自《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》（以下簡(jiǎn)稱“新課標(biāo)”）面世以來，以“生命觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究、社會(huì)責(zé)任”四個(gè)方面為核心的素養(yǎng)教育得到廣泛的推廣。為了助力學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)和高中生物學(xué)課程改革快速發(fā)展，人教版高中生物學(xué)教材隨后也進(jìn)行了重新修訂，其中核酸凝膠電泳技術(shù)是新增內(nèi)容之一。在近一年的模擬試題中，核酸凝膠電泳技術(shù)一直是考察的熱點(diǎn)之一，與之相關(guān)的題目靈活多變，難度較大。因此，本文筆者對(duì)核酸凝膠電泳技術(shù)理論知識(shí)進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹后，并結(jié)合一些典型例題，對(duì)其考點(diǎn)進(jìn)行歸納整理，以期提升提高學(xué)生的理解能力和提高解題準(zhǔn)確性，助益高三學(xué)生的備考。

一、核酸凝膠電泳技術(shù)

1.概念—帶電顆粒（如DNA）在電場(chǎng)作用下，向著與電性相反的電極移動(dòng)，稱為電泳。利用帶電粒子在電場(chǎng)中移動(dòng)速度不同而達(dá)到分離目的的技術(shù)為電泳技術(shù)。

2.原理—不同帶電粒子因所帶電荷的種類（決定移動(dòng)的方向）和數(shù)量（決定移動(dòng)的速度）不同，或雖所帶電荷相同但荷質(zhì)比（所帶電荷與質(zhì)量的比值——移動(dòng)的速度）不同，在同一電場(chǎng)中電泳，經(jīng)一定時(shí)間后，由于移動(dòng)距離不同而相互分離。分開的距離與外加電場(chǎng)的電壓及電泳時(shí)間成正比。

3.應(yīng)用—許多重要的生物分子，如核酸，都具有可電離集團(tuán)，它們?cè)谀硞€(gè)特定的pH下可以帶正電或負(fù)電，在電場(chǎng)的作用下，這些帶電分子會(huì)向著與其所帶電荷極性相反的電極方向移動(dòng)。

二、結(jié)合PCR相關(guān)知識(shí)點(diǎn)考察

PCR是聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的縮寫，是一種生物體外的特殊DNA復(fù)制。PCR（聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)）是利用DNA在體外95℃高溫時(shí)變性會(huì)變成單鏈，低溫（經(jīng)常是60℃左右）時(shí)引物與單鏈按堿基互補(bǔ)配對(duì)的原則結(jié)合，再調(diào)溫度至DNA聚合酶最適反應(yīng)溫度（72℃左右），DNA聚合酶從引物開始進(jìn)行互補(bǔ)點(diǎn)鏈的合成（以5′端向3′端延伸）。瓊脂糖凝膠電泳經(jīng)常用于鑒定PCR的產(chǎn)物。該類題目難點(diǎn)是求出目的DNA序列，解答該類題目首先要明確電泳的產(chǎn)物是模板鏈還是新合成的核酸子鏈，并且根據(jù)條帶在電泳圖的位置確定電泳產(chǎn)物從5′端到3′端的具體的DNA序列，再結(jié)合題干信息和根據(jù)堿基互補(bǔ)配對(duì)原則推導(dǎo)出題目所要求的目的DNA序列。

【例1】（2021·揚(yáng)州高三模擬）20世紀(jì)70年代，F(xiàn)red sanger發(fā)明了雙脫氧終止法對(duì)DNA進(jìn)行測(cè)序。其原理如圖1所示，在4個(gè)試管中分別加入4種脫氧核苷三磷酸（dNTP）和1種雙脫氧核苷三磷酸（ddNTP）；ddNTP可以與dNTP競(jìng)爭(zhēng)核苷酸鏈延長(zhǎng)位點(diǎn)，并終止DNA片段的延伸。在4個(gè)試管中DNA鏈將會(huì)分別在A、C、G及T位置中止，并形成不同長(zhǎng)度的DNA片段。這些片段隨后可被電泳分開并顯示出來。下列說法中正確的是（" ）

圖1

A.這種測(cè)序方法需要引物和耐高溫的DNA連接酶

B.電泳圖譜中的箭頭所指的DNA片段以鳥嘌呤結(jié)尾

C.測(cè)得未知DNA的序列為5′-GATTCGAGCTGA-3′

D.ddNTP與dNTP競(jìng)爭(zhēng)的延長(zhǎng)位點(diǎn)是核苷酸鏈的5′末端

【解析】PCR測(cè)序需要引物和耐高溫的DNA聚合酶（Taq聚合酶），DNA連接酶用于DNA分子片段之間的連接，A錯(cuò)誤；這也意味著日常要仔細(xì)甄別各種與分子操作相關(guān)酶（如DNA連接酶、DNA水解酶、DNA聚合酶等）的區(qū)別；根據(jù)題意（ddNTP可以與dNTP競(jìng)爭(zhēng)核苷酸鏈延長(zhǎng)位點(diǎn)，并終止DNA片段的延伸），電泳圖譜中（見圖1）的箭頭所指的DNA片段以鳥嘌呤結(jié)尾，B正確；根據(jù)圖1中各條帶的位置和一開始延伸的DNA片段較小的特點(diǎn)，可得其延伸的序列為5′-GATTCGAGCTGA-3′，而未知序列與其互補(bǔ)，根據(jù)堿基配對(duì)互補(bǔ)原則可得到題目中測(cè)得未知DNA的序列為5′-TCAGCTCGAATC-3′，C錯(cuò)誤；ddNTP與dNTP競(jìng)爭(zhēng)的延長(zhǎng)位點(diǎn)是核苷酸鏈的3′末端，D錯(cuò)誤。

【答案】B

【例2】（改編）脫氧核苷三磷酸（dNTP）3′—C上的—OH被—H替換后轉(zhuǎn)化為雙脫氧核苷三磷酸（ddNTP）。在PCR反應(yīng)體系中加入待測(cè)DNA片段、4種dNTP、1種32P標(biāo)記的ddNTP和1種引物及其他所需材料，經(jīng)擴(kuò)增后獲得不同長(zhǎng)度的DNA片段混合物。利用每種32P標(biāo)記的ddNTP分別進(jìn)行PCR后，將產(chǎn)物點(diǎn)樣在變性凝膠上進(jìn)行電泳分離，通過放射性自顯影檢測(cè)，就可以讀出DNA的核苷酸序列。圖2為某待測(cè)DNA片段的電泳檢測(cè)結(jié)果，下列說法錯(cuò)誤的是（" ）

圖2

A.PCR反應(yīng)體系中的耐高溫的DNA聚合酶可催化磷酸二酯鍵的形成

B.連接到核苷酸鏈上的ddNTP因3′—C上沒有—OH而導(dǎo)致DNA延伸中斷

C.該DNA片段的待測(cè)堿基序列為5′—TTGGCTGCAA—3′

D.該P(yáng)CR過程中待測(cè)DNA片段只有1條鏈作為模板

【解析】PCR體系中溫度可達(dá)到90 ℃以上，延伸過程中需要耐高溫的DNA聚合酶催化不同的脫氧核糖核苷酸之間形成磷酸二酯鍵，A正確。ddNTP為雙脫氧核苷三磷酸，只要ddNTP摻入鏈端，該鏈就停止延長(zhǎng)的原因是3′—C上不是—OH，不能與下一個(gè)脫氧核苷酸的磷酸形成磷酸二酯鍵，B正確。當(dāng)ddNTP結(jié)合到子鏈上時(shí)，DNA合成終止，因此DNA合成鏈可能隨機(jī)停止在任何堿基處，根據(jù)四種堿基的條帶位置可反向推出DNA序列。PCR擴(kuò)增時(shí)，子鏈合成是由5′端向3′端延伸且核酸電泳時(shí)DNA片段越大，跑的越慢，因此根據(jù)電泳圖及點(diǎn)樣點(diǎn)的位置（圖2）可知，該DNA片段的待測(cè)堿基序列為3′—TTGGCTGCAA—5′，C錯(cuò)誤。該P(yáng)CR過程中待測(cè)DNA片段如果有兩條鏈作模板，則合成兩條完整的且堿基互補(bǔ)子鏈。在遵循堿基配對(duì)互補(bǔ)原則條件下，像A應(yīng)該與T互補(bǔ)，數(shù)目一樣，而圖2中A和T及G和C兩兩之間的數(shù)目都不等同，故只有1條鏈作為模板， D正確。

【答案】C

三、結(jié)合遺傳系譜圖相關(guān)進(jìn)行考察

該類題型主要是通過將遺傳系譜圖中幾個(gè)有一定親緣的個(gè)體的基因型跟電泳結(jié)果結(jié)合一起，從而要求學(xué)生求出其中某個(gè)個(gè)體的基因型。解答該類題目一般通過遺傳圖譜確定遺傳病的遺傳方式和利用電泳圖推知其所展示的一些個(gè)體的基因型。在已知某些個(gè)體基因型的情況下，將其電泳條帶與題目所求的個(gè)體的電泳條帶比對(duì)，進(jìn)而確定所有個(gè)體是純合子還是雜合子，最終確定所求個(gè)體的具體基因型。

【例3】（2022·濟(jì)南二模）某家族有甲、乙兩種單基因遺傳病，其中一種病的致病基因位于X染色體上?？刂萍撞〉幕蛴肁/a表示，某遺傳標(biāo)記與A/a基因緊密連鎖，可特異性標(biāo)記并追蹤A/a基因在家系中的遺傳。圖3是該家族的遺傳系譜圖，圖4是家族中部分個(gè)體DNA標(biāo)記成分（N1、N2）的體外復(fù)制產(chǎn)物電泳結(jié)果圖，不考慮基因突變和XY同源區(qū)段情況。下列說法正確的是（" ）

圖3""" 圖4

A.甲病為常染色體隱性遺傳病，乙病與血友病遺傳方式相同

B.Ⅰ-1和Ⅱ-3基因型一定相同，Ⅰ-3與Ⅲ-1基因可能相同

C.N1和A連鎖，N2和a連鎖

D.Ⅱ-2和Ⅱ-3再生一個(gè)孩子患甲病的概率為1/6

【解析】分析題意和遺傳圖譜（圖3）可知，圖3中Ⅰ-1、Ⅰ-2不患甲病，Ⅱ-1患甲病，說明甲病為隱性遺傳病，且為常染色體遺傳;故乙病為伴X染色體遺傳。由于Ⅰ-1患乙病，Ⅱ-2不患乙病，則乙病為顯性遺傳。假設(shè)用B/b表示乙病的基因，結(jié)合圖4可知，Ⅰ-1基因型為AaXBXb，Ⅰ-2基因型為AaXbY，Ⅰ-3基因型為A_XbXb，Ⅰ-4基因型為aaXBY，Ⅱ-2基因型為AaXbY，Ⅱ-3基因型為AaXBXb。綜合上述分析可知，甲病為常染色體隱性遺傳病，乙病為伴X染色體顯性遺傳病，而血友病為伴X染色體隱性遺傳病，A錯(cuò)誤;由分析可知，Ⅰ-1與Ⅱ-3的基因型相同，Ⅰ-3基因型為A_XbXb，Ⅱ-2基因型為AaXbY，Ⅲ-1基因型可能為A_XbXb，二者基因型可能相同，B正確;由分析可知，Ⅰ-2基因型為Aa，Ⅱ-1基因型為aa，可判斷N1和a連鎖，N2和A連鎖，C錯(cuò)誤;Ⅱ-2基因型為AaXbY，Ⅱ-3基因型為AaXBXb，兩人再生一個(gè)孩子患甲病的概率為1/4，D錯(cuò)誤。

【答案】B

四、結(jié)合酶切后電泳片段，考察切割位點(diǎn)相關(guān)問題

該類題一般是通過電泳圖中條帶的數(shù)量和條帶的長(zhǎng)度考察限制酶的酶切位點(diǎn)位置、DNA分子中酶切位點(diǎn)的個(gè)數(shù)。首先，確定限制酶的酶切位點(diǎn)位置要將電泳圖中電泳條帶的長(zhǎng)度、數(shù)目和限制酶酶切之后電泳條帶長(zhǎng)度、數(shù)目進(jìn)行比對(duì)，進(jìn)行綜合分析。而解答DNA分子中酶切位點(diǎn)個(gè)數(shù)的問題則得一分為二，具體推斷方法如下：①若DNA分子是鏈狀，則限制酶的酶切位點(diǎn)的數(shù)目（n）等于電泳條帶數(shù)目（m）減去1；②若DNA分子是環(huán)狀，限制酶的酶切位點(diǎn)的數(shù)目（n）等于電泳條帶數(shù)目（m）。

圖5

【例4】（2021·泰州高三模擬）在基因工程操作中，科研人員利用識(shí)別兩種不同序列的限制酶（R1和R2）處理基因載體，進(jìn)行聚丙烯酰胺凝膠電泳檢測(cè)，結(jié)果如圖5所示。以下相關(guān)敘述中，不正確的是（" ）

A.該載體最可能為環(huán)形DNA分子

B.兩種限制酶在載體上各有一個(gè)酶切位點(diǎn)

C.限制酶R1與R2的切割位點(diǎn)最短相距200bp

D.限制酶作用于該載體會(huì)導(dǎo)致氫鍵和肽鍵斷裂

圖6

【解析】當(dāng)僅用一種限制酶切割載體時(shí)，僅產(chǎn)生一種長(zhǎng)度的DNA片段，因此該載體最有可能為環(huán)狀DNA分子，A正確；當(dāng)僅用一種限制酶切割載體時(shí)，兩種限制酶切割產(chǎn)生的DNA片段等長(zhǎng)，而兩種限制酶同時(shí)切割時(shí)則產(chǎn)生兩種長(zhǎng)度的DNA片段，所以兩種限制酶在載體上各有一個(gè)酶切位點(diǎn)，B正確；由圖5可知，兩種限制酶同時(shí)切割時(shí)則產(chǎn)生600 bp和200 bp兩種長(zhǎng)度的DNA片段（如圖6），而據(jù)圖6可直觀看到兩種限制酶的酶切位點(diǎn)最少相距200 bp，最大相距600 bp，C正確；限制酶切割DNA分子，破壞的是作用位點(diǎn)上兩個(gè)脫氧核糖核苷酸之間的磷酸二酯鍵，D錯(cuò)誤。

【答案】D

【例5】（2022·武漢二模）用A和B兩種限制酶同時(shí)和分別處理同一DNA片段，限制酶對(duì)應(yīng)切點(diǎn)一定能切開。兩種酶的酶切位點(diǎn)及酶切產(chǎn)物電泳分離結(jié)果如圖7和圖8所示。下列敘述錯(cuò)誤的是（" ）。

圖7" 圖8

A.圖1中限制酶A、B識(shí)別的核苷酸序列不相同

B.圖1中X代表的堿基對(duì)數(shù)為4500

C.推測(cè)圖1中Y是限制酶B的酶切位點(diǎn)

D.推測(cè)圖2中①是限制酶A處理得到的酶切產(chǎn)物

【解析】酶具有專一性，不同的限制酶識(shí)別并切割不同的核苷酸序列，A正確;從圖8的A+B酶一組結(jié)果可知，限制酶A和B切完后總共有4個(gè)片段，長(zhǎng)度分別為500、1500、3500、4500，而圖7表示酶A和B切割時(shí)只會(huì)得到3個(gè)片段，長(zhǎng)度應(yīng)該是3500、X、2000，所以可推測(cè)Y是限制酶A或限制酶B的酶切位點(diǎn)，X代表的堿基對(duì)數(shù)為4500，B正確;根據(jù)以上結(jié)論，圖7中Y為限制酶A或B的酶切位點(diǎn)，若Y為限制酶A的酶切位點(diǎn)，用酶A切割完后得到3個(gè)長(zhǎng)度的片段：3500、（4500+1500）、500，正好與圖8的①結(jié)果相符，故推測(cè)圖2中①是限制酶A處理得到的酶切產(chǎn)物，C錯(cuò)誤，D正確。

【答案】C

五、綜合考察

該類題型主要是結(jié)合遺傳系譜圖也夾雜著限制酶切割位點(diǎn)數(shù)量問題，難度大，需要根據(jù)電泳圖將個(gè)體之間的電泳圖條帶長(zhǎng)度、數(shù)目進(jìn)行比對(duì)，進(jìn)而確定要求個(gè)體的基因型和確定限制酶酶切位點(diǎn)數(shù)目。

【例6】（2022·廣東二模）某單基因遺傳病在人群中的患病率為1/8100，圖9是該病某患者的遺傳系譜圖?？蒲腥藛T提取了其中4個(gè)人的DNA，用PCR擴(kuò)增相關(guān)的基因，并對(duì)產(chǎn)物用MspⅠ酶切（正常基因含有一個(gè)限制酶切位點(diǎn)，致病基因增加了一個(gè)酶切位點(diǎn)）、電泳，結(jié)果如圖10所示。下列相關(guān)敘述正確的是（" ）

圖9" 圖10

A.該病為伴X染色體隱性遺傳病

B.Ⅱ-5是攜帶者的概率為2/3

C.致病基因新增的酶切位點(diǎn)位于332 bp片段中

D.Ⅱ-1和Ⅱ-2所生的孩子患該病的概率為1/180

【解析】據(jù)圖9分析，Ⅰ-1和Ⅰ-2均正常，但其子代Ⅱ-2患病，說明該病為隱性遺傳病，又因?yàn)棰?2為女性，其父親正常，說明該病為常染色體隱性遺傳病，設(shè)相關(guān)基因?yàn)锳、a，則圖譜中Ⅱ-2基因型為aa，故Ⅰ-1和Ⅰ-2的基因型均為Aa，據(jù)圖10綜合分析可知，Ⅱ-4基因型為Aa，Ⅱ-5基因型為AA，A、B錯(cuò)誤;Ⅰ-1和Ⅰ-2均為Aa，其酶切條帶有332、 228、 126、 104四條，而Ⅱ-5基因型為AA，條帶有332和126兩條，其中332=228+104，說明致病基因新增的酶切位點(diǎn)位于332 bp片段中，C正確;Ⅱ-2患病，基因型為aa，據(jù)圖10可知，Ⅱ-1基因型為Aa，兩者婚配，生育的孩子患該?。╝a）的概率為1/2，D錯(cuò)誤。

【答案】C

縱觀以上例題，不難發(fā)現(xiàn)，關(guān)于核酸凝膠電泳技術(shù)的題目綜合性強(qiáng)、難度大、靈活性強(qiáng)，而且考察學(xué)生觀察、對(duì)比、推理等一系列能力，有效促進(jìn)學(xué)生科學(xué)思維的發(fā)展。在此基礎(chǔ)上，基于上述遺傳系譜圖創(chuàng)設(shè)的新情境，要求學(xué)生運(yùn)用核酸凝膠電泳技術(shù)去解決問題的同時(shí)，也能創(chuàng)設(shè)性地提出相應(yīng)的觀點(diǎn)等，譬如為優(yōu)生優(yōu)育提供建議?；诖擞行У嘏囵B(yǎng)學(xué)生的社會(huì)責(zé)任感。這也是符合新課標(biāo)中從“知識(shí)為本”的賽道轉(zhuǎn)換到“素養(yǎng)為本”賽道的教育風(fēng)向。因此，與核酸凝膠電泳技術(shù)相關(guān)的題目在高考中占據(jù)著重要地位。我們有必要掌握該類題目的解題方法。為了更好掌握該類題目解題方法，我們可以做到如下：①日常要對(duì)電泳技術(shù)的基本概念、基本原理和電泳圖條帶表示意義進(jìn)行理解，并且對(duì)容易混淆的知識(shí)點(diǎn)需要加以區(qū)分甄別，如DNA復(fù)制用到是DNA解旋酶，體外DNA復(fù)制（PCR）則不用。此外，在做典型例題的時(shí)候，對(duì)其相關(guān)高頻考點(diǎn)進(jìn)行總結(jié)記錄及做好題型分類，復(fù)習(xí)的時(shí)候應(yīng)該根據(jù)其考點(diǎn)考察的頻度控制相應(yīng)時(shí)間投入的比重；②在上述的基礎(chǔ)上，挑選典型例題對(duì)上述總結(jié)的規(guī)律進(jìn)行有針對(duì)性加深鞏固，不斷查漏補(bǔ)缺，深化自己的總結(jié)的解題規(guī)律，提高解決問題的效率和提升解題的能力。

責(zé)任編輯" 李平安