2023年高考生物廣東卷“線粒體DNA”題目例析及拓展

李偉　陳佳琪　韓寶賀

摘 要：2023年高考廣東卷生物第4題考查的知識(shí)點(diǎn)為“線粒體DNA”方面的內(nèi)容，學(xué)生在課堂上往往只學(xué)到線粒體中含有DNA，但對(duì)于線粒體DNA存在的具體位置、特征及遺傳等問題并不明確，考試中容易失分.故文章解析了2023高考生物“線粒體DNA”題目，總結(jié)了十年間“線粒體DNA”在高考中的易考點(diǎn)并進(jìn)行拓展，為生物學(xué)教師的教學(xué)及學(xué)生的復(fù)習(xí)備考提供參考.

關(guān)鍵詞：高考；線粒體DNA；真題解析；高中生物

中圖分類號(hào)：G632 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1008-0333（2023）28-0137-03

收稿日期：2023-07-05

作者簡介：李偉（1982.4-），女，黑龍江人，博士，副教授，從事學(xué)科教學(xué)研究；

陳佳琪（2000.7-），女，黑龍江人，碩士在讀，從事學(xué)科教學(xué)研究；

韓寶賀（1988.12-），男，黑龍江人，碩士，中學(xué)一級(jí)教師，從事高中生物教學(xué)研究.

基金項(xiàng)目：黑龍江省教育廳教育教學(xué)改革項(xiàng)目（SJGY20200380）；哈爾濱師范大學(xué)教育教學(xué)改革重點(diǎn)項(xiàng)目（XJGZC2022007）

“線粒體DNA”相關(guān)的試題出現(xiàn)在2023年高考的廣東卷中，在2022年廣東卷及全國甲卷中亦有呈現(xiàn)，引發(fā)了師生對(duì)此方面內(nèi)容的關(guān)注.線粒體是細(xì)胞的“動(dòng)力車間”^[1]，有氧呼吸在此進(jìn)行，細(xì)胞生命活動(dòng)所需的能量大部分由此產(chǎn)生^[2].線粒體中含有DNA，位于線粒體的基質(zhì)中，是重要的核外DNA.明確線粒體DNA存在位置、特征、遺傳特性及其與疾病相關(guān)性，有助于線粒體DNA相關(guān)試題的解答.

1 2023年高考“線粒體DNA”相關(guān)題目展示及分析

例1 （廣東卷）下列敘述中，能支持將線粒體用于生物進(jìn)化研究的是（）.

A.線粒體基因遺傳時(shí)遵循孟德爾定律

B.線粒體DNA復(fù)制時(shí)可能發(fā)生突變

C.線粒體存在于各地質(zhì)年代生物細(xì)胞中

D.線粒體通過有絲分裂的方式進(jìn)行增殖

答案：B

解析 A選項(xiàng)，真核生物的核基因遵循孟德爾定律，但線粒體基因?qū)儆诩?xì)胞質(zhì)基因，不遵循孟德爾的遺傳定律，該A錯(cuò)誤；B選項(xiàng)，由于線粒體DNA裸露，易受自由基攻擊，線粒體DNA突變率是核基因突變率的10倍，且修復(fù)能力差，B正確；C選項(xiàng)，地球上最早的生物是細(xì)菌，屬于原核生物，沒有線粒體，C錯(cuò)誤；D選項(xiàng)，真核細(xì)胞通過有絲分裂的方式進(jìn)行增殖，而線粒體不同，主要通過芽殖、縊裂的方式增殖，D錯(cuò)誤.

故選B.

2 近十年線粒體DNA高考真題分析

2.1 試題特點(diǎn)分析

2013-2023 年十年間“線粒體DNA”共考查17次，題型全部為選擇題，考點(diǎn)主要集中在線粒體中有DNA存在、線粒體DNA存在位置、線粒體DNA的功能等方面.既有單獨(dú)考查線粒體DNA的題目，也有與細(xì)胞器、胚胎移植、遺傳進(jìn)化等內(nèi)容綜合考查的題目.

2.2 考題命制依據(jù)

“線粒體DNA”相關(guān)的題目，不單單考查學(xué)生對(duì)線粒體這種細(xì)胞器的掌握程度，還要求學(xué)生對(duì)DNA的功能、中心法則等內(nèi)容有較深層次的理解.教材提到了真核細(xì)胞DNA的分布情況——主要存在于細(xì)胞核中，此外線粒體、葉綠體也含有少量的DNA.

高中生物學(xué)教材的編寫、教師課堂教學(xué)、評(píng)估與各類生物考試命題的主要依據(jù)是國家教育部頒布的課程標(biāo)準(zhǔn).《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》指出教學(xué)內(nèi)容要闡述清楚細(xì)胞器肩負(fù)物質(zhì)運(yùn)輸、能量轉(zhuǎn)換與信息傳遞等生命活動(dòng)^[3]；要闡明遺傳信息主要編碼在DNA分子上，通過轉(zhuǎn)錄形成RNA，再經(jīng)過翻譯指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成，生物的性狀主要通過蛋白質(zhì)表現(xiàn).課標(biāo)的學(xué)業(yè)要求有：學(xué)生通過學(xué)習(xí)應(yīng)能夠說明細(xì)胞內(nèi)各細(xì)胞器通過分工與合作，在細(xì)胞水平上完成各類生命活動(dòng)；學(xué)生應(yīng)能夠闡清DNA的特征及DNA通過復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、翻譯傳遞和表達(dá)遺傳信息的全過程.通過“線粒體DNA”的題目可以很好地評(píng)價(jià)學(xué)生是否滿足課標(biāo)提出的要求.

3 線粒體的結(jié)構(gòu)與線粒體DNA的存在位置

線粒體為真核細(xì)胞特有，內(nèi)含DNA、核糖體，可以合成與自身有關(guān)的RNA與蛋白質(zhì).

線粒體的大小形態(tài)變化多樣，但它的基本結(jié)構(gòu)都是由內(nèi)、外雙層單位膜封閉包裹形成的（如圖1所示）.線粒體的外膜承擔(dān)使線粒體與外界分隔開的功能，內(nèi)膜則向內(nèi)延伸折疊形成“嵴”，增加了膜面積.內(nèi)膜規(guī)則性折疊時(shí)會(huì)形成動(dòng)物細(xì)胞中常見的“袋狀嵴”，而當(dāng)植物細(xì)胞線粒體內(nèi)膜不規(guī)則內(nèi)陷形成彎曲小管時(shí)，“管狀嵴”就出現(xiàn)了.膜間隙是存在于外膜和內(nèi)膜之間的空間，一般來說，膜間隙的寬度是相對(duì)穩(wěn)定的.

線粒體DNA及其轉(zhuǎn)錄、翻譯所需的分子、核糖體在線粒體基質(zhì)中存在，線粒體基質(zhì)是一種膠狀物質(zhì)，位于線粒體內(nèi)膜內(nèi)，富含可溶性蛋白質(zhì)^[4].線粒體基質(zhì)的pH和滲透壓較穩(wěn)定.線粒體內(nèi)時(shí)刻發(fā)生著許多重要生化反應(yīng)，如氨基酸降解、有氧呼吸第二階段發(fā)生的TCA循環(huán)、有氧呼吸第三階段發(fā)生的氧化磷酸化等，催化這些反應(yīng)的酶類也存在于線粒體基質(zhì)中^[5].

例2 （2018 年新課標(biāo)全國卷Ⅰ）生物膜的結(jié)構(gòu)與功能存在密切的聯(lián)系，下列有關(guān)敘述錯(cuò)誤的是（）.

A．葉綠體的類囊體膜上存在催化ATP合成的酶

B．溶酶體膜破裂后釋放出的酶會(huì)造成細(xì)胞結(jié)構(gòu)的破壞

C．細(xì)胞的核膜是雙層膜結(jié)構(gòu)，核孔是物質(zhì)進(jìn)出細(xì)胞核的通道

D．線粒體DNA位于線粒體外膜上，編碼參與呼吸作用的酶

答案：D

4 線粒體DNA的特點(diǎn)及線粒體DNA的復(fù)制

線粒體是細(xì)胞的“動(dòng)力工廠”，它可以通過氧化磷酸化作用進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換.線粒體功能的正常發(fā)揮要依賴數(shù)以千計(jì)的核基因編碼的蛋白質(zhì).除了核基因能夠編碼蛋白，線粒體自身也有DNA存在，可以編碼RNA與蛋白質(zhì)，線粒體中的酶和核糖體可以對(duì)這些蛋白質(zhì)進(jìn)一步翻譯^[6].

大部分真核細(xì)胞線粒體DNA呈雙鏈環(huán)狀，不同物種中線粒體DNA分子的大小不相同，如人類的線粒體DNA約為16 kb，酵母的約為78 kb，而高等植物擬南芥的線粒體DNA約為366 kb等.

線粒體DNA編碼的蛋白是呼吸鏈的組成成分，線粒體DNA的異常會(huì)直接影響線粒體的功能狀態(tài)，進(jìn)而影響與線粒體功能相關(guān)的生命代謝過程^[7].線粒體的復(fù)制受到核基因控制，復(fù)制過程中所需的DNA聚合酶、解旋酶等也均由核基因編碼.線粒體DNA在細(xì)胞周期的S期及G₂期進(jìn)行復(fù)制，以半保留復(fù)制的方式進(jìn)行.

例3 （2014年新課標(biāo)全國卷Ⅱ）關(guān)于核酸的敘述，錯(cuò)誤的是（）.

A．細(xì)胞核中發(fā)生的轉(zhuǎn)錄過程有RNA聚合酶的參與

B．植物細(xì)胞的線粒體和葉綠體中均可發(fā)生DNA的復(fù)制

C．雙鏈DNA分子中一條鏈上的磷酸和核糖是通過氫鍵連接的

D．用甲基綠和吡羅紅染色劑可觀察DNA和RNA在細(xì)胞中的分布

答案：C.

5 線粒體DNA與疾病

人類線粒體DNA包含37個(gè)基因，可以合成

2種rRNA、22種tRNA、13種多肽（為呼吸鏈重要組分）.當(dāng)其發(fā)生突變，線粒體的功能受損，導(dǎo)致線粒體疾病的發(fā)生.帕金森綜合征、腦壞死、心肌病等是常見的線粒體基因突變導(dǎo)致的疾病.線粒體DNA突變導(dǎo)致的線粒體病呈單純的母系遺傳^[8].

線粒體中的許多功能蛋白復(fù)合物由線粒體基因組和核基因組編碼的蛋白質(zhì)亞基共同組成，因此，核DNA突變也可能導(dǎo)致線粒體病.線粒體內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)呈鏈?zhǔn)竭M(jìn)行（如電子傳遞鏈等），催化不同環(huán)節(jié)的酶類缺失或缺陷往往導(dǎo)致類似的線粒體功能障礙.不同的患者即使患病癥狀十分相似，病情也可能是不同基因突變導(dǎo)致的.分析病癥的遺傳規(guī)律可以區(qū)別線粒體病致病基因核——質(zhì)性質(zhì).

線粒體是雙層膜包被的細(xì)胞器，在細(xì)胞的能量轉(zhuǎn)換過程中起關(guān)鍵作用，是真核細(xì)胞中不可缺少的部分，線粒體相關(guān)的知識(shí)也是整個(gè)高中生物學(xué)的重點(diǎn)內(nèi)容.盡管線粒體含有DNA，有自身的遺傳表達(dá)系統(tǒng)，也含有RNA、核糖體等自我復(fù)制所必須的基本組分，具有獨(dú)立進(jìn)行復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、翻譯的功能，但線粒體無法編碼全部遺傳信息，絕大多數(shù)的蛋白質(zhì)依然由核基因編碼.

往年的高考題中，“線粒體DNA”主要考查的方向?yàn)榫€粒體DNA的存在與線粒體DNA的功能，萬變不離其宗，無論題干怎樣變化，只要仔細(xì)審題、抓住重點(diǎn)，就能撥云見日，將難題擊破.

參考文獻(xiàn)：

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[責(zé)任編輯：季春陽]