云南 从 岩

2022年度邵逸夫生命科学与医学奖平均颁予保罗·内古列斯库(Paul A Negulescu)和迈克尔·威尔士(Michael J Welsh)，以表彰他们发现了囊性纤维化是分子、生物化学和功能上出现缺陷所引致，以及鉴别和研发新药物去修复这些缺陷，因而能够治疗大多数患者。囊性纤维化分别在2019版人教版教材必修1第4章第2节“主动运输与胞吞、胞吐”及必修2第4章第2节“基因表达与性状的关系”中出现。本文以《普通高中生物学课程标准(2017年版2020年修订)》(以下简称《课程标准》)中与其相关教学内容的掌握程度为指导，以不同教学阶段的不同考查目的为前提，以建立立体化的学科核心素养为目标，紧跟生物学重大科研进展进行原创题命制的策略研究。

1.从素材中提取高中生物学有关知识点和信息

1.1从教材中提取

根据2019版人教版教材必修1第4章第2节“主动运输与胞吞、胞吐”中关于囊性纤维化的描述,归纳文中关键词：氯离子、载体蛋白、黏液增多、感染。

根据2019版人教版教材必修2第4章第2节“基因表达与性状的关系”中关于囊性纤维化的描述，归纳文中关键词：直接控制性状、CFTR蛋白、碱基缺失、转运氯离子、遗传病。

1.2从以囊性纤维化为研究课题的文献中提取有关知识点和信息

通篇阅读相关文献，结合高中阶段教学实际，笔者从3篇相关研究的文献(《囊性纤维化及中国儿童特点》《囊性肺纤维化》《CFTR氯离子通道与囊性纤维化病》)中分别归纳文中关键词如下：

(1)氯离子、水分泌、单基因遗传病、基因突变、基因检测、基因治疗、家族遗传倾向。

(2)7号染色体、高NaCl、内环境、抗生素治疗。

(3)离子通道、离子浓度、内质网、识别、细胞膜。

1.3 从新闻稿中提取有关知识点和信息

通过查阅2022年邵逸夫奖官网新闻稿的内容，归纳文中关键词：离子通道、蛋白缺陷、基因治疗、蛋白矫正。

2.根据提取的知识点和信息结合《课程标准》确定考点

将提取出来的信息关键词进行分类备用。详细研究《课程标准》对相关知识点的要求和与之相关联的学科核心素养的建立要求，确定在不同教学阶段中的考查范围。以高中教学进程为区分原则，大致可以分为新授课阶段、一轮复习阶段和高考模拟阶段。

2.1新授课阶段(基础学习阶段)

本阶段学生处于初学阶段，在掌握基础知识的基础上应帮助学生建立正确的生命观念，同时训练学生的科学思维。结合《课程标准》对物质运输、基因与性状等知识点的内容要求与所提取的知识点和信息，可以确定考点为①物质运输：被动运输的特点、主动运输的特点、Cl-和水的运输方式判断、影响物质运输的方式；②基因与性状：基因突变类型判断、基因与性状的关系、遗传病类型判断、遗传病的调查，检测与治疗。

2.2一轮复习阶段(能力提升阶段)

经过基础知识的学习，学生将进入全面的一轮复习阶段，也被视为能力提升阶段。在本阶段的学习中，学生应具备动点成线的能力，也就是知识串联的能力。根据《课程标准》对不同学习阶段制定的学业质量水平等级标准，本阶段学生应达到一级和二级水平，并且在能力方面应让学生努力达到三级和四级水平，具体指“解决问题的情境相对复杂，解决问题的程度要求相对较高，涉及的大概念、方法等包括必修课程和选择性必修课程的全部内容”。结合所提取的知识点和信息，可以确定考点为基因突变特点、基因与性状的关系、基因表达过程判断、治疗对策。

2.3高考模拟阶段(综合运用阶段)

复习阶段后期，在基础知识的框架上，还需对已建立了一定知识串联能力的学生进行最后的提升。考点要围绕《课程标准》，并在题目中体现高考模拟题该具备的科学探究能力和社会责任感。结合所提取的知识点和信息，可以确定考点为致病机理判断、物质运输与稳态关系、分工协作、药物研发的思路。

3.整合信息并根据确定的考点编制题目

具体思路：①确定选项内容；②根据选项内容筛选题干信息；③整合信息编制题干；④解析题目。

【例1】(新授课阶段：物质运输)囊性纤维化( Cystic Fibrosis，CF)最早在北美被形象地描述为“如果亲吻孩童的前额时感觉汗液很咸，则这个孩童将很快面临死亡”。它是一种因肺部支气管上皮细胞表面转运Cl-的载体蛋白功能异常，导致上皮细胞中Cl-分泌和细胞向外分泌水都减少，最终造成细胞外分泌液含水量减少，含盐量升高，黏液堆积，阻塞部分呼吸道的管腔，而引起肺部反复感染的疾病。根据以上描述并结合所学知识，下列描述正确的是

( )

A.肺支气管上皮细胞向外分泌水的方式与该细胞排出CO2的方式完全相同

B.肺支气管上皮细胞向外分泌Cl-的方式需要消耗能量

C.肺支气管上皮细胞向外分泌Cl-时是顺浓度梯度运输

D.对肺支气管上皮细胞使用蛋白抑制剂不会影响Cl-的分泌

【答案】B

【例2】(新授课阶段：基因与性状)囊性纤维化( Cystic Fibrosis，CF)是一种具有家族遗传性的先天性疾病，在北美洲白人中最常见，而亚洲人种中该疾病少见。由于病例数较少，我国尚无该病发病情况的流行病学统计数据。因患者7号染色体上的CFTR(囊性纤维化跨膜传导调节因子)基因中3个碱基的缺少，引起Cl-的跨膜蛋白结构和功能异常而导致肺支气管腔内黏液堆积，造成细菌反复感染，而诱发肺部纤维化，严重损害肺功能。根据以上描述并结合所学知识，下列描述正确的是

( )

A.CF是一种单基因遗传病，CFTR蛋白缺陷说明基因可以通过影响蛋白质的结构间接影响性状

B.使用抗生素类药物针对细菌感染能从根本上治疗CF

C.若进行该病的发病率和遗传方式的研究，只在患者家族中进行调查即可

D.患者家族中，妊娠期女性在产前检查时，使用基因检测可以在一定程度上预防该病的产生和发展

【答案】D

【例3】(一轮复习阶段)囊性纤维化( Cystic Fibrosis，CF)是一种因细胞表面的CFTR(Cl-的跨膜蛋白)基因突变导致的蛋白结构和功能异常引起的肺部纤维化的疾病。研究表明CFTR基因突变主要有6类。第1类突变: 蛋白合成异常；第2类突变: 影响CFTR的翻译过程，使肽链不能正常地折叠，在内质网中发生降解；第3类突变: CFTR的调节区受到破坏，使之不能正常开启，从而失去离子通道的功能；第4类突变: 影响Cl-通道的传导性或对离子的选择性，使Cl-转运率降低；第5类突变: 影响RNA剪接，产生正常转录子的同时也产生异常的转录子，致使具有正常功能的 CFTR减少；第6类突变: 造成 CFTR在细胞膜顶部结构不稳，常向羟基端方向断裂。根据所学知识，下列描述正确的是

( )

A.CFTR几种突变类型能证明生物性状只由蛋白质结构控制

B.CFTR的多种突变类型说明基因突变具有普遍性

C.研制一种“通道传导性增强剂”类药物，可以缓解第4类突变患者症状

D.第2类和第4类突变的影响分别发生在内质网和细胞核内

【答案】C

【例4】(高考模拟阶段)2022年度邵逸夫生命科学与医学奖平均颁予保罗·内古列斯库和迈克尔·威尔士，以表彰他们在囊性纤维化( Cystic Fibrosis，CF)研究和实践中的突出贡献。一对正常夫妇生出一个患病婴儿，患儿汗液中有高浓度的NaCl，气管内黏液堆积，引起反复感染威胁生命。由于患儿7号染色体上的CFTR(Cl-的跨膜蛋白)基因中编码第508位苯丙氨酸的3个碱基缺失(ΔF508-CFTR)，引起蛋白质异常折叠，内质网相关的泛素连接酶复合体可以有效地识别ΔF508-CFTR蛋白，从而将其降解，因此ΔF508-CFTR无法到达细胞膜有效转运Cl-。根据以上描述并结合所学知识，下列描述正确的是

( )

A.CF为一种因基因突变引起的性染色体隐性遗传病

B.CF患者分泌到汗液的Cl-提升了内环境的渗透压

C.如使用放射性同位素标记参与合成ΔF508-CFTR蛋白的氨基酸，与内质网相比，在高尔基体可检测到更高的放射性

D.建立转ΔF508-CFTR基因模型和ΔF508-CFTR基因敲除模型可为CF药物研发提供思路

【答案】D

4.题目反馈与调整

题目编制完毕需要进行调整，可以通过问卷的方式对题目的难易度、题目信息中是否存在错别字、知识点错误、表述是否存在歧义等进行调查。

4.1问卷发布

将问卷分别发给教师和学生进行网络调查。在向学生发布时，笔者选取了我校生物学成绩处于各个层次的共95名高二学生，确保题目面向各个层次学生时能反映出真实难度。

4.2结果分析

4.2.1 教师问卷调查中反馈出的问题

题干文字叙述较长，对于学生而言，没有足够的耐心读完题目，针对基础学习阶段的原创题目可以适当精简题干。例3中的6种突变类型及其影响可以用表格的方式呈现，一目了然，便于学生审题，选项C和选项D均针对第4类突变进行考查，可以在C或D选项中更换一个考点。

4.2.2 学生问卷调查中反馈的信息

①正确率与难度系数(表1)

表1

②题目中的语言通顺与否及是否存在歧义

例1题干中“导致上皮细胞中Cl-分泌和细胞向外分泌水都减少”存在歧义，可以分两句表述；例4题干中“引起反复感染威胁生命”存在用字不准确的情况，可以改成“引发反复感染从而威胁生命”。

③其他建议

题干较长，需精简题干内容。

4.3题目调整

根据教师和学生调查反馈中总结的问题对试题进行调整，最终确定原创题目：

【改后例1】(新授课阶段：物质运输)囊性纤维化( Cystic Fibrosis，CF)在北美被描述为“如果亲吻孩童的前额时感觉汗液很咸，则这个孩童将很快面临死亡”。它是一种因肺部支气管上皮细胞表面转运Cl-的载体蛋白功能异常，导致该细胞中Cl-的分泌减少、细胞向外分泌水的量减少，最终造成细胞外分泌液含盐量升高，黏液堆积，阻塞气管，引起肺部反复感染的疾病。根据以上描述并结合所学知识，下列描述正确的是

( )

A.肺支气管上皮细胞向外分泌水的方式与该细胞排出CO2的方式完全相同

B.肺支气管上皮细胞向外分泌Cl-的方式需要消耗能量

C.肺支气管上皮细胞向外分泌Cl-时是顺浓度梯度运输

D.对肺支气管上皮细胞使用蛋白抑制剂不会影响Cl-的分泌

【解析】通过题意与所学知识分析，肺支气管上皮细胞向外分泌水的方式一般为协助扩散，少部分为自由扩散，即大部分水通过水通道蛋白运输，而CO2的运输方式为自由扩散，并不与水完全相同，故A错误；肺支气管上皮细胞向外分泌Cl-的方式为主动运输，是逆浓度梯度运输，需要消耗能量，故B正确，C错误；肺支气管上皮细胞向外分泌Cl-的过程中需要载体蛋白，使用蛋白抑制剂可能会影响该蛋白的功能而影响Cl-的分泌，故D错误。

【说明】A、B选项考查学生对不同物质运输方式的掌握情况，C、D选项考查学生对不同运输方式特点的掌握情况。本阶段题目以考查基础知识为目的。

【改后例2】(新授课阶段：基因与性状)囊性纤维化(Cystic Fibrosis，CF)是一种具有家族遗传性的先天性疾病，在北美洲白人中最常见，我国病例很少。因患者7号染色体上的CFTR(囊性纤维化跨膜传导调节因子)基因中3个碱基的缺少，引起Cl-的跨膜蛋白结构和功能异常而导致肺支气管腔内黏液堆积，造成细菌反复感染，而诱发肺部纤维化，严重损害肺功能。根据以上描述并结合所学知识，下列描述正确的是

( )

A.CF是一种单基因遗传病，CFTR蛋白缺陷说明基因可以通过影响蛋白质的结构间接影响性状

B.使用抗生素类药物针对细菌感染能从根本上治疗CF

C.若进行该病的发病率和遗传方式的研究，只在患者家族中进行调查即可

D.患者家族中，妊娠期女性在产前检查时，使用基因检测可以在一定程度上预防该病的产生和发展

【解析】通过题意与所学知识分析，CF是由于CFTR基因中3个碱基缺失造成的基因突变，CFTR是一个基因，故CF是单基因遗传病。基因突变直接造成CFTR编码的蛋白异常，从而引起Cl-的转运发生异常引发肺纤维化，故A错误；使用抗生素只能治疗因黏液堆积造成的反复感染，CF属于基因突变，是可遗传的变异，采用基因治疗才能从根本上治疗CF，故B错误；发病率的调查要在社会群体中进行，遗传方式要在患者家族中调查研究，故C错误；基因诊断可有效预防该病的产生和发展，故D正确。

【说明】A选项考查学生根据信息判断遗传病类型和基因与性状之间的关系；B选项考查学生判断病因根本的分析能力，从而培养学生的发散思维；C选项考查学生对遗传病的调查方式的掌握情况，增强学生对生命观念的认识；D选项考查学生对基因检测在预防遗传病中的作用，帮助学生建立社会责任感。

【改后例3】(一轮复习阶段)囊性纤维化(Cystic Fibrosis，CF)是一种因细胞表面的CFTR(Cl-的跨膜蛋白)基因突变导致的蛋白结构和功能异常引起肺部纤维化的疾病。研究表明CFTR基因突变主要有6类。根据表2和所学知识，下列描述正确的是

( )

表2

A.CFTR几种突变类型能证明生物性状只由蛋白质结构控制

B.CFTR的多种突变类型说明基因突变具有普遍性

C.研制一种“通道传导性增强剂”类药物可以缓解第4类突变患者症状

D.第2类和第5类突变的影响分别发生在内质网和细胞核内

【解析】通过题意与所学知识分析，生物的性状由蛋白质的结构直接控制，同时也受到环境等因素影响，故A错误；由题意可知CETR基因有多种突变类型说明基因突变具有不定向性的特点，普遍性指基因突变发生在多种生物中，故B错误；第4类突变导致Cl-通道传导性降低，通道传导性增强剂类药物可以缓解症状，故C正确；第2类突变影响的是翻译的过程，发生在核糖体上；第5类突变影响的是转录的过程，主要发生在细胞核中，故D错误。

【说明】A选项考查学生对基因与性状之间的关系的掌握情况；B选项考查基因突变的特点；C选项考查学生提取信息并处理信息的能力；D选项考查学生对基因表达过程知识的掌握。整体考查基础知识点的情况，意在提升学生串联知识的能力，同时锻炼其发散思维。

【改后例4】(高考模拟阶段)2022年度邵逸夫生命科学与医学奖平均颁予保罗·内古列斯库和迈克尔·威尔士，以表彰他们在囊性纤维化(Cystic Fibrosis，CF)研究和实践中的突出贡献。一对正常夫妇生出一个患病婴儿，患儿汗液中有高浓度的NaCl，气管内黏液堆积，引发反复感染从而威胁生命。由于患儿7号染色体上的CFTR(Cl-的跨膜蛋白)基因中编码第508位苯丙氨酸的3个碱基缺失(ΔF508-CFTR) ，引起蛋白质异常折叠，内质网相关的泛素连接酶复合体可以有效地识别ΔF508-CFTR蛋白，从而将其降解，因此ΔF508-CFTR无法到达细胞膜有效转运Cl-。根据以上描述并结合所学知识，下列描述正确的是

( )

A.CF为一种因基因突变引起的性染色体隐性遗传病

B.CF患者分泌到汗液的Cl-，提升了内环境的渗透压

C.如使用放射性同位素标记参与合成ΔF508-CFTR蛋白的氨基酸，与内质网相比，在高尔基体可检测到更高的放射性

D.建立转ΔF508-CFTR基因模型和ΔF508-CFTR基因敲除模型可为CF药物研发提供思路

【解析】通过题意与所学知识分析，CF是由于CFTR基因中3个碱基缺失造成的基因突变，CFTR基因位于7号染色体上，应为常染色体隐性遗传，故A错误；汗液不属于内环境，所以汗液中的Cl-不会影响内环境的渗透压，故B错误；内质网相关的泛素连接酶复合体可以有效地识别ΔF508-CFTR蛋白，从而将其降解，从内质网运向高尔基体的蛋白会进一步减少，放射性低于内质网，故C错误：转基因和基因敲除都可以帮助修复CFTR基因，属于从根本上解决Cl-转运蛋白的基因治疗手段，可以为药物研发提供思路，故D正确。

【说明】A选项考查遗传病的遗传方式判断；B选项检测学生对内环境概念的理解；C选项考查分泌蛋白运输过程的同时，检测学生对题干信息的整合和处理能力，培养学生的科学探究能力；D选项探究研制药物思路在考查学生基础知识储备的同时，训练学生处理信息的能力，同时引导学生发散思维，建立社会责任感。

紧跟生物科研进展是高中生物学试题的一大热点，关注生物科研进展不仅可以帮助学生学以致用，还可以在这个过程中培养学生生命观念、科学思维、科学探究、社会责任的学科核心素养。有了命题方向的灵感切入，加上详细而缜密的命题策略加持，教师不仅能加深对该热点中相关知识的理解，同时也能在命题的过程中降低题目的枯燥性，提升原创题的命制效率和创新度。