世界大势接轨，依靠公平公正的法则确保每一个人通过诚实合法的艰苦努力，获取体面高贵的“诗与远方”。

预期结果和结论：

若与α基因探针形成杂交带，与β基因探针未形成杂交带，则说明患者可能是β基因突变所致；

若与α基因探针未形成杂交带，与β基因探针形成杂交带，则说明患者可能是α基因突变所致；

若与α、β基因探针均未形成杂交带，则说明患者可能是α和β基因均发生突变所致

【解析】基因的选择性表达在时间上有早晚之分，有些基因在胚胎阶段就开始表达；有些基因在胎儿时期表达；有些基因在儿童阶段表达；还有些基因在成人阶段才表达。另外基因的选择性表达还表现在某些基因只在某一段时间内表达。如在成熟期，参与细胞分裂的基因基本不表达，用于物质转化的相关蛋白质等的基因会表达，进而合成相应的蛋白质、酶等。由图2可知，成人阶段血红蛋白由2条α链和2条β链组成，分别由α和β基因为之编码。当α和β基因突变，可能不能产生正常的mRNA。当用α、β基因分别作探针，与未成熟的红细胞中提取的mRNA进行杂交实验时，不能形成杂交带则说明可能相应基因发生了突变。

【命题说明】

素材来源：《生物化学》教材和百度文库

命题立意：巧用生命现象整合不同章节知识，从实验的角度，以富有发展潜力、再生性强的能力、方法和知识为切入点，考查学生的分析和探究能力。引导学生在复杂的情境中做出判断，从而对生命现象、生命规律产生科学的认识。基因表达的时空性是细胞分化的一大难点，但若采用“抽丝剥茧”的方式逐一剖析基因在不同的空间、时间里的表达，学生就很容易理解。本题通过展示生物学事实：人体发育过程中血红蛋白的表达特点图，带领学生回到原始状态中探究相关概念的由来，帮助学生在真实的情境中理解基因表达的时间特异性。这种探究式原创题型的设置，对于学生掌握科学概念，参与科学实践，理解科学本质，成为独立的思考者和学习者都有重要的作用。

2.3 巧应用，深化概念，加强社会责任感

【原创命题4】为了减少环境污染，科学家利用反义基因专一性地阻断病毒在宿主细胞中的增殖，以增强植物的抗病性。科学家将编码病毒外壳蛋白（CP）的基因作为靶基因，利用转基因技术将反义CP基因导入烟草细胞，获得具有反义CP基因的转基因植株，高效表达的转基因烟草在烟草花叶病毒存在时能维持抗病毒状态30天左右，而正常植株3 ～ 4天便出现病状。请据图3回答：

图3

（1）由图3推测，CP基因已经整合到烟草细胞的染色体上，利用反义CP基因专一性地阻断CP基因表达时的________________ 过程，最终获得抗病植株。反义基因的遗传特性能在烟草植株体内维持和表达的关键是__________________________ ，这需要检测才能知道，检测采用的方法是________________________ 。

（2）在噬菌体、植物病毒和质粒三种载体中，选用植物病毒作为载体，可能有引起______________________ 的潜在危险，不选用____________________作为载体的理由是________________________________ 。

（3）研究人员在转基因烟草中检测到反义CP基因，但抗病能力没有提高，若从构建基因表达载体的角度分析，最可能的原因是_________________________________________ ，根据中心法则分析，可能的原因是______________________________________________________________ 。

【参考答案】（1）翻译 反义基因插入到受体细胞的染色体DNA上 DNA分子杂交技术

（2）插入突变及细胞恶性转化 噬菌体 噬菌体的宿主是细菌，不是植物

（3）位于反义CP基因上游和下游的启动子和终止子设计不理想，或者未插入启动子和终止子之间 反义CP基因没有转录或转录的mRNA没有翻译

【解析】（1）CP基因转录的mRNA1和反义CP基因转录的mRNA2互补配对形成双链RNA，导致CP基因因无法表达而沉默，直接阻碍翻译过程。（2）由于病毒插入或整合到染色体中的位置是随机的，有引起插入突变及细胞恶性转化的潜在危险。噬菌体是细菌病毒，专门寄生在细菌体内。（3）研究人员在转基因烟草中检测到反义CP基因，但抗病能力没有提高，若从构建基因表达载体的角度分析，最可能的原因是位于反义CP基因上游和下游的启动子和终止子设计不理想，或者目的基因未插入启动子和终止子之间，导致该基因不能进行表达。基因表达包括转录和翻译两个步骤，因此，根据中心法则分析，其可能的原因是反义CP基因没有转录或转录的mRNA没有翻译。

【命题说明】

素材来源：《生物技术通报》

命题立意：笔者对教材的核心原理和规律进行跨章节的整合、重组及迁移，以人类所面临的社会问题为素材设计问题，这样做是基于对科学思维的深度探究，同时也可以培养学生形成一定的社会责任感。一方面，科学教育的重要意义不仅在于获得知识本身，还在于理解获得知识的过程和方法，本题意在把教材中的重要概念融入到学生的探究活动中，旨在训练学生在对实验探究的严谨设计、逻辑思维、科学探究和表达能力的过程中深化他们对概念的理解和应用。另一方面，生物学与日常生活、工农业生产等各个领域息息相关，所以生物学科的教学中承载着培养学生的社会责任担当。本题以反义基因在培育植物新品种的应用为背景，充分发挥学生“学以致用”的能力，以此培养学生形成一定的社会责任感。

3.结语

复习课是学生“再生长”的机会，在细胞分化的复习教学中，教师基于真实情境和问题情境精编原创试题。再次“构建→拓展→深化”概念，“连点成线、连线成网”形成知识结构。在对生命现象的分析中，提炼出生命观念、激发学生深度思维，提高思维品质、加强社会责任感，促进生物学核心素养的“再生长”，以利于学生终身发展的需求。