傅琦雄

(福建省寧德市教師進(jìn)修學(xué)院)

1.電泳技術(shù)概述

瓊脂糖凝膠電泳和聚丙烯酰胺凝膠電泳是兩種常用的電泳方法。在測定蛋白質(zhì)分子量時(shí)通常使用SDS-聚丙烯酰胺凝膠電泳,而PCR的產(chǎn)物一般通過瓊脂糖凝膠電泳來鑒定。

2.電泳情境題型的分析

電泳情境題型是指創(chuàng)設(shè)電泳與相關(guān)生物學(xué)知識聯(lián)系的真實(shí)情境,試題主要考查生物學(xué)基本原理和基本概念,側(cè)重考查考生的科學(xué)探究和科學(xué)思維的學(xué)科素養(yǎng)。電泳技術(shù)目前在親子鑒定、案件偵破、生物親緣關(guān)系遠(yuǎn)近、DNA指紋技術(shù)等方面普遍運(yùn)用。例如,研究者從骨骼、血跡、毛發(fā)等組織中就能通過凝膠電泳技術(shù),用一種探針尋找DNA的不同部位并形成獨(dú)特的條帶圖譜進(jìn)行比對,從而達(dá)到DNA鑒定的目的。下面從五種常見考查電泳情境題型進(jìn)行深度評析,較為全面地歸納電泳相關(guān)試題情境及題目的立意,從而讓學(xué)生能夠做出準(zhǔn)確的推斷,輕松解決這種類型的試題。

2.1 考查電泳的基本原理

例1.(2022年河北卷第23題-節(jié)選)番茄灰霉病菌嚴(yán)重影響番茄生產(chǎn),枯草芽孢桿菌可以產(chǎn)生對多種病原菌具有抑制作用的蛋白質(zhì)。為探究枯草芽孢桿菌能否用于番茄灰霉病的生物防治,研究者設(shè)計(jì)了相關(guān)實(shí)驗(yàn)。回答下列問題:

(3)電泳分離蛋白質(zhì)混合樣品的原理是________。利用SDS-聚丙烯酰胺凝膠電泳測定枯草芽孢桿菌的抗菌蛋白分子量時(shí),SDS的作用是________。

參考答案：(3)利用待分離樣品中各種分子帶電性質(zhì)的差異及分子本身的大小、形狀的不同,使帶電分子產(chǎn)生不同的遷移速度,從而實(shí)現(xiàn)樣品中各種分子的分離 SDS帶有大量的負(fù)電荷,且能使蛋白質(zhì)變性成為肽鏈,使蛋白質(zhì)的遷移速率只與蛋白質(zhì)的相對分子質(zhì)量有關(guān),而與所帶電荷性質(zhì)無關(guān)

評析：本題創(chuàng)設(shè)枯草芽孢桿菌用于防治番茄灰霉病的生產(chǎn)實(shí)踐真實(shí)情境,考生在簡單情境中通過對生物學(xué)基本原理和概念的簡單記憶就能解決問題。該小題考查的核心素養(yǎng)主要體現(xiàn)在科學(xué)探究上,對生物學(xué)實(shí)驗(yàn)基本原理和重要試劑的識記,對考生關(guān)鍵能力要求層次較低。

2.2 考查電泳與育種聯(lián)系

例2.(2022年福建卷第20題)7S球蛋白是大豆最主要的過敏原蛋白,三種大豆脂氧酶Lox-1,2,3是大豆產(chǎn)生腥臭味的原因。大豆食品深加工過程中需要去除7S球蛋白和三種脂氧酶?？蒲腥藛T為獲得7S球蛋白與三種脂氧酶同時(shí)缺失的大豆新品種,將7S球蛋白缺失的大豆植株與脂氧酶完全缺失的植株雜交,獲得F1種子。F1植株自交得到F2種子。對F1種子和F2種子的7S球蛋白和脂氧酶進(jìn)行蛋白質(zhì)電泳檢測,不同表現(xiàn)型的電泳條帶示意如圖1。

圖1

根據(jù)電泳檢測的結(jié)果,對F2種子表現(xiàn)型進(jìn)行分類統(tǒng)計(jì)如下表。

F2種子表現(xiàn)型粒數(shù)7S球蛋白野生型1247S球蛋白缺失型377脂氧酸Lox-1,2,3野生型282①94②94Lox-1,2,3全缺失型31

回答下列問題:

(1)7S球蛋白缺失型屬于________(填“顯性”或“隱性”)性狀。

(2)表中①②的表現(xiàn)型分別是________、________。脂氧酶Lox-1,2,3分別由三對等位基因控制,在脂氧酶是否缺失的性狀上,F2種子表現(xiàn)型只有四種,原因是________。

(3)在答題卡對應(yīng)的圖中畫出F1種子表現(xiàn)型的電泳條帶。

(4)已知Lox基因和7S球蛋白基因獨(dú)立遺傳。圖中第________泳道的種子表現(xiàn)型為7S球蛋白與三種脂氧酶同時(shí)缺失型,這些種子在F2中的比例是________。利用這些種子選擇并獲得穩(wěn)定遺傳種子的方法是________。

(5)為提高大豆品質(zhì),利用基因工程方法提出一個(gè)消除野生型大豆7S球蛋白過敏原的設(shè)想:________。

參考答案：(1)顯性 (2)Lox-1,2缺失型 Lox-3缺失型 控制Lox-1,2的基因位于同一對同源染色體上且不發(fā)生互換,控制Lox-3的基因位于另一對同源染色體上 (3)如圖2 (4)4 3/64 將這些種子長成的植株自交,對單株所得的所有種子進(jìn)行蛋白質(zhì)電泳檢測,若某植物所有種子均不出現(xiàn)7S球蛋白條帶,則該植物的種子能穩(wěn)定遺傳 (5)敲除7S球蛋白基因/導(dǎo)入7S球蛋白的反義基因,抑制7S球蛋白表達(dá)(合理答案均給分)

圖2

評析：本題以大豆制品深加工時(shí)要去除7S蛋白與脂氧酶Lox-1,2,3的生產(chǎn)實(shí)踐為真實(shí)情境,將兩類缺失型大豆進(jìn)行雜交培育符合生產(chǎn)要求的大豆種子。第(1)題考查顯隱性性狀的判別。考生通過獲取表中的信息:F2中7S蛋白表型的比例約為3∶1,并通過對情境中的直觀信息進(jìn)行淺層加工,得出簡單結(jié)論:7S蛋白缺失型屬于顯性性狀。第(2)題考查自由組合定律,側(cè)重考查科學(xué)思維中演繹推理能力,能力要求層次較高。要求考生從題干信息“由三對等位基因控制”,而表中F2脂氧酸Lox-1,2,3表型的比例約為9∶3∶3∶1推理得出:應(yīng)有兩對等位基因連鎖,與另一對等位基因自由組合。同時(shí)觀察圖1蛋白質(zhì)電泳圖譜可得出Lox-1與Lox-2電泳條帶總在一起,即控制Lox-1與Lox-2的基因連鎖,F2野生型占9/16,表型應(yīng)為雙顯性,推理得出:①②各占3/16,表型應(yīng)為單顯性(Lox-1,2缺失型或Lox-3缺失型)。第(3)題由F2表型及比例,得出F1的表型是7S球蛋白缺失型,脂氧酶Lox-1,2,3野生型大豆。對照M的電泳條帶即可得出F1的電泳圖譜。第(4)題由于第4泳道沒有電泳條帶,說明其種子表型是7S球蛋白缺失型且脂氧酶Lox-1,2,3全缺失型,這些種子在F2中的比例是1/16×3/4=3/64。第(5)題聯(lián)系生產(chǎn)實(shí)踐,側(cè)重考查考生獲取正確信息并設(shè)計(jì)簡單實(shí)驗(yàn)方案,以及基于生物學(xué)知識做出合理解釋和判斷,解決生產(chǎn)生活問題的能力,落實(shí)科學(xué)探究和社會責(zé)任等核心素養(yǎng)的考查。

2.3 考查電泳與遺傳系譜圖

例3.(2021年適應(yīng)性考試江蘇卷第18題)苯丙酮尿癥是一種嚴(yán)重的單基因遺傳病。圖3是某患者的家族系譜圖,其中部分成員Ⅰ1、Ⅰ2、Ⅱ1和Ⅱ2的DNA經(jīng)限制酶MspⅠ酶切,產(chǎn)生不同的片段,經(jīng)電泳后用苯丙氨酸羥化酶cDNA探針雜交,結(jié)果見圖4。下列分析正確的是

圖3

圖4

( )

A.個(gè)體Ⅱ1是雜合體的概率為2/3

B.個(gè)體Ⅱ2與一雜合體婚配生患病孩子的概率為0

C.個(gè)體Ⅱ3是隱性純合體,有19 kb探針雜交條帶

D.個(gè)體Ⅱ4可能為雜合體,有2個(gè)探針雜交條帶

參考答案：BCD

評析：本題將苯丙酮尿癥患者的家族系譜圖與電泳圖譜相結(jié)合,考查DNA分子雜交和分離定律等知識,側(cè)重考查科學(xué)探究和科學(xué)思維。假設(shè)該病受一對等位基因A、a控制,要求考生能夠從圖3中Ⅱ3患病,而Ⅰ1、Ⅰ2都不患病,推斷出該病類型為常染色體隱性遺傳病。Ⅱ3基因型為aa,Ⅰ1和Ⅰ2的基因型都為Aa,再結(jié)合圖4的酶切結(jié)果可知,Ⅰ1、Ⅰ2、Ⅱ1的基因型都為Aa,Ⅱ2表現(xiàn)正常且從圖4酶切結(jié)果看:Ⅱ2與Ⅱ1基因型(Aa)不同,所以Ⅱ2的基因型為AA,由此可以推知,23 kb探針雜交條帶對應(yīng)正常顯性基因A,19 kb探針雜交條帶對應(yīng)隱性基因a。

2.4 考查電泳與基因工程

例4.(2021年遼寧卷第24題-節(jié)選)PHB2蛋白具有抑制細(xì)胞增殖的作用。為初步探究某動物PHB2蛋白抑制人宮頸癌細(xì)胞增殖的原因,研究者從基因數(shù)據(jù)庫中獲取了該蛋白的基因編碼序列(簡稱phb2基因),大小為0.9 kb(1 kb=1 000堿基對),利用大腸桿菌表達(dá)該蛋白?；卮鹣铝袉栴}:

(2)圖5為所用載體圖譜示意圖,圖中限制酶的識別序列及切割位點(diǎn)見表。為使phb2基因(該基因序列不含圖5中限制酶的識別序列)與載體正確連接,在擴(kuò)增的phb2基因兩端分別引入________和________兩種不同限制酶的識別序列。

圖5

注:箭頭表示切割位點(diǎn)。

(4)將轉(zhuǎn)化后的大腸桿菌接種在含氨芐青霉素的培養(yǎng)基上進(jìn)行培養(yǎng),隨機(jī)挑取菌落(分別編號為1、2、3、4)培養(yǎng)并提取質(zhì)粒,用(2)中選用的兩種限制酶進(jìn)行酶切,酶切產(chǎn)物經(jīng)電泳分離,結(jié)果如圖6,________號菌落的質(zhì)粒很可能是含目的基因的重組質(zhì)粒。

圖6

參考答案：(2)EcoRⅠ和PvuⅡ (4)3

評析：本題圍繞構(gòu)建phb2基因表達(dá)載體導(dǎo)入大腸桿菌的轉(zhuǎn)基因技術(shù),從而探究PHB2蛋白抑制人宮頸癌細(xì)胞增殖的原因?？疾榛蚬こ痰认嚓P(guān)知識,側(cè)重考查科學(xué)思維演繹推理、歸納概括等核心素養(yǎng)。從題干獲取關(guān)鍵信息:1～4號菌落都可以生長在含有氨芐青霉素的培養(yǎng)基中,因此都含有質(zhì)粒,但只有重組質(zhì)粒包含了目的基因和質(zhì)粒,如果用(2)中EcoRⅠ和PvuⅡ兩種酶切割重組質(zhì)粒,并將酶切產(chǎn)物電泳分離后,將獲得含有質(zhì)粒DNA和phb2基因兩條條帶,由于phb2基因大小為0.9 kb,加上兩端的限制酶識別序列,phb2基因大小會略大于0.9 kb。結(jié)合電泳圖譜分析,3號菌落的質(zhì)粒最可能是含目的基因的重組質(zhì)粒。

2.5 考查電泳與基因定位

例5.(2021年適應(yīng)性考試湖南卷第19題)DNA標(biāo)記是DNA中一些穩(wěn)定的特征性堿基序列,DNA中是否含特定的DNA標(biāo)記,可通過DNA標(biāo)記體外復(fù)制產(chǎn)物的電泳圖譜來判斷。

(1)已知三個(gè)個(gè)體的DNA標(biāo)記電泳結(jié)果如圖7所示,個(gè)體1和個(gè)體2的DNA標(biāo)記組成分別為S1S1和S2S2,據(jù)圖推斷個(gè)體3的DNA標(biāo)記組成為________。

圖7 (M表示標(biāo)準(zhǔn)DNA片段)

(2)DNA標(biāo)記常用來進(jìn)行遺傳性疾病的基因定位。現(xiàn)有一常染色體顯性遺傳病家系(疾病基因用A表示)如圖8所示,選擇上述DNA標(biāo)記體外復(fù)制后電泳,結(jié)果如圖9所示。不考慮突變和交叉互換,________(填“能”或“不能”)判斷該DNA標(biāo)記與該疾病基因在同一染色體上,用遺傳圖解及文字說明原因(配子、表現(xiàn)型及比例不作要求)。

圖8

圖9

(3)如果該DNA標(biāo)記與此疾病基因在同一條染色體上,圖10中Ⅱ2和Ⅱ3的DNA標(biāo)記組成分別為________和________。

圖10

參考答案：(1)S1S2

(3)S2S2S1S2

評析：本題圍繞DNA標(biāo)記體外復(fù)制產(chǎn)物的電泳圖譜來進(jìn)行遺傳病的基因定位?？疾镈NA分子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和遺傳信息表達(dá)的過程以及理解分離定律的應(yīng)用等關(guān)鍵能力,側(cè)重考查科學(xué)思維和科學(xué)探究素養(yǎng)。第(1)題要求考生在簡單情境中發(fā)現(xiàn)個(gè)體1的DNA標(biāo)記組成為S1S1,電泳結(jié)果均在150 bp,推斷出DNA標(biāo)記S1電泳結(jié)果應(yīng)在150 bp,同理可知個(gè)體2的DNA標(biāo)記S2電泳結(jié)果應(yīng)在300 bp,由此得出簡單結(jié)論,個(gè)體3的DNA標(biāo)記組成應(yīng)為S1S2。第(2)題要求考生根據(jù)圖8中Ⅰ1、Ⅰ2、Ⅱ1、Ⅱ2、Ⅱ3的基因型分別為Aa、aa、Aa、aa、Aa,而根據(jù)圖9中這5個(gè)個(gè)體的電泳結(jié)果均為S1S2,演繹推理出:該致病基因與DNA標(biāo)記分別位于兩對同源染色體上,遵循自由組合定律,這樣能產(chǎn)生符合題意的實(shí)驗(yàn)結(jié)果,即DNA標(biāo)記與該疾病基因不在同一條染色體上。第(3)題如果DNA標(biāo)記與該疾病基因在同一條染色體上,遵循分離定律,可以推斷:圖10中Ⅱ2表型正常,基因型為aa,DNA標(biāo)記組成為S2S2,同理可得出Ⅱ3的DNA標(biāo)記組成為S1S2。

3.備考建議

高三二輪專題復(fù)習(xí)應(yīng)該更關(guān)注學(xué)生關(guān)鍵能力的提升,教師可以采用“題組-概念圖”策略,如先確定微專題主題:“電泳”,從上述五個(gè)不同角度的題組進(jìn)行變式精練精析,然后構(gòu)建出電泳的完整知識體系。