高中生物中用到同位素标记法的实验
高中生物中的“同位素标记法教案资料
“同位素标记法”的总结利用放射性同位素不断地放出特征射线的核物理性质，就可以检测和追踪它在体内或体外的位置、数量及其转变等。
同位素标记在工业、农业生产、日常生活和科学科研等方面都有着极其广泛的应用。
在生物学领域可用来测定生物化石的年代，也可利用其射线进行诱变育种、防治病虫害和临床治癌，还可利用其射线作为示踪原子来研究细胞内的元素或化合物的来源、组成、分布和去向等，进而了解细胞的结构和功能、化学物质的变化、反应机理。
高中生物教材中的实验（或内容）和相关习题中许多知识都涉及同位素标记法的应用。
下面我就相关内容通过有关例题进行归纳阐述，以便大家对这项技术有一个深刻的体会，并学会同位素标记的应用。
一、氢（3H）例1：科学家用含3H标记的亮氨酸的培养液培养豚鼠的胰腺腺泡细胞，下表为在腺泡细胞几种结构中最早检测到放射性的时间表。
下列叙述中正确的是（）A．形成分泌蛋白的多肽最早在内质网内合成B．高尔基体膜向内与内质网膜相连，向外与细胞膜相连C．高尔基体具有转运分泌蛋白的作用D．靠近细胞膜的囊泡可由高尔基体形成解析：分泌蛋白的多肽最早在核糖体上合成，高尔基体并不直接和内质网与细胞膜相连，而是通过囊泡间接连接。
答案：CD。
知识盘点：1.科学家在研究分泌蛋白的合成和分泌时，曾经做过这样一个实验：他们在豚鼠的胰脏腺泡细胞中注射3H标记的亮氨酸，3min后，被标记的氨基酸出现在附着有核糖体的内质网中，17min后，出现在高尔基体中，117min后，出现在靠近细胞膜内侧的运输蛋白质的小泡中，以及释放到细胞外的分泌物中。
这个实验说明分泌蛋白在附着于内质网上的核糖体中合成之后，是按照内质网→高尔基体→细胞膜的方向运输的，从而证明了细胞内的各种生物膜在功能上是紧密联系的。
2．研究肝脏细胞中胆固醇的来源时，用3H—胆固醇作静脉注射的示踪实验，结果放射性大部分进入肝脏，再出现在粪便中。
3．用3H标记的尿苷或胸腺嘧啶可用来检测转录或复制。
2020高中生物必修2： 实验素养提升4 同位素标记法的原理与应用
[技能必备]理解含义同位素标记法也叫同位素示踪法，它可以研究细胞内的元素或化合物的来源、组成、分布和去向等，进而了解细胞的结构和功能、化学物质的变化、反应机理等。
同位素是具有相同原子序数但质量数不同的核素。
同一元素的不同核素之间互称为同位素。
例如，氢有如1H、2H、3H三种核素互称同位素。
同位素可分为稳定性同位素和放射性同位素两类，稳定性同位素是原子核结构稳定，不会发生衰变的同位素。
放射性同位素是原子核不稳定会自发衰变的同位素。
同位素示踪法即同位素标记法，包括稳定性同位素示踪法和放射性同位素示踪法。
放射性同位素示踪法在实践中运用较广，因为其灵敏度高，且容易测定。
常用的放射性同位素有3H、14C、32P、35S、131I、42K等。
如对孕妇及儿童某些疾病诊断中，要将食物或药物成分用示踪剂标记，就不能使用或多或少具有毒副作用的1放射性同位素，而只能使用对人体无害，使用安全的稳定性同位素。
常用的稳定同位素有2H、13C、15N和18O等。
高中生物学教材中涉及的鲁宾和卡门研究光合作用氧气来源的实验中，就是用18O分别标记CO2和H2O。
还有梅塞尔森做的DNA半保留复制实验中，是用15N标记亲代的DNA分子。
[技能提升]1.(2019·山师附中模拟)下列关于同位素示踪法的叙述错误的是( )A.将用14N标记了DNA的大肠杆菌在含有15N的培养基中繁殖一代，若子代大肠杆菌的DNA分子中既有14N，又有15N，则可说明DNA的半保留复制B.将洋葱根尖培养在含同位素标记的胸腺嘧啶的培养液中，经过一次分裂，子代细胞中的放射性会出现在细胞质和细胞核中C.用DNA探针进行基因鉴定时，如果待测DNA是双链，则需要采用加热的方法使其形成单链，才可用于检测D.由噬菌体侵染细菌实验可知，进入细菌体内的是噬菌体的DNA，而不是噬菌体的蛋白质，进而证明了DNA是噬菌体的遗传物质解析将用14N标记了DNA的大肠杆菌在含有15N的培养基中繁殖一代，无论DNA复制方式是半保留复制、全保留复制还是混合复制，子一代大肠杆菌的DNA 分子中都既有14N，又有15N，所以由此不能证明DNA的复制方式是半保留复制，A错误；胸腺嘧啶是合成DNA的原料，而DNA主要分布在细胞核中，此外在2洋葱根尖细胞的细胞质(线粒体)中也含有少量DNA，所以子代细胞中的放射性会出现在细胞质和细胞核中，B正确；DNA探针是单链DNA，用于检测双链DNA 时，需先将双链DNA打开形成单链，才能进行检测，C正确；噬菌体侵染细菌时，只有DNA进入细菌细胞中，所以噬菌体侵染细菌实验证明了DNA是遗传物质，但不能证明蛋白质不是遗传物质，D正确。
高考生物素养加强课6 同位素标记法及其应用
④鲁宾和卡门用18O分别标记H2O和CO2，发现只有供给H
18 2
O的小
球藻释放18O2，证实光合作用产生的O2来自H2O
⑤赫尔希和蔡斯用32P和35S分别标记的T2噬菌体，分别侵染大肠杆
菌，搅拌离心后检测放射性的分布，发现DNA是遗传物质
⑥斯他林和贝利斯将狗的小肠黏膜与稀盐酸混合磨碎，制成提取液，
C．在第二次分裂完成后，形成的4个子细胞核中可能有2、3或4个 细胞含亲代DNA链 D．在第二次分裂完成后，形成的4个子细胞中未被标记的染色体的 条数从0到20条都有可能
C [在第一次细胞分裂中期，由于DNA半保留复制，所有的染色单 体都被标记，即1个细胞中被标记的染色单体条数是40，A错误；在 第二次细胞分裂中期，核DNA有40个，共80条链，不含BrdU的链 为20条，则其中被标记的DNA链所占的比例是3/4，B错误；亲代的 DNA链不含BrdU，在第二次分裂完成后，染色体随机移向细胞两 极，由于第一次分裂得到的两个细胞都含有亲代的DNA链，因此形 成的4个子细胞核中可能有2、3或4个细胞含亲代DNA链，C正确； 在第二次分裂完成后，由于DNA进行半保留复制，形成的4个子细 胞中都含有被标记的染色体，即形成的4个子细胞中未被标记的染 色体的条数是0，D错误。故选C。]
CO2中碳元素在光合作用中的转移途径CO2→C3→(CH2O)，C正
确；用18O分别标记H2O和CO2进行两组实验，一组提供H
18 2
O和
CO2，另一组提供H2O和C18O2供给同种植物，而非同时，D错误。
故选C。]
2．(2022·江苏苏州二模)同位素标记法是生物学研究的常用技术。
下列关于同位素的应用实例，说法正确的是( )
3．减数分裂时核DNA和染色体的标记情况分析 在减数分裂时，DNA复制一次，细胞连续分裂两次。如图是一次减 数分裂的结果(以一对同源染色体为例)。
2020届高考生物专项练习同位素标记在高中生物实验中的应用归类
答案：(1)复制开始时， 首先用含低放射性 3H-脱氧胸苷培养基培 养大肠杆菌， 一段时间后转移到含有高放射性 3H-脱氧胸苷的培养基 中继续培养，用放射自显影技术观察复制起点和复制起点两侧银颗粒 密度情况 (2)若复制起点处银颗粒密度低，一侧银颗粒密度高，则 DNA 分子复制为单向复制；若复制起点处银颗粒密度低，复制起点 的两侧颗粒密度高，则 DNA 分子复制为双向复制
个离心管中的条带是经密度梯度离心产生的， A 正确。 a 管中只有重
带，即 15N15N－ DNA ，表明该管中的大肠杆菌是在含 15NH 4Cl 的培养
液中培养的， B 错误。b 管中只有中带， 即 DNA 都是 15N14N—DNA ，
C
正确。 c
管中具有
1 2中带
(15N14N－
1 DNA) ，2轻带
3．(2019 ·株洲质检 )研究人员将含 14N－DNA 的大肠杆菌转移到 15NH 4Cl 培养液中， 培养 24 h 后提取子代大肠杆菌的 DNA 。将 DNA 热变性处理，即解开双螺旋，变成单链；然后进行密度梯度离心，管 中出现的两种条带分别对应下图中的两个峰， 则大肠杆菌的细胞周期 为( )
____________________________________________________。_ (2)为探究 T 2 噬菌体的遗传物质， 用放射性同位素标记的 T 2 噬菌 体侵染未被标记的大肠杆菌， 经短时间保温培养、 搅拌离心， 检测到 上清液中的放射性很低。 此组实验标记的元素是 ________，离心的目 的是 ____________________________________________________ ____________________________________________________。_ (3)科学家将 15N 标记的 DNA 分子 (15N15N－ DNA) 放到 14N 的培 养液中培养，让其复制三次。将亲代 DNA 和每次复制产物置于试管 进行离心，结果如图。其中代表复制两次后的分层结果是 ________(填 字母 )，理由是 __________________________________________ ____________________________________________________ ____________________________________________________。_ 解析： (1)抗体的化学本质是蛋白质，其基本组成单位是氨基酸，
同位素示踪法在高中生物中的应用归纳
同位素示踪法在高中生物中的应用归纳1同位素示踪法，是利用放射性核素作为示踪剂对研究对象进行标记的微量分析的方法。
常用的标记元素有：（1）14C:常用于标记CO2,葡萄糖，生长素等物质中的C，也可用与标记生长素的运输方向（2）18O：常用于标记光合作用和呼吸作用过程中的H2O,CO2，O2,葡萄糖等，（3）3H：经常用于标记核苷酸示踪DNA，RNA的分布（4）15N：常用于标记无机盐，示踪在自然界中的N循环，也可用来标记氨基酸等（5）32P:常用于标记核酸，标记含P的无机盐可示踪无机盐在植物体内的利用状况，也可用来标记DNA的复制情况（6）35S：标记蛋白质，在研究遗传的物质基础实验中标记噬菌体例11.陆生植物光合作用所需要的碳源，主要是空气中的C02，CO2主要是通过叶片气孔进入叶内。
陆生植物能不能通过根部获得碳源，且用于光合作用?请做出假设，且根据提供的实验材料，完成相关实验问题。
(1)假设为：。
(2)利用实验器材，补充相关实验步骤。
(3)方法和步骤：①；②；③对菜豆幼苗的光合作用产物进行检查。
结果预测和结论：。
该实验最可能的结果是，原因是。
答案 (1)陆生植物能通过根部获得碳源 (2)①把适量含有NaH14CO3，的营养液置于锥形瓶中，并选取生长正常的菜豆幼苗放入锥形瓶中②将上述装置放在温暖、阳光充足的地方培养③结果预测和结论：在光合作用产物中发现有14C，说明陆生植物能通过根部获得碳源，用于光合作用。
如果是在光合作用产物中没有发现14C，说明陆生植物不能通过根部获得碳源，用于光合作用。
最可能的结果和结论是：在光合作用产物中发现有14C，说明陆生植物能通过根部获得碳源，用于光合作用。
原因是陆生植物的根部可以吸收土壤中的CO2和碳酸盐，用于光合作用。
例2将植物细胞放在有3H标记的胸腺嘧啶脱氧核糖核苷酸存在的环境中，温育数小时。
然后收集细胞，粉碎并轻摇匀浆，进行分级离心以获得各种细胞结构。
放射性3H将主存在于（）A．核仁、质体和高尔基体 B．细胞核、核仁和溶酶体C．细胞核、核糖体和液泡 D．细胞核、线粒体和叶绿体例3 从某腺体的细胞中提取一些细胞器，放入含有14C氨基酸的培养液中，培养液中有这些细胞器完成其功能所需的物质和条件，连续取样测定标记的氨基酸在这些细胞器中的数量，下图中能正确描述的曲线是（）例4．用32P标记了水稻体细胞（含24条染色体）的DNA分子双链，再次这些细胞转入不含32P的培养基中培养，在第二次细胞分裂的中期、后期，一个细胞中的染色体总条数和被32P标记的染色体条数分别是（）A．中期24和12、后期48和12 B．中期24和12、后期48和24C．中期24和24、后期48和12 D．中期24和24、后期48和24 例5．用32P和35S分别标记噬菌体的DNA分子和蛋白质外壳，然后去侵染含31P与32S的细菌，待细菌解体后，子代噬菌体的DNA分子和蛋白质外壳（）A．少数含32P、大多数含31P和全部含32SB．只含31P和少数含32SC．少数含32P、大多数含31P和少数含35S、大多数含32SD．只含32P和大多数含35S。
热点专题7同位素标记法-2025年生物学高考总复习课件
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2.与荧光标记法的区别 (1)常用的荧光蛋白有绿色和红色两种：①绿色荧光蛋白(GFP)常用的是 来源于发光水母的一种功能独特的蛋白质，蓝光或近紫外光照射，发射 绿色荧光；②红色荧光蛋白来源于珊瑚虫，是一种与绿色荧光蛋白同源 的荧光蛋白，在紫外光的照射下可发射红色荧光。 (2)运用到荧光标记法的实验：①“细胞融合实验”：这一实验证明了细 胞膜的结构特点是具有一定的流动性；②“基因在染色体上的实验证 据”：通过现代分子生物学技术，运用荧光标记的手段，直接观察到某 一基因在染色体上的位置。
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【解析】蛋白质和DNA中都含有N，用15N标记的噬菌体并没有将蛋白质 和DNA分开，侵染未标记的大肠杆菌，探究控制生物性状的遗传物质时， 不能说明为DNA；胸腺嘧啶脱氧核苷酸只存在于DNA中，用15N或32P标 记的胸腺嘧啶脱氧核苷酸，可研究有丝分裂过程中DNA的复制方式；用 3H标记的亮氨酸注射到豚鼠的胰腺腺泡细胞中，带标记的亮氨酸能参与 蛋白质的合成，故能研究分泌蛋白的合成、加工和分泌过程；H2O和 CO2是光合作用的原料，用18O标记H2O、14C标记CO2，可分别研究光合 作用中O2的来源和C的转移途径。
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【解析】1941年鲁宾和卡门用氧的同位素18O分别标记H2O和CO2，证明 光合作用释放的氧气来自水；20世40年代，美国科学家卡尔文利用14C标 记CO2，探明了CO2转化成有机物的途径，这一途径就是卡尔文循环； 噬菌体侵染细菌的实验中，分别用32P和35S标记噬菌体，跟踪进入细菌内 的化学物质是蛋白质还是DNA，从而证明DNA是遗传物质；生物学家研 究患者遗传家系推测红绿色盲的遗传方式，没有使用同位素示踪技术。
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同位素标记法在高中生物教材中的应用及拓展
同位素标记法在高中生物教材中的应用及拓展作者：穆凯利宋丽艳来源：《高等教育》2016年第09期同位素标记法（isotopic tracer method）是利用放射性同位素作为示踪剂对研究对象进行标记的微量分析方法，可用于追踪物质的运行和变化规律。
用反射性同位素标记的化合物，化学性质不会改变。
科学家通过追踪放射性同位素标记的化合物，可以弄清楚化学反应的详细过程。
1、同位素示踪法基本原理和特点同位素示踪所利用的放射性核素（或稳定性核素）及它们的化合物，与自然界存在的相应普通元素及其化合物之间的化学性质和生物学性质是相同的，只是具有不同的核物理性质。
因此，就可以用同位素作为一种标记，制成含有同位素的标记化合物代替相应的非标记化合物。
利用放射性同位素不断地放出特征射线的核物理性质，就可以用核探测器随时追踪它在体内或体外的位置、数量及其转变等，稳定性同位素虽然不释放射线，但可以利用它与普通相应同位素的质量之差，通过质谱仪，气相层析仪，核磁共振等质量分析仪器来测定。
1.1 方法简便放射性测定不受其它非放射性物质的干扰，可以省略许多复杂的物质分离步骤，体内示踪时，可以利用某些放射性同位素释放出穿透力强的r射线，在体外测量而获得结果，这就大大简化了实验过程，做到非破坏性分析，随着液体闪烁计数的发展，14C和3H等发射软β射线的放射性同位素在医学及生物学实验中得到越来越广泛的应用。
1.2 定位定量准确放射性同位素示踪法能准确定量地测定代谢物质的转移和转变，与某些形态学技术相结合（如病理组织切片技术，电子显微镜技术等），可以确定放射性示踪剂在组织器官中的定量分布，并且对组织器官的定位准确度可达细胞水平、亚细胞水平乃至分子水平。
1.3 符合生理条件在放射性同位素实验中，所引用的放射性标记化合物的化学量是极微量的，它对体内原有的相应物质的重量改变是微不足道的，体内生理过程仍保持正常的平衡状态，获得的分析结果符合生理条件，更能反映客观存在的事物本质。
2020高考生物 实验素养提升4 同位素标记法
[技能必备]高中生物涉及的同位素的应用总结如下：实验目的标记物标记物转移情况实验结论研究光合作用过程中物质的利用H182O H182O→18O2光合作用的反应物H2O的O以O2的形式放出，CO2中的C用于合成有机物14CO214CO2→14C3→（14CH2O）探究生物的遗传物质亲代噬菌体中的32P（DNA）、35S（蛋白质）子代噬菌体检测到放射性32P，未检测到35SDNA是遗传物质验证DNA的复制方式亲代双链用15N标记亲代DNA→子一代DNA的一条链含15NDNA的复制方式为半保留复制生长素的极性运输含14C的生长素标记物放在形态学上端，在形态学下端可检测到标记物，反之不行生长素只能从植物体的形态学上端运输到形态学下端研究分泌蛋白的合成和分泌过程用3H标记的亮氨酸核糖体→内质网→高尔基体→细胞膜各种细胞器既有明确的分工，相互之间又协调配合探究DNA复制、转录的原料3H或15N（胸腺嘧啶脱氧核苷酸、尿嘧啶核糖核苷酸）标记的胸腺嘧啶脱氧核苷酸主要集中在细胞核，尿嘧啶核糖核苷酸主要集中在细胞质标记的胸腺嘧啶脱氧核苷酸用于合成DNA，尿嘧啶核糖核苷酸用于合成RNA[技能展示]1.图中a、b、c、d为细胞器，3H—亮氨酸参与图示过程合成3H—X。
据图分析，下列叙述正确的是（）A.葡萄糖在c中被彻底分解成无机物B.a、c中均能产生水C.c、b、d三种具膜细胞器在图中所示过程中可以通过囊泡发生联系D.3H—X通过细胞膜需要载体和ATP解析a、b、c、d分别是核糖体、内质网、线粒体和高尔基体。
葡萄糖不能直接在线粒体中分解成无机物，A错误；a中能发生氨基酸的脱水缩合，线粒体内膜上能进行需氧呼吸的第三阶段，都能产生水，B正确；在分泌蛋白的合成、加工和运输过程中，线粒体仅提供ATP，不与其他细胞器发生结构上的联系，C错误；分泌蛋白运出细胞膜的方式是胞吐，需要ATP但不需要载体，D错误。
答案 B2.下列哪项实验或研究成果没有运用同位素示踪技术（）A.光合作用过程产生的氧气中的氧来自水B.CO2中的碳经卡尔文循环转化成有机物中的碳C.噬菌体侵染细菌的实验证明DNA是遗传物质D.生物学家研究患者遗传家系推测红绿色盲的遗传方式解析1941年鲁宾和卡门用氧的同位素18O分别标记H2O和CO2，证明光合作用释放的氧气来自水，A项不符合题意；20世40年代，美国科学家卡尔文利用14C 标记CO2，探明了CO2转化成有机物的途径，这一途径就是卡尔文循环，B项不符合题意；噬菌体侵染细菌的实验中，分别用32P和35S标记噬菌体，跟踪进入细菌内的化学物质是蛋白质还是DNA，从而证明DNA是遗传物质，C项不符合题意；生物学家研究患者遗传家系推测红绿色盲的遗传方式，没有使用同位素示踪技术，D项符合题意。
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高中生物中用到同位素标记法的实验有放射性的同位素标记
追踪分泌蛋白的合成与分泌过程的实验
（囊泡）（囊泡）
（核糖体--->内质网--->高尔基体--->细胞膜）（线粒体提供能量）
证明光合作用中释放的氧全部来自于水的实验
鲁宾和卡门
证明光合作用中CO2中的碳元素的转化途径
（CO2--->C3----->(CH2O)+C5）
卡尔文
噬菌体侵染大肠杆菌的实验（证明DNA是遗传物质）
赫尔希和蔡斯
思路：设法将DNA与蛋白质区分开来，单独考察各自在遗传中的作用无放射性的同位素标记
证明DNA是半保留复制的实验
思路：设法将亲子与子代DNA分子区分开来。