应用新材料 编制超长母题——以“基因的表达”专题复习为例

江苏 章 青

在高三复习阶段要围绕《考试说明》中的要求复习相关知识点，在一轮复习中掌握课本基础知识之后，二轮复习重在培养学生应用知识的能力，如何将学到的知识应用到新情景中，这是教师应该重点关注的，新情景的选择可以来自科学史、重大科研进展、生物科学论文、国外教材、高校教材的相关内容等。在基因的表达专题复习过程中，笔者选择对高校与国外教材中的相关内容进行加工，根据情景材料提出与本专题相关的多个问题，编制了超长题，这里的“超长题”是指问题多，问题是围绕本专题的知识提出的，一般要兼顾基础与提升，下面结合两个案例来说明。

1.高校教材在命题中的应用

大肠杆菌可以利用葡萄糖、乳糖、麦芽糖、阿拉伯糖等作为碳源进行生长繁殖，当培养基中含有葡萄糖和乳糖时，细菌优先利用葡萄糖，当葡萄糖耗尽，细菌暂时停止生长，经过短时间的适应，细菌就能利用乳糖继续呈指数式繁殖增长。笔者通过查阅高校教材中相关内容，作为情景材料，编制了超长母题进行专题复习。

1.1 超长母题编制展示

如图1表示大肠杆菌在没有乳糖时，控制利用乳糖所需要相关酶的合成过程。图中O、lac Z、lac Y、lac A四个基因头尾相接，在操纵基因前有一个启动子，在翻译时形成1个mRNA，当核糖体沿此mRNA移动时，核糖体不从mRNA上掉下来而是继续沿mRNA移动合成3种酶，请据图回答下列问题：

图1

（1）当培养基中有葡萄糖时，调节基因通过_______过程形成mRNA，该过程的模板是_________________ ，需要的酶是______；然后以mRNA为模板合成阻遏蛋白的过程称为_____，该过程的原料是___________ ，阻遏蛋白与___________ 基因结合，从而使与启动子结合的___________ 不能沿着DNA移动，导致转录不能正常进行，从而影响mRNA的合成，导致不能合成与半乳糖利用相关的酶。

（2）当培养基中葡萄糖消耗完，只剩下乳糖的时候，乳糖与___________ 结合，使其结构改变，而不能与操纵基因（O）结合，这样与P基因结合的___________ ，能够沿着DNA移动，进而通过___________ 合成3种与乳糖利用有关的酶。

（3）结合（1）（2）内容可知，在没有乳糖时不能合成相应的酶，大肠杆菌的这种调节机制的意义是___________ 。

（4）转录时lac Z、lac Y、lac A三个基因的mRNA是连接在一起的，原因是lac Z、lac Y、lac A三个基因之间没有________________________ 。

（5）结构基因中由lac Z、lac Y、lac A三个基因转录形成的1个mRNA，在翻译时可以合成3种不同的酶，原因是在mRNA的①②处都有_______________________ 。

（6）与真核细胞的细胞核基因相比，大肠杆菌中基因表达过程的特点是_______________________ 。

（7）半乳糖苷酶可以将乳糖分解为_______________________ 。

【答案】（1）转录 调节基因（R）的一条链RNA聚合酶 翻译 氨基酸 操纵（O） RNA聚合酶

（2）阻遏蛋白 RNA聚合酶 转录与翻译（基因的表达）

（3）可以减少物质与能量的浪费，是对环境的适应

（4）终止子与启动子 （5）终止密码子、起始密码子

（6）转录与翻译可以同时进行 （7）半乳糖、葡萄糖

1.2 试题说明

本题复习了基因的表达专题的基础知识，如转录与翻译的条件、原料、产物等；启动子、终止子；起始密码子、终止密码子等。

本题打破了思维定式，一般的基因前面有启动子，最后有终止子，但这里是多个基因连接在一起，而基因之间没有终止子与启动子；常见的是一个基因转录形成一个mRNA，合成一种肽链而本题是多个基因转录形成一个mRNA，但这一个mRNA能够翻译成三种蛋白质，说明在三个基因形成的mRNA之间有终止密码子与起始密码子，这样对学生的思维能力要求较高，可以培养学生在新情景下解决问题的能力。

本题让学生理解单细胞生物生命调节的生理意义，从而了解生物与环境是相适应的。这种调节机制可以让大肠杆菌在培养基中有葡萄糖时利用葡萄糖，此时不能合成半乳糖苷酶，当没有葡萄糖只有乳糖时才启动半乳糖苷酶的合成，这样既能适应环境中营养物质的变化，又不会造成物质与能量的浪费。

2.国外教材在命题中的应用

真核细胞有核膜，其核基因的转录是在细胞核中进行的，翻译是在细胞质中的核糖体上进行的。而原核细胞没有核膜，复制、转录、翻译可以同时进行，笔者结合日本中学生物教材中的材料编制了如下母题。

2.1 超长母题编制展示

如图2是大肠杆菌中的基因表达过程，图中字母A～E表示相关物质或结构，①～④分别代表相应箭头，请根据此图回答下列问题：

图2

（1）图中E表示DNA，A表示的物质是___________ ，该物质参与的过程是___________ ，需要的原料是____________，产物C是___________ 。

（2）图中结构D是_________ ，完成的生理过程是_________ ，需要的原料是____________ ，产物B是____________ 。

（3）图中转录进行的方向是____________（填序号），翻译时核糖体的移动是方向是___________ （填序号）。

（4）从图中可以看出基因表达的高效性表现为__________ ；_____；___________ 。（写出3点）

（5）图中DNA合成的多个mRNA碱基序列是否相同，________（填“是”或“否”），原因是________________________ 。

（6）图中的不同核糖体合成的多肽链中氨基酸序列是否相同__________ （填“是”或“否”），原因是_______________________。

【答案】（1）RNA聚合酶 转录 核糖核苷酸 mRNA （2）核糖体 翻译 氨基酸 多肽链 （3）① ④ （4）转录的同时进行翻译 一个基因可以同时转录形成多个mRNA 一个mRNA可以同时结合多个核糖体，合成多个多肽 （5）是 这些mRNA由同一个基因转录而来 （6）是 由于图中翻译形成多肽链的模板mRNA碱基序列相同

2.2 试题说明

本题从另一个角度来巩固转录与翻译的相关知识，首先，让学生回顾了转录与翻译的基础知识；其次，在转录与翻译的方向上进行思考，转录的方向可以根据mRNA链的长短来判断，催化形成的mRNA链较长的RNA聚合酶移动在前方，据图可知从左至右，mRNA的链越来越长，所以转录的方向是从左至右。在判断翻译过程中核糖体的移动方向时，可以根据肽链的长短来分析，肽链随着时间的延长而越长，因此核糖体的移动方向是从上到下；最后，本题从相关序列上进行分析，让学生理解转录与翻译过程中遗传信息的传递方向。

总之，选择新情景材料编制超长母题进行专题复习，可以让学生避免机械重复导致的学习疲劳，还能够提高学生在新情景中解决问题的能力。在编制试题时，试题的材料要有新颖性，并且在问题设置方面，既要有基础知识，也要有综合程度较高的问题，还要有创新性的问题，这样使问题有一定的梯度，可以在复习过程中，使不同层次的学生都能得到发展。