以囊性纤维病为情境的自主命题考查与应用

王兆胡

(甘肃省华亭市第一中学 华亭 744100)

纵观人教版高中生物学教材，囊性纤维病出现在不同章节：在必修1第4章第3节的“与社会的联系”阅读栏里引用了关于囊性纤维病的简介；在必修2第4章第2节“基因、蛋白质与性状的关系”正文中比较详细地解释了这种遗传病的致病机理；在选修3专题一第3节基因工程的应用的文本中作为体内基因治疗的经典案例予以呈现。在教材的三个地方为了佐证不同的生物学概念而作为引例频频出现，视角不同，目的不同，侧重点不同，笔者认为该病例比较具有学科知识综合的命题考查应用价值，可以该病例为载体，针对生物学学科核心素养进行深度挖掘与自主命题。

1 教材不同章节中“囊性纤维病”素材的深度挖掘

培养和建立生命观念是生物学科的重要核心素养之一，其中包括“结构与功能观”。囊性纤维病贴切地印证了“结构决定功能，功能影响结构”这一认识[1]。在必修1教材中做了如下表述： 二十世纪八十年代人们认识到一种叫做囊性纤维病(CF)的遗传疾病。归因于细胞中某种蛋白质结构的异常……这一发现给囊性纤维病的治疗带来了新的希望。究竟是什么样的一个蛋白质结构异常影响了两种无机盐离子的跨膜运输？这个蛋白质是否指的是载体蛋白？这两种离子究竟以何种方式跨膜？有许多考查题目应景而生。这是符合新高考命题要求的，即以真实案例为背景，紧密联系生活实际和医学实证，同时也满足对生物学学科素养的融合渗透考查，让学习者树立正确的生命观念。

囊性纤维病被作为典型例证引用在“遗传与进化”模块，集中体现了学科核心素养的生命观念、科学思维和科学探究。生命现象物质层面的最终解释要依赖于化学和物理，唯物主义史观尊崇物质的客观性。人类在尊重事实和证据的基础上，以严谨和务实的求知态度，运用科学的思维方法培养学生认识事物、解决实际问题，此过程中必定少不了试错，那么就得深入探究，探究类实验组织得成功与否，在于是否触及到好奇点和激发到未知点[2， 3]。在必修2中做了详细阐述： 跨膜蛋白(CFTR蛋白)的基因缺失了3个碱基对导致该蛋白质在第508位缺少了苯丙氨酸进而影响了空间结构……体现了生命观念中的“结构与功能观”，从分子水平理解病因，有助于人们找到合理有效的治疗方法。该病是隐性基因控制的遗传病，该遗传病患者的双亲带有隐性致病基因，不过，他们表面上都是正常无恙，胎儿却有1/4的概率患该遗传病，为什么该致病基因从人类的基因库中剔除不了？体现了生命观念中的“进化与适应观”。

深度探究，通过DNA技术已将引起致病的CFTR基因定位于人类的第7对染色体的长臂上，因为基因有了缺陷，导致载体蛋白结构异常，从分子水平进行生命密码的解读，将为学生打开生命奥秘的化学之门。对科学思维的训练必须借助学科交叉来实现。那么自主命题中就要明确体现。要深度认识该病例，还需要科学探究和专题性质的深度学习，可将获取目的基因的方法整合在自编习题中予以考查，达到考查学习者对这一生命现象的本质认识，严谨地自编习题，并将贯穿于教材当中的生物学科核心素养精准地体现出来。

2 以“囊性纤维病”为情境的原创试题命制

在实际教学当中要合理地对学科素养做到可检测可评估这一环节，最有效的策略不外乎组织实验和编制有针对性的习题。以后者为例，有这样两个患有囊性纤维病的家庭遗传系谱如图1所示(若控制该病的基因记做a)，表达产物CFTR的膜整合示意图如图2。

图1 两个囊性纤维病人的家庭遗传系谱图

图2 CFTR的膜整合示意图

问题设置：

(1) 图2中所示为细胞膜的模型，其中构成细胞膜的基本支架是。

(2) CFTR蛋白结构的异常，影响了肺部细胞的钠离子和氯离子的跨膜运输，氯离子跨膜运输的正常进行是由膜上决定的，这种跨膜运输方式属于。随着氯离子在细胞外浓度逐渐升高，水分子向膜外扩散的速率，使覆盖于肺部细胞表面的黏液被稀释。

(3) 主动运输所需的载体蛋白实际上是一些酶蛋白复合体，与被动运输不同，该类蛋白都能水解，但它不能对其所转运的分子进行催化。

(4) 囊性纤维病这种变异来源于,这种突变类型有、、。

(5) 正常的CFTR蛋白约由1 500个氨基酸组成，直接指导该蛋白质合成的模板至少由个核苷酸组成(考虑终止密码子)。目前已发现CFTR基因有1 600多种突变，都能导致严重的囊性纤维化，这一事实说明基因突变具有等特点。其中一种CFTR基因突变会导致肽链错误折叠，使蛋白质的结构发生改变，从而影响CFTR蛋白的正常功能。

(6) 从图1遗传系谱图推知，该病是染色体上的性遗传病。患病女孩的基因型为，其父亲的基因型为。

(7) 图1右中的F1与携带该致病基因的正常男性结婚，生一个正常孩子的概率是。若右图中的双亲均未患白化病，而他们有同时患白化病、囊性纤维病的孩子，则其双亲所生孩子的基因型可能有种。

(8) 若进行调查某一地区的囊性纤维病，则需遵循原则。若要预防该病的遗传，最好的方法是做好遗传咨询与产前诊断，那么产前诊断包括、、、。能预防该病的诊断有。能否借助胎儿性别鉴定的方法规避该病的扩布？。

(9) 该病的致病基因位于7号染色体长臂位置，若诊断需采用技术，用标记了的DNA单链做探针与进行杂交，人工合成种这类探针进行产前基因诊断。若已知一段mRNA的序列为“…ACUUAG…”则探针的序列为，大量制备这种探针可采取技术。

(10) 对于一个已出生患病个体若要彻底治疗，选取了基因治疗的方案。该病运用技术可以将经过修饰过的作为载体，让正常的相应基因转入患者肺部组织中达到治疗目的。这种直接向人体组织细胞中转移基因的治疗方法叫。该治疗方法是否存在临床风险？答：。

评析： 通过上述自编题目的考查意图可见，要落实学科核心素养离不开通识性习题的改编或者是原创。最初的启示和灵感一定是源自于教材，对素材的整合、重组、挖掘和拓展，将是贯彻好各学科核心素养的“可触摸化”“可检测化”的必由之路[4]。