基于学科前沿成果的一道原创试题展示及剖析

安徽

分析近几年的高考试题不难发现，在素材选择上命题人常关注科学前沿，重真实情境，在问题设置上常侧重思维能力、逻辑推理能力、语言表达等能力的考查，这些是学生未来走向社会应具备的关键能力。笔者以“科学前沿成果”为命题素材，把选修3相关知识进行融合、串联，从核心素养的不同维度、不同水平设置一系列问题，对学生进行综合能力的考查，以利于生物学科核心素养的养成。

【原创试题】匹兹堡大学科研人员曾在《科学》上发表文章，声称用体细胞克隆非人灵长类动物的理想是不可能实现的。中国科研人员孙强教授带领一个包括兽医、护士，博士等在内的十几人团队，自2012年起历经5年多时间，攻坚克难，通过体细胞核移植成功克隆猕猴，目前已获得两只克隆猴“中中”和“华华”，2018年1月25日，体细胞克隆猴——“中中”和“华华”登上学术期刊《细胞》封面，打破了体细胞克隆非人灵长类动物的理想是不可能实现的观点。实验流程如图所示，分析并回答下列问题：

（1）供体体细胞在体外培养时，定期更换培养液的目的是_________________________________________________________________________________________ 。由于人们对动物细胞所需营养物质还没有完全弄清楚，因此在培养细胞时需在培养基中加入___________ 。

（2）体细胞核移植时，将甲的细胞核移植到乙的去核卵母细胞中，选择卵母细胞的原因是______________________________ ；图中④表示__________ 技术。

（3）克隆猴“中中”和“华华”核基因组理论上与______（填“甲”“乙”或“丙”）猴一致，科研人员通过27个微卫星位点分析证明克隆猴核基因组信息与理论上一致，微卫星序列是1～4个碱基的重复序列，不同个体间重复次数往往不同，说明微卫星位点________（填“容易”或“不容易”）发生变异，选用多个微卫星位点而非个别微卫星位点的优点是_______________________ ；“中中”和“华华”的有些性状与核基因组供体并不完全相同，除环境因素外，发生此现象的原因是____________________________________________ 。

（4）在克隆过程中，科研人员面临的难题之一是如何将重新构建的克隆胚胎激活，因为核基因组启动前，体细胞核要进行重编程，即将成熟体细胞重新诱导回______状态。研究人员广泛吸收了前沿科学最新成果，将TSA和Kdm4（两种酶）注入尚未形成囊胚的卵母细胞中，提高了核基因组重编程过程重启的成功率。通过克隆猕猴的成功案例，你认为要在科研道路上有所突破，应该具有怎样的科研品质？__________________________________________________ 。（答出两点即可）

【参考答案】

（1）防止代谢产物积累对细胞自身造成危害 动物血清或血浆

（2）卵母细胞的质中含有能使已分化的核表达出全能性的营养和物质 胚胎移植

（3） 甲 容易 减小误差，提高实验数据的准确性 卵母细胞的细胞质中的遗传物质会对克隆动物的性状产生影响

（4）早期胚胎（或未分化或干细胞） 敢于质疑、勇于创新；具有团队合作精神；关注相关学科前沿科研成果（合理即可）

【解析】（1）动物细胞培养过程中需要无菌无毒的环境，定期更换培养液的目的是清除代谢产物，防止代谢产物积累对细胞自身造成危害；在动物细胞培养过程中，有些营养物质还没有完全弄清楚，需要加入一些天然成分，如动物血清或血浆等物质。（2）去核的卵母细胞含有能使细胞核表达出全能性的营养和物质，而体细胞中没有相应的物质和条件，所以在体细胞核移植时，会选择卵母细胞；克隆胚胎需要通过胚胎移植技术移植到受体中。（3）克隆动物的核基因组应该来自提供细胞核的一方，所以应该是甲个体；不同个体间重复次数往往不同，说明微卫星位点容易发生变异；选用多个微卫星位点而非个别微卫星是为了避免偶然性发生，提高实验数据的准确性；生物的性状由基因和环境因素共同影响，克隆后代某些性状与核基因组供体并不完全相同，除环境因素外还可能是遗传物质有差异，细胞质基因来自去核的卵母细胞，这些遗传物质也会控制某些性状的形成。（4）体细胞克隆过程中，被移植的细胞核是已经分化了的细胞中的细胞核，此细胞核如果要表达出全能性，应像植物细胞脱分化一样回到未分化的状态才可以；从材料中可以看出科研人员不仅在挑战权威，还涉及不同学科人员通力合作、攻坚克难，采用本学科最前沿科研成果使实验取得重大突破，最后获得成功。

【命题说明】

1.素材来源

《环球科学》“中国科学家成功克隆灵长类动物”一文。

2.命题素材分析

选用最新的学科前沿科研成果为命题素材，能保证试题的时效性、科学性和权威性，素材情境新颖，能有效激发学生的兴奋点；克隆技术是社会热点问题，带领学生基于生物学知识，参与讨论并作出理性解释，有效激发学生的思考点，有助于学生社会责任意识的养成教育；学生通过阅读题干和问题中补充提供的资料信息，丰富学生的知识，让学生感受到我国科研人员在“攻坚克难、不懈努力”，潜移默化地培养学生的爱国情怀，增加民族自豪感和责任感。

3.命题立意

随着课程改革的推进，生物学科对核心素养的考查日益突出。高考试题特别突出能力立意，在问题设置上重语言描述、重科学思维、重社会责任。本题通过克隆猴“中中”和“华华”的诞生，把选修3动物细胞工程和胚胎工程相关知识进行融合、串联，从核心素养的不同维度、不同水平对学生进行综合能力考查（见表1：原创试题在核心素养上的体现及水平）。

本题侧重核心素养、责任意识养成和科学品质教育，最后一问“你认为要在科研道路上有所突破，应该具有怎样的科研品质？”这是一个开放问题，旨在引导学生感悟知识之外的科学精神——敢于质疑、勇于创新、坚持不懈、团队合作；引导学生关注科研成果的进展，帮助学生养成社会责任意识。

表1 原创试题在核心素养上的体现及水平

续表