同位素用于追踪物质运行和变化过程时，叫示踪元素。用示踪元素标记的化合物，化学性质不变。人们可以根据这种化合物的放射性，对有关的一系列化学反应进行追踪。这种科学研究方法叫同位素示踪法。生物学上常用放射性同位素作为示踪元素，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、反应机理等。用于示踪的放射性元素一般是构成细胞化合物的重要元素，如H、N、O、P、S
等。在高中生物学教材中有多处涉及到放射性同位素的应用，下面笔者对教材中的相关知识进行归纳例析。
1 光合作用和呼吸作用过程中特征元素的示踪
例1 一个密闭的透明玻璃容器内，放有绿色植物和小白鼠（小白鼠以植物为食），容器内供应O，每天给予充足的光照，一段时间后，绿色植物和小白鼠体内的有机物含O的情况是 （ ）
A．只在植物体内 B.植物和小白鼠体内均含有
C．只在小白鼠体内 D. 植物和小白鼠体内均无
解析 O在绿色植物体内的转移途径如下：
OHOCOCHO
绿色植物体内的CHO被动物摄食，通过同化作用转变成自身的有机物。因此，植物和小白鼠体内的有机物都含有O。
答案 B
2 研究C植物光合作用的途径
例2 在光照下，供给玉米离体叶片少量的CO，随着光合作用时间的延续，在光合作用固定CO形成C化合物与C化合物中，C含量变化示意图正确的是 （ ）
解析 用C标记CO来追踪C植物光合作用的途径：首先在C植物叶肉细胞叶绿体内CO与PEP相结合形成C化合物，然后C化合物进入维管束鞘细胞叶绿体并分解为CO和丙酮酸，CO与一个C化合物相结合，形成2个C化合物，C化合物被还原为CHO。因此放射性同位素在C植物光合作用过程中的转移途径为：
CO→C→C→CHO
所以C化合物先出现放射性，C化合物后出现放射性。由于含放射性标记的CO是少量的，所以C化合物的放射量达到一定量后，然后降低，逐渐转入C化合物和CHO中。
3 测定矿质元素在植物体内的分布和利用
例3 把菜豆幼苗放在含P的完全培养液中培养1h，测其放射性，发现幼苗各部分都含有P。然后将该幼苗转移到不含P的完全培养液中培养1h，再测定放射性。预计P在植株体内分布的变化最可能是 （ ）
A．P在下层叶中减少，幼嫩部分增加
B．P在下层叶中增加，幼嫩部分减少
C．P在下层叶中减少，幼嫩部分减少
D．P在下层叶中增加，幼嫩部分不变
解析 当培养液中缺乏某种可再度利用的必需矿质元素时，植物体内发生调节，即优先保证幼嫩组织的生长发育，老叶中的矿质元素转移到幼嫩组织中去，从而使老叶受到损害。
答案 A
4 研究细胞的生物膜在功能上的联系
例4 把胰腺细胞培养在含H标记的亮氨酸的培养液中，最后测得细胞分泌物中含有放射性的胰岛素。若用仪器追踪上述过程中放射性同位素在细胞结构中出现的先后顺序，最可能是 （ ）
① 线粒体 ②核糖体 ③中心体 ④内质网
⑤高尔基体 ⑥细胞膜 ⑦细胞核
A．①②④⑦⑥ B.⑥②④⑤⑥
C. ②③⑦④⑤ D.⑥②⑦④⑤
解析 将用放射性同位素标记的氨基酸，使其进入胰腺细胞，目的是为了了解细胞的分泌蛋白的合成、加工、运输和分泌的过程。根据细胞的生物膜系统及细胞的亚显微结构的功能可知，其过程为：细胞膜→核糖体→内质网→高尔基体→细胞膜。
5 研究原肠胚三个胚层的发育方向
例5 动物学家研究蛙的胚胎发育时，用C将囊胚植物半球的表面部分细胞作上标记，这些标记可能出现在蝌蚪的 （ ）
A．肝脏和胰脏 B．骨骼和肌肉
C．心脏和肾脏 D．大脑和小脑
解析 蛙的囊胚通过动物半球外包和植物半球内陷，形成了具有一孔（胚孔）、二腔（原肠腔、缩小的囊胚腔）、三胚层（外胚层、中胚层、内胚层）的原肠胚，内陷的植物半球形成了原肠胚的内胚层。其中外胚层将发育成神经系统、感觉器官、表皮及其附属结构；中胚层发育成骨骼、肌肉以及循环、排泄、生殖系统等；内胚层发育成肝、胰等腺体，以及呼吸道、消化道的上皮。
6 噬菌体侵染细菌实验
例6 用P和S标记噬菌体后，让其侵染细菌，繁殖一代后，在子代噬菌体的组成结构成分中，能够找到的放射性元素为（ ）
A．可在外壳中找到P和S B．可在DNA中找到P
C．可在外壳中找到S D．可在DNA找到P和S
解析 噬菌体是DNA病毒，P只能标记在噬菌体的DNA上，S只能标记在噬菌体的蛋白质外壳上。在噬菌体侵染细菌的过程中，只有DNA进入了细菌细胞，而蛋白质外壳没有进入，说明DNA具有连续性，是噬菌体的遗传物质，子代噬菌体的DNA和蛋白质外壳大都以细菌的成分为原料合成。所以在产生的子代噬菌体的结构成分中，只有子代噬菌体的DNA分子上带P，完全没有S。
7 DNA探针
例7 下列有关DNA探针的应用说法不正确的是 （ ）
A.可应用于疾病的诊断
B.可应用于环境监测
C．可应用于基因治疗
D.可快速灵敏地检测饮用水中病毒的含量
解析 基因诊断是用放射性同位素（P）、荧光分子等标记的DNA做探针，利用DNA分子杂交原理，鉴定被测标本上的遗传信息，达到检测疾病的目的。利用DNA探针可以检测遗传性疾病，如用苯丙氨酸羟化酶基因探针可以检测出苯丙酮尿症；利用DNA探针还可以快速灵敏地检测饮用水中病毒的含量；此外，DNA探针在环境监测等方面也得到了应用。而基因治疗是把健康的外源基因导入有基因缺陷的细胞中，达到治疗疾病的目的。不属于DNA探针的应用。
答案 C
8 证明DNA的复制是半保留复制
例8 将用P标记的一个双链DNA分子放入P的培养基中（DNA复制的其它条件均适宜），连续复制三代，其后代中含有P和P的DNA分子之比为 （ ）
A．1∶7 B．1∶8 C．1∶4 D．0∶8
解析 DNA分子的复制是半保留复制：复制过程中DNA的两条母链首先解旋，然后以解开的两条母链为模板，按照碱基互补配对原则，形成两条互补的子链，最后形成两个子代DNA分子，即每个子代DNA分子均含有一条母链。含P的DNA分子放在含P的培养基中培养，连续复制三代形成的子代DNA分子数为：2=8个，而含P的亲代DNA分子的两条母链只能进入两个子代DNA分子中（同时含有P），所以含P的DNA分子是2个，而含有P的DNA 分子是8个，它们的比例为2∶8，即1∶4。