高考生物復(fù)習(xí)解題策略：高中生物學(xué)試題中的電泳圖

高考生物復(fù)習(xí)解題策略：高中生物學(xué)試題中的電泳圖

電泳是常用的分離、鑒定技術(shù)，其本質(zhì)是帶電粒子在電場的作用下發(fā)生遷移的過程中，由于待分離樣

品中各種分子帶電性質(zhì)的差異以及分子本身的大小、形狀的不同，使帶電分子產(chǎn)生不同的遷移速率，從而

實(shí)現(xiàn)樣品中各種分子的分離.電泳圖是物質(zhì)分離后呈現(xiàn)的結(jié)果圖，常有DNA電泳圖和蛋白質(zhì)電泳圖.新高

考更加注重對(duì)能力和素養(yǎng)的考查,借用電泳圖的高中生物學(xué)試題是近年高考命題的熱點(diǎn)題型之一，如

2021年河北卷第20題和2020年山東卷第17題.筆者現(xiàn)對(duì)此類型試題進(jìn)行歸類,并分析電泳圖試題的

解題技巧.

1.電泳與蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能

【例1】為研究與植物生長相關(guān)的基因及其作用，科學(xué)家獲得了基因A、B、C失活的多種突變體，

電泳分析各植株中蛋白m和蛋白n的表達(dá)情況，結(jié)果如圖1.據(jù)圖分析錯(cuò)誤的是()

A.基因B和C分別控制蛋白m和n的合成

B.蛋白m和蛋白n對(duì)植株生長起抑制作用

C.基因C比基因B對(duì)植株生長的抑制更強(qiáng)

D.基因A可能促進(jìn)蛋白m和蛋白n的降解

【分析】圖1顯示野生型植株高，無蛋白質(zhì)m和n,其他類型植株高矮和蛋白質(zhì)種類情況

一目了然.A+B雙突變體中有蛋白n說明基因C與蛋白n的合成有關(guān);A+C雙突變體中有蛋

白m說明基因B與蛋白m的合成有關(guān),A項(xiàng)正確;根據(jù)野生型(有基因A+B+C)和A+B+

C三突變體的植株均為高可知D項(xiàng)正確;根據(jù)圖(b)(c)(d)植株矮小，可知B項(xiàng)正確;有基因C的

植株比有基因B的植株高，說明基因B比基因C對(duì)植株生長的抑制能力更強(qiáng),C項(xiàng)錯(cuò)誤.試

題的能力考查點(diǎn)為獲取信息的能力及實(shí)驗(yàn)探究能力，學(xué)科核心素養(yǎng)考查點(diǎn)為生命觀念中的物

質(zhì)與能量觀、科學(xué)思維及科學(xué)探究.

【解題技巧】電泳圖有關(guān)試題的特征是試題中呈現(xiàn)電泳結(jié)果圖，解題的關(guān)鍵是讀懂電泳圖.

不論是蛋白質(zhì)電泳圖還是DNA電泳圖，其主要是繪制有不同的條帶,而不同的條帶代表分

子量不同的蛋白質(zhì)或DNA.圖中有正負(fù)極(有的電泳圖也忽略正負(fù)極),正極為"起點(diǎn)"，條帶為

"終點(diǎn)”，起點(diǎn)和終點(diǎn)之間的距離不同表示分子量不同的蛋白質(zhì)或DNA,越重或越長的蛋白質(zhì)或

DNA跑得越慢，反之越快.電泳圖旁邊的長度不是代表DNA分子的長度，而是代表跑帶的

長度，與DNA分子的長度剛好相反.

2.電泳與限制酶

基因工程中用限制性核酸內(nèi)切酶酶切DNA分子，電泳可以使酶切的不同DNA分子

片段在凝膠中可視化.

【例2】現(xiàn)有一長度為3000堿基對(duì)(bp)的線性DNA分子，用限制性核酸內(nèi)切酶酶切

后,進(jìn)行凝膠電泳，使降解產(chǎn)物分開.用酶H單獨(dú)酶切，結(jié)果如圖2⑻圖用酶B單獨(dú)酶切，結(jié)

果如圖2(b)圖.用酶H和酶B同時(shí)酶切，結(jié)果如圖2(c)圖.該DNA分子的結(jié)構(gòu)及其酶切圖

譜是0

圖2

BHB

A.4006001400600

B-6004006001400

；心F

C.4(x)6006001400

F?F

D.400600I400600

【分析】本題考查限制酶的相關(guān)知識(shí)，須知一種限制酶只能識(shí)別一種特定的核甘酸序列，

且只能在特定的位點(diǎn)切割DNA分子.圖2中甲、乙、丙是用不同的限制酶酶切的結(jié)果，電泳

條帶表示不同長度的DNA片段，限制酶可以識(shí)別特定的脫氧核昔酸序列，不同限制酶識(shí)別位

點(diǎn)不同，切點(diǎn)也不完全一樣.酶切后得到的各個(gè)片段長度之和一定與線性DNA分子的總長度

相等，圖2(a)圖是用酶H單獨(dú)酶切線性DNA分子經(jīng)電泳后得到的2條條帶，說明該線性DNA

分子上有1個(gè)酶H的酶切位點(diǎn),且酶切后得到2OOObp和1OOObp兩種長度的2個(gè)片段.圖

2(b)圖是用酶B單獨(dú)酶切線性DNA分子后得到的結(jié)果圖，有2OOObp、600bp和400bp三

種長度的3個(gè)片段，且3個(gè)片段的總長度與線性DNA分子總長度相等，說明該線性DNA分子

有2個(gè)酶B的酶切位點(diǎn).圖2(c)圖是用酶H和酶B同時(shí)酶切的結(jié)果圖，其酶切的總長度為1

400bp+600bp+400bp=2400bp,與線性DNA分子總長3OOObp還相差600bp,即酶切

后的片段應(yīng)該是1400bp+600bp+600bp+400bp=3OOObp,即有2個(gè)長度為600bp的

片段.據(jù)此分析,A項(xiàng)的切割位點(diǎn)符合,A項(xiàng)正確.B項(xiàng)所示的切割位點(diǎn)，酶B單獨(dú)切割時(shí),切割出

的片段長度分別為600bp、1000bp、1400bp,與圖2結(jié)果不符,B項(xiàng)錯(cuò)誤;C項(xiàng)所示的切割

位點(diǎn)，酶B單獨(dú)切割時(shí)，切割出的片段長度分別為400bp、1200bp、1400bp,不符合圖2,C

項(xiàng)錯(cuò)誤;D項(xiàng)所示的線性DNA分子上，兩種酶的切割位點(diǎn)的數(shù)量不對(duì),D項(xiàng)錯(cuò)誤.

【解題技巧】要根據(jù)電泳圖條帶數(shù)和條帶所代表的DNA分子總長度"一眼望穿"酶切割

位點(diǎn)個(gè)數(shù).限制酶切割DNA分子時(shí)，切割后得到的片段數(shù)比切割后得到的位點(diǎn)數(shù)多1,即有n

個(gè)切割位點(diǎn)，就有n+1個(gè)切割片段.

3.電泳與遺傳系譜圖

【例3】（2020年,山東卷，第17題）圖3表示甲、乙兩種單基因遺傳病的家系圖和各家

庭成員基因檢測的結(jié)果.檢測過程中用限制酶處理相關(guān)基因得到大小不同的片段后進(jìn)行電泳,

電泳結(jié)果中的條帶表示檢出的特定長度的酶切片段，數(shù)字表示堿基對(duì)的數(shù)目.下列說法正確的

是（）

注：

二］O正常男女

■■患病男女

O胎兒（未知性狀）

乙病家系電泳結(jié)果

圖3

A.甲病的致病基因位于常染色體上,乙病的致病基因位于X染色體上

B.甲病可能由正?；虬l(fā)生堿基對(duì)的替換導(dǎo)致，替換后的序列可被Mstn識(shí)別

C.乙病可能由正?；蛏系膬蓚€(gè)BamHI識(shí)別序列之間發(fā)生堿基對(duì)的缺失導(dǎo)致

D.不攜帶致病基因、"'攜帶致病基因，兩者均不患待測遺傳病

【分析】本題以電泳圖結(jié)合家系圖為情境考杳遺傳規(guī)

律.解題時(shí)需要綜合題目中的多種信息做出判斷。由ns患

病而I1和I2均正?？芍?甲病致病基因位于常染色體上

且是隱性遺傳病。據(jù)乙病家系圖.結(jié)合DNA電泳圖I6和

I7只有一條條帶.Is和118有兩條條帶.可知Is和II8為雜

合子,乙病可能為常染色體隱性遺傳病,當(dāng)然乙病基因可能

位于X、Y染色體同源區(qū)段上.A項(xiàng)錯(cuò)誤；根據(jù)電泳結(jié)果.

口3只有1350一條條帶，而II和12除具有1350的條帶外

還有1150和200兩條條帶,可推知甲病可能由正?；虬l(fā)

生堿基對(duì)的替換導(dǎo)致，替換前的序列能被MsiII識(shí)別.替換

后的序列則不能被口識(shí)別，B項(xiàng)錯(cuò)誤；I6為隱性純合

子.故1.0X10,為隱性基因的條帶.1.4X10,為顯性基因的

條帶.患病基因片段比正?；蚱紊?.4X10,堿基對(duì).所

以乙病可能由正?；蛏系膬蓚€(gè)Ba?iHI識(shí)別序列之間發(fā)

生堿基對(duì)的缺失導(dǎo)致,C項(xiàng)正確；11,電泳結(jié)果只有1150和

200兩條條帶.為顯性純合子.不攜帶致病基因；口8電泳結(jié)

果有兩條條帶，攜帶致病基因，二者都不患待測遺傳病.

D項(xiàng)正確。

【解題技巧】

"一眼望穿"電泳圖中個(gè)體條帶長度與純合子、雜合子的關(guān)系，再分析遺傳家系圖中個(gè)體的

基因型是解題的關(guān)鍵.此題電泳圖中，條帶數(shù)只有一條的個(gè)體一定是純合子,如題中

U3、I6、U7；條帶數(shù)不止一條但代表的長度之和與最短的個(gè)體也應(yīng)該是純合子，如11，；條帶數(shù)

長度之和是最少的2倍的個(gè)體一定是雜合子,如個(gè)體L和I2.因?yàn)榛蛟趥€(gè)體中是成對(duì)存在

的，如果個(gè)體是純合子，用限制酶處理,基因有相同切割位點(diǎn)，電泳結(jié)果顯示條帶數(shù)量之和構(gòu)成

該基因;如果個(gè)體是雜合子,用限制酶處理，兩個(gè)基因可能存在不同切割位點(diǎn)，每個(gè)基因形成不

同片段，電泳結(jié)果顯示不同條帶，每個(gè)基因片段需要結(jié)合相同基因進(jìn)一步判斷.如果最長的個(gè)體

與最短個(gè)體的條帶長度之和不是呈現(xiàn)2倍關(guān)系，則說明顯性基因與隱性基因的長度不相等,一

定有基因發(fā)生了堿基對(duì)的增添或缺失，如IS和I6.掌握了這個(gè)技巧就能"一眼望穿"個(gè)體基因

電泳圖.

4.電泳與DNA指紋和親子鑒定

DNA親子鑒定原理:采集生物檢測樣本并提取其中的DNA,沉淀DNA后通過PCR技術(shù)

擴(kuò)增出完整的基因組DNA,用限制性核酸內(nèi)切酶將DNA樣本切成特定的小片段,放進(jìn)凝膠內(nèi),

其帶電荷和性質(zhì)、電荷量及分子大小各不相同，在電場力的作用下泳動(dòng)速率也不同，用電泳推

動(dòng)DNA小片段分離,再使用特別的“探針"去尋找基因.相同的基因會(huì)凝聚在一起，然后利用特

別的染料在X光下，便會(huì)顯示由DNA探針凝聚于一起的黑色條碼，每個(gè)人的條碼一半與其母

親的條碼吻合另一半與其父親的條碼吻合.反復(fù)幾次該過程,每一種探針用于尋找DNA的不

同部位并形成獨(dú)特的條碼,只要在十幾至幾十個(gè)DNA位點(diǎn)做檢測,如果全部一樣，就可以確定

親子關(guān)系,如果有3個(gè)以上的位點(diǎn)不同，則可排除親子關(guān)系，有一兩個(gè)位點(diǎn)不同，則應(yīng)考慮基因

突變的可能，可以加做一些位點(diǎn)的檢測進(jìn)行辨別.

【例4】

圖4為某男子X,其兩任妻子M、N以及四個(gè)戰(zhàn)亂中走失的孤兒的DNA樣品的指紋圖,

哪兩個(gè)孩子可能是該男子的子女及他們的母親是()

XMNabc<1

圖4

A.M的孩子是b,N的孩子是c

B.M的孩子是c,N的孩子是b

C.M的孩子是d,N的孩子是a

D.M的孩子是d,N的孩子是b

【分析】1984年英國萊斯特大學(xué)的遺傳學(xué)家Jefferys及其合作者首次將分離的人源小

衛(wèi)星DNA用作基因探針，同人體核基因組成DN的A長的度酶不切等片的段雜雜交交帶，獲

圖得紋了由多個(gè)位點(diǎn)上的等位，這種圖紋極少有兩個(gè)人完全相同，故稱為"DNA指紋"，意思是

它同人的指紋一樣是每個(gè)人所特有的.眾多"DNA指紋"組成"DNA指紋圖譜".從DNA指紋圖

分析,a、d的DNA指紋各有與X相同的部分，說明他們可能是X的孩子.a的另一指紋與N

相同,d的另一指紋與M相同，說明a、d分別是N、M與X所生的子女.

【解題技巧】此題的難點(diǎn)是對(duì)圖示信息理解不到位.對(duì)圖示信息的理解是解答本題的關(guān)鍵.

如何理解圖示信息呢?試題中所說的指紋圖本質(zhì)就是由不同基因組成.根據(jù)電泳條帶比對(duì)，同

源染色體一條來自父親,一條來自母親.子女的遺傳物質(zhì)來自父方和母方，比如b、c沒有與男

子X相同的DNA指紋圖，說明一定不是其生物學(xué)意義上的孩子.

5.電泳與PCR

【例5】為檢測目的基因是否成功導(dǎo)入植株，用PCR方法擴(kuò)增相應(yīng)植株的DNA樣本后,

經(jīng)電泳得到以下圖譜（圖5）.其中1號(hào)為DNA標(biāo)準(zhǔn)樣液（含標(biāo)準(zhǔn)長度的DNA片段）,10號(hào)標(biāo)本

為蒸儲(chǔ)水.據(jù)此做出分析不合理的是（）

］甲,123456789K)

2000-IHI

2號(hào)：野牛.型植株DNA3號(hào)：？4~9號(hào)：轉(zhuǎn)基因植株DNA

圖5

A.3號(hào)植株未成功導(dǎo)入相應(yīng)的目的基因序列

B.PCR產(chǎn)物的分子大小在250至500bp之間

C.99號(hào)樣品對(duì)應(yīng)植株不是所需的轉(zhuǎn)基因植株

D.10號(hào)的電泳結(jié)果能確定反應(yīng)體系等對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果沒有干擾