来源公众号:高中生物教与学
原题呈现
(2025 年甘肃高考试题)水稻白叶枯病(植株的叶片上会出现逐渐扩大的黄白色至枯白色病斑)由白叶枯病菌引起,严重威胁水稻生产和粮食安全。科学家利用 CRISPR-Cas9 基因组编辑技术,对水稻白叶枯病的感病基因 SWEET(该基因被白叶枯病菌利用以侵染水稻)的启动子区进行了定点 “修改”,编辑后的水稻幼胚通过植物组织培养技术获得抗病植株(如下图)。回答下列问题。
(1)CRISPR-Cas9 重组 Ti 质粒构建完成后,可通过________(方法)将该质粒转入植物细胞,并将________整合到该细胞的染色体上。为了能够筛选出转化成功的细胞,需要在植物组织培养基中添加________。
(2)实验中用到的水稻幼胚在植物组织培养中被称为________,对其消毒时需依次使用酒精和________处理。诱导形成再生植株的过程中需使用生长素和细胞分裂素,原因是________。
(3)为了检测基因编辑水稻是否成功,首先需采用________技术检测目标基因的启动子区是否被成功编辑;然后,在个体水平需将基因编辑后的水稻与野生型水稻分别接种白叶枯病菌,通过比较________来验证抗病性。
(4)在该研究中,基因编辑成功后的水稻可以抗白叶枯病的原因为________。
参考答案
(1)农杆菌转化法;Ti 质粒上的 T-DNA;潮霉素
(2)外植体;次氯酸钠;生长素和细胞分裂素是启动细胞分裂、脱分化和再分化的关键激素
(3)PCR 技术结合 DNA 测序;病斑的大小(或病斑面积、发病情况等合理答案)
(4)对感病基因 SWEET 的启动子区进行定点修改后,白叶枯病菌无法利用该基因侵染水稻
试题解析
(1)将重组 Ti 质粒转入植物细胞的常用方法为农杆菌转化法,农杆菌中 Ti 质粒上的 T-DNA(可转移 DNA)能整合到植物细胞的染色体 DNA 上,这是农杆菌转化法的核心原理。重组 Ti 质粒上含有潮霉素抗性基因(HygR),该标记基因可用于筛选转化成功的细胞,因此需在培养基中添加潮霉素,只有导入重组 T-DNA 的细胞才能在该培养基上存活。
(2)植物组织培养中,离体的植物器官、组织或细胞被称为外植体,水稻幼胚属于外植体;外植体消毒需依次用酒精和次氯酸钠处理,可有效杀灭表面微生物且减少对植物细胞的损伤;生长素和细胞分裂素是植物组织培养的关键激素,是启动细胞分裂、脱分化和再分化的核心物质,其配比还能调控细胞分化方向,诱导根和芽的形成。
(3)分子水平检测基因启动子区是否被编辑,需先通过 PCR 技术扩增目标基因的启动子区片段,再通过 DNA 测序技术测定扩增片段的碱基序列,并与编辑前的序列对比,判断是否发生预期修改,即采用 PCR 技术结合 DNA 测序的方法;个体水平的抗病性验证需设置对照,将编辑后水稻与野生型水稻接种病菌,通过比较病斑大小、面积或发病情况等指标,判断其抗病性强弱。
(4)感病基因 SWEET 的启动子区被定点修改后,该基因的表达调控发生变化,白叶枯病菌无法利用该基因完成对水稻的侵染过程,从而使水稻获得对白叶枯病的抗性。
本题以水稻白叶枯病抗病育种为背景,融合 CRISPR-Cas9 基因编辑技术、农杆菌转化法、植物组织培养等核心考点,是一道贴合高考命题趋势、紧扣教材知识、凸显学科素养的优质试题。试题既考查了学生对生物技术核心知识点的掌握程度,又侧重检测知识的综合应用与实验分析能力,对高中生物教学和高考复习具有明确的导向作用,以下从命题亮点、高考命题契合度、教考衔接、复习启示四个方面展开深度评析。
一、命题亮点:情境真实新颖,考点融合递进,素养立意鲜明
1.真实科研情境,凸显学科价值:
试题以水稻白叶枯病抗病育种的实际科研成果为背景,将 CRISPR-Cas9 基因组编辑技术这一前沿生物技术与传统的基因工程、植物组织培养技术结合,让学生感受生物技术在农业生产、粮食安全中的实际应用,体现了生物学科 “学以致用” 的核心价值,激发学生对生物学科的探究兴趣。
2.考点层层递进,考查逻辑思维:
试题围绕 “基因编辑水稻的培育与检测” 主线设计 4 个问题,从重组质粒的导入、筛选,到植物组织培养的操作细节,再到基因编辑的检测与抗病性验证,最后分析抗病机理,遵循 “实验操作 — 检测鉴定 — 原理分析” 的科研逻辑,考点由浅入深、由操作到原理,层层递进。既考查了学生的识记能力,又检测了逻辑推理、实验分析等综合思维能力,避免了机械性记忆考查。
3.图文结合辅助,贴合命题趋势:
试题配套基因编辑水稻培育的流程示意图,将抽象的基因工程操作、植物组织培养过程直观化,要求学生能从图表中提取有效信息并结合教材知识作答,考查学生的图文转换能力和信息获取能力,符合高考生物 “图文结合、信息载体多样化” 的命题特点。
4.设问开放有度,兼顾基础与能力:
试题部分答案设置具有一定开放性,如第(3)小题个体水平抗病性验证的答案,可答 “病斑的大小”“病斑面积”“发病情况” 等合理答案,既保证了评分标准的客观性,又给学生一定的答题空间,兼顾了不同层次学生的作答能力,同时核心问题紧扣考点,保证了对基础知识点的考查力度。
二、契合高考命题要求:紧扣核心素养,落实 “立德树人”,凸显应用性
本题完全契合当前高考生物 “立德树人、服务选才、引导教学” 的核心功能,以及 “核心素养导向、情境化命题、考查学科关键能力” 的命题要求。
1.落实立德树人根本任务:
试题以水稻抗病育种为背景,关联粮食安全这一国家重大战略需求,让学生认识到生物技术在保障国家粮食安全中的重要作用,增强学生的社会责任感和家国情怀,实现了学科知识与立德树人的有机融合。
2.以核心素养为考查导向:
试题全面考查生物学科的四大核心素养,生命观念上,要求学生理解基因表达、植物细胞的全能性等基本生命原理;科学思维上,通过分析抗病机理、实验检测方法,考查学生的逻辑推理、归纳概括能力;科学探究上,围绕基因工程和植物组织培养的实验流程,考查学生的实验操作、实验检测和结果分析能力;社会责任上,让学生体会生物技术在农业生产中的应用价值,培养学生运用生物技术解决实际问题的意识。
3.凸显应用性和综合性:
高考生物命题强调 “从生活中来,到生活中去”,本题摒弃纯理论化的知识点考查,将基因工程、植物组织培养的核心技术置于农业生产的实际情境中,要求学生能综合运用多个模块的知识解决实际科研问题,体现了高考对知识应用性和综合性的考查要求。
三、教考衔接:紧扣教材核心知识,实现 “教材知识” 与 “实际应用” 的无缝对接
本题的所有考点均源于人教版高中生物选择性必修 3《生物技术与工程》,无超纲知识点,同时实现了教材基础知识与前沿生物技术、实际科研应用的无缝对接,严格落实了 “教考衔接” 的高考命题要求,具体对应如下:
1.基因工程模块:
第(1)小题考查农杆菌转化法的原理、Ti 质粒上 T-DNA 的功能、标记基因的筛选作用,对应教材中 “基因工程的操作程序” 核心知识点,教材明确讲解了农杆菌转化法是将目的基因导入植物细胞的常用方法,T-DNA 可转移至受体细胞并整合到受体细胞的染色体 DNA 上,标记基因用于筛选含有目的基因的受体细胞。
2.植物组织培养模块:
第(2)小题考查外植体的概念、植物组织培养的消毒操作、植物激素的作用,对应教材中 “植物组织培养技术” 的知识点,教材明确指出离体的植物器官、组织或细胞称为外植体,植物组织培养的外植体消毒需用酒精和次氯酸钠依次处理,生长素和细胞分裂素是启动细胞分裂、脱分化和再分化的关键激素。
3.目的基因的检测与鉴定模块:
第(3)小题考查基因编辑的分子水平检测和个体水平鉴定,教材中 “目的基因的检测与鉴定” 明确分为分子水平(DNA 分子杂交、PCR 技术等)和个体水平检测,本题的 PCR 技术结合 DNA 测序是教材 PCR 技术的合理延伸与实际应用,个体水平的抗病性验证是教材个体水平检测的直接应用,符合 “教材知识为基础,适度拓展应用” 的教考衔接原则,且表述更贴合教材原文的名词规范。
4.基因表达与作物抗病机理:
第(4)小题考查抗病机理,对应教材中 “基因的表达调控” 知识点,启动子是基因表达的调控序列,对启动子区进行定点修改后,基因的表达被调控,进而使白叶枯病菌无法利用该基因侵染水稻,该设问要求学生从基因表达的角度分析抗病机理,是教材基础知识的综合应用。
整体而言,试题的考点均能在教材中找到对应的知识落脚点,同时通过真实科研情境让教材知识 “活起来”,避免了对教材知识的机械考查,实现了 “教什么,考什么” 的教考衔接要求。
四、对高考复习的启示:回归教材,强化情境,注重综合,提升素养
本题为高中生物高考复习提供了明确的导向,复习过程中需紧扣教材、强化情境、注重知识综合与能力提升,具体可从以下几方面入手:
1.回归教材本源,夯实核心知识点:
高考命题以教材为基础,无超纲知识点,复习过程中需紧扣人教版选择性必修 3 等教材,对基因工程、植物组织培养、细胞工程等核心知识点进行系统梳理,明确每个技术的原理、操作步骤、关键试剂和注意事项,构建清晰的知识体系。同时,注重对教材基本概念、基本原理的理解,而非机械性记忆,如准确理解外植体、T-DNA、启动子等概念的内涵和外延,规范识记教材中的专业名词和技术表述。
2.强化情境化训练,提升知识应用能力:
复习过程中需摆脱纯理论化的刷题模式,多接触以真实科研、生产生活、环境保护为背景的情境化试题,培养学生从情境中提取有效信息、结合教材知识解决实际问题的能力。同时,引导学生分析情境与教材知识的关联点,学会将抽象的教材知识转化为解决实际问题的工具。
3.注重知识的综合与融合,构建跨模块知识网络:
生物学科的各个知识点并非孤立存在,本题将基因工程、植物组织培养、基因表达调控等知识点融合考查,体现了高考对知识综合性的要求。复习过程中,需打破模块界限,构建跨模块的知识网络,如将基因工程与植物组织培养结合、基因工程与基因突变 / 基因重组结合、植物组织培养与细胞的全能性结合等,提升学生的知识综合应用能力。
4.重视实验探究,培养学科关键能力:
生物学科是一门以实验为基础的学科,高考对实验探究能力的考查力度持续加大。复习过程中,需注重对经典实验(如植物组织培养、PCR 技术、DNA 的粗提取与鉴定)的操作步骤、实验现象、结果分析的讲解,同时引导学生设计简单的实验方案、分析实验误差、验证实验结论,培养学生的实验操作、逻辑推理和结果分析能力。
5.关注学科前沿与社会热点,体现学科价值:
高考生物命题常将前沿生物技术、社会热点问题与教材知识结合,复习过程中需适当关注生物学科的前沿成果(如 CRISPR-Cas9 基因编辑技术、单克隆抗体技术等)和社会热点(如粮食安全、环境保护、生物医药等),分析其与教材知识的关联,让学生体会生物学科的实际应用价值,同时提升学生对前沿知识的接受和理解能力。
总体而言,本题是一道高质量的高考生物试题,既紧扣教材核心知识,落实教考衔接要求,又贴合高考命题趋势,凸显核心素养导向。试题不仅考查了学生的知识掌握程度,更注重检测学生的综合思维能力和知识应用能力,同时通过真实科研情境体现了生物学科的社会价值。对高中生物教学而言,本题引导教师在教学过程中回归教材、强化情境、注重素养培养;对高考复习而言,本题为学生指明了复习方向 —— 夯实教材基础、规范名词表述、构建知识网络、提升应用能力、关注学科前沿,让生物学习真正做到 “源于教材、融于情境、用于实际”。



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