生物学中的科学研究方法

生物学中的常用技术方法和科学研究方法
一、常用技术方法
(一)同位素标记法
同位素用于追踪物质的运行和变化规律。

用示踪元素标记的化合物，化学性质不会改变。

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做同位素标记法，也叫同位素示踪法。

可用于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。

如3H、14C、15N、18O、32P、35S等。

1.下图表示用3H-亮氨酸标记细胞内的分泌蛋白，追踪不同时间具有放射性的分泌蛋白颗料在细胞分布情况和运输过程。

其中正确的是
2.20世纪30年代，美国科学家鲁宾和卡门利用氧的同位素18O，分别标记水和二氧化碳，使它们分别成为H218O和C18O2，然后进行如下图所示的两组光合作用实验（容器中为一种低等绿色植物——小球藻悬液）。

下列说法正确的是
A. 两个装置，一个置于光下，一个置于暗处相同时间
B. 若两管在光下相同时间，甲管释放的氧气有放射性
C 有同学认为将通入CO2改成溶解2％NaHCO3会增加实验的可靠性
D. 该实验的目的是要证明光合作用需要CO2
3.20世纪40年代，美国科学家卡尔文，用标记的，供小球藻进行光合作用，最终探明了碳在光合作用过程中的转移途径为，这一途径称为。

4.如果用3H、15N、32P、35S标记噬菌体后，让其侵染细菌，在产生的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3H、15N、35S B．可在DNA中找到3H、15N、32P C．可在外壳中找到15N、35S D．可在DNA中找到15N、32P、35S 5．假设某大肠杆菌含14N的DNA的相对分子质量为a,若将其长期培养在含15N的培养基中便得到含15N的DNA，相对分子质量为b；现将含15N的
大肠杆菌再培养在14N的培养基中，子二代DNA的相对分子质量平均为
A．(a+b)/2 B．(a+b)/4
C．(3a+b)/4 D．(3b+a)/4
6．用放射性同位素分别标记U和T的培养基培养蚕
豆根尖分生区细胞，观察其有丝分裂周期为20小
时，根据这两种碱基被细胞利用的速率，绘制成的
曲线如右图所示。

下列对此结果的分析中，不正确
的是
A.b点时刻，细胞正大量合成RNA
B.d点时刻，细胞中DNA含量达到最高值
C.c-e阶段，细胞内最容易发生基因突变
D.处于a-c阶段的细胞数目较多
7.在一个密封的玻璃钟罩内，有绿色植物，并养有以此为食的小动物，罩内的O2 用18O 原子为标记，每天给予光照，若干时间后，18O 可在下列哪项自身有机物中出现
A．只在植物体中 B．动植物体内均有
C．只在动物体内 D．动植物体内均无
8. 科学家利用“同位素标记法”弄清了许多化学反应的详细过程．下列说法正确的是
A．用14C标记CO2最终探明了CO2中碳元素在光合作用中的转移途径
B．用18O标记H2O和CO2有力地证明了CO2是光合作用的原料
C．用15N标记核苷酸弄清了分裂期染色体形态和数目的变化规律
D．用35S标记噬菌体的DNA并以此侵染细菌证明了DNA是遗传物质
9.下图示意一种核酸分析方法，请据此分析回答有关问题
（1）被分析的材料应属于一条________链。

（2）如果选择性断开的位置是碱基G，那么随机出现的被标记片段应有________种，在电泳带上被分离的显示位置应有________处，在泳动方向最先端的片段应是________序列段，与图示泳动位置相比，在同样电泳条件下该片段应位于________的位置上。

（3）应用上述原理分析了某种未知序列核酸的一
条单链，结果如下图所示：
此结果说明，该核酸的碱基序列是：
P
(4)如果该片断来源于真核生物的DNA片断，能转录
的是基因的区
（二）荧光标记法。

同位素标记法和荧光标记法的区别：同位素标记法通常采用放射性同位素标记物质中的分子原子，荧光标记法通常是借助荧光分子来标记蛋白质。

一个是元素标记，另一个是分子标记。

1. 科学工作者用绿色和红色荧光染料，分别标记人和鼠的细胞膜上的蛋白质，然后将两个细胞融合成一个细胞。

起初，一半膜发绿色荧光，另一半膜发红色荧光。

一段时间后，两种颜色的荧光点均匀分布，如下图所示：
①该实验结果说明细胞膜____________，这是因为____________。

②若在两个细胞融合成一个细胞后，将融合细胞置于0℃条件下保持40分钟，则融合细胞仍是一半膜发绿色荧光，另
一半膜发红色荧光，这说明__
_。

2.现代分子生物学采用的测定基因在染色体上位置的方法是
A ．杂交法
B ．测交法
C ．荧光标记法
D ．X 射线衍射法
（三）差速离心法 用高速离心机在不同的转速下进行离心，利用不同的离心速度
所产生的不同离心力，就能将各种细胞细胞分开
1.在适当的条件下，研碎绿色植物的叶肉细胞，放入离心管中离心，并依次按
下图处理，根据P 1、P 2、P 3、P 4中所含成分回答下列问题：
（1）DNA 含量最多的是 。

合成蛋白质的结构存在于。

（2）给P 2照光有氧气生成，说明P 2中主要是。

（3）能把C 6H 12O 6彻底分解成CO 2和H 2O 并释放能量的是 。

（四）分子杂交技术： 根据某些物质分子之间特异性识别和结合的性质，利用已有的物质分子对未知
物质分子进行检测的技术。

1. 用某人的胰岛素基因制成的DNA 探针，检测下列物质，不能形成杂交分子的是，
A ．该人胰岛A 细胞中的DNA
B ．该人胰岛B 细胞的mRNA
C ．该人胰岛A 细胞的mRNA
D ．该人肝细胞的DNA
二．科学研究方法
（一）类比推理
根据两个对象之间有某些性质相同，从而推测它们的其他性质也相同的方法。

应当注意的是，类比推理的结论具有偶然性，可能是正确的，也可能是错误的，其
证实或证伪还需要通过观察或实验。

1.下列可以用类比推理法得出的是
A ．基因位于染色体上
B ．基因是DNA 的一段
C ．原生质层相当于半透膜
D ．DNA 复制是半保留复制
（二）假说演绎法
是指在观察和分析基础上提出问题以后，通过推理和想象提出解释问题的假
细胞壁、核物质磨碎的椭圆、形球棒状粒状
转移上清液上清液重复上清液再重
说，根据假说进行演绎推理，再通过实验检验演绎推理的结论。

一般过程：发现问题→提出假说→演绎推理→实验检验
1. 科学的研究方法是取得成功的关键，假说—演绎法和类比推理是科学研究中常用的方法。

下列研究过程中所采用的科学方法依次为：
①孟德尔的豌豆杂交实验，提出遗传因子解释现象②萨顿研究蝗虫的精子或卵细胞形成过程，提出“基因在染色体上”的假说③摩尔根进行果蝇杂交实验，找到基因在染色体上的实验证据
A．①假说—演绎法②假说—演绎法③类比推埋
B．①假说—演绎法②类比推理③类比推理
C．①假说—演绎法②类比推理③假说—演绎法
D．①类比推理②假说—演绎法③类比推理
2. (1)孟德尔运用假说-演绎法发现了遗传的两个基本规律。

在自由组合定律发现过程中,孟德尔在观察豌豆的实验时,提出了问题;通过严谨的推理和大胆的想象,提出了对进行解释的假说;并进行了演绎推理,巧妙地设计了实验,检验了演绎推理的结论。

其中孟德尔在自由组合定律中的演绎过程是。

(2)请用假说-演绎法对果蝇性状的遗传进行研究。

果蝇体表硬而长的毛称为刚毛。

在一个自然繁殖的直刚毛果蝇种群中,偶然出现了一只卷刚毛雄果蝇。

请回答下列问题。

①卷刚毛性状是如何产生和遗传的呢?有一种假说认为这是亲代生殖细胞中X 染色体上的基因发生显性突变,请尝试再写出两种假说: ；。

②已知这只卷刚毛雄果蝇与直刚毛雌果蝇杂交,F1全部表现为直刚毛,F1雌雄果蝇随机交配,F2的表现型及比例是直刚毛雌果蝇∶直刚毛雄果蝇∶卷刚毛雄果蝇=2∶1∶1,此时最合理的假说是 ,依据这一假说进行演绎推理,设计一个最简单的验证实验,实验设计思路是 ,请绘出验证实验的遗传图解(直刚毛和卷刚毛受等位基因A和a控制)。

（三）模型建构：
模型是人们为了某种特定的目的而对认识对象所作的一种简化的、概括性的描述,这种描述可以是定性的,也可以是定量的;有的借助于具体的实物或其他形象化的手段,有的则通过抽象的形式来表达.
所谓建模,就是要寻找变量之间的关系,构建模型,然后依据模型进行推导、计
算,做出预测、结论等。

模型一般可分为物理模型、数学模型和概念模型等。

①物理模型：是实物或图画形式直观地表达认识对象的特征。

如，人工制作或绘制的DNA分子双螺旋结构模型、真核细胞三维结构模型等。

生理过程模型也可看作是物理模型。

②数学模型：指的是用来描述系统或它的性质和本质的数学形式。

数学模型常见的表现形式有两种，分别是曲线和公式。

建立数学模型的一般步骤：观察研究对象，提出问题→提出假设→根据实验数据，用
适当的数学形式对事物的性质进行表达→通过进一步实验观察，对模型进行检验或修正。

1.“J”型增长曲线的模型假设是。

其模型是。

③概念模型：就是以概念图的形式直观地体现概念之间的关系。

可以是集合形
式，也可以是知识树形式。

它是一种以网络图的形式,用联系词把概念之间有意义的联系表示出来的图形,由概念、连线和联系词组成。

联系词和概念能表达一句话或一个观点。

概念图标注了概念间的具体联系,反映了具体事物与知识结构整体之间的关系以及具体事物、具体概念在结构中的位置和作用,促进了对知识结构的理解。

2. 下图表示细胞内某些有机物的元素组成和功能关系，其中A、B代表元素，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ是生物大分子，图中X、Y、Z、P分别为构成生物大分子的基本单位。

请回答下列问题：
(1)图中X是________，I在小麦种子中主要是指______________。

(2)图中Z是________，使用甲基绿、吡罗红混合染液染色，可使Ⅲ呈现________色。

(3)图中P的结构通式为________；写出由P形成Ⅳ时由小到大的三个结构层次______________。

(4)Ⅱ、Ⅲ充当遗传物质的是______________。

3. 蛋白质是生命活动的主要承担者。

下图表示有关蛋白质分子的简要概念图，对
图示分析不正确
．．．的是
肽键
A．a肯定含有N元素
B．①过程有水生成
C．多肽呈肽链结构，则多肽中b的数目等于c的数目和肽链数目之和
D．d表示氨基酸的多样性
3. 模型构建方法是现代科学方法的核心内容之一．下列不属于模型研究方法的是
A．J．D．Watson和F．Crick创建DNA分子的双螺旋结构
B．某生物兴趣小组成员利用计算机软件制作真核细胞的三维结构图
C．用光学显微镜观察并拍摄某植物细胞的显微结构图
D．某同学通过研究某种细菌繁殖不同时间段后产生的细菌细胞数目绘制成的曲线
（四）调查法
调查是科学探究常用的方法之一。

调查时首先要明确调查目的和调查对象，制订合理的调查方案（时间、地点、方法、记录表等）。

有时因为调查的范围很大，不可能逐个调查，就要选取一部分调查对象作为样本，即抽样调查。

调查过程中要如实记录。

对调查的结果要进行整理和分析，有时要用数学方法进行统计。

方法
①调查种群密度样方法和标志重捕法
②调查物种丰富度：调查植物物种的丰富度可以用样方法；调查土壤小动物的物种丰富度，常用取样器取样法的方法进行采集、调查，丰富度的统计方法一是记名计数法，二是目测估计法。

③调查遗传病的类型及发病率：
若要调查某种遗传病的遗传方式，应在患者家系中进行调查；
若要调查某种遗传病的发病率，应在人群中进行调查。

调查时，最好选择群体中发病率较高遗传病，进行调查。

△某种遗传病的发病率= 。

④对培养液中的酵母菌进行记数：
由于对一支试管中的酵母菌逐个计数是非常困难的，所以一般采用抽样检测的方法，进行计数。

1. 调查某草原田鼠数量时，在设置1公顷的调查区内放置100个捕鼠笼，一夜间捕获鼠a=32只，将捕获的鼠经标记在原地释放。

数日后，在同一地方再放置同样数量的捕鼠笼，这次工捕获b=30只，其中有上次标记过的个体c=10只，请回答下问：
（1）该地区田鼠种群个体数大约有只
A. 30只
B. 32只
C.64只
D.96只
(2）要使上面所计算的种群个体总数与实际相符，理论上在调查期必须满足的条件是
A.调查区内没有较多个体出生
B.有较多个体迁入调查区
C. 有较多个体迁出调查区
D.调查区内没有较多个体死亡
2．下列调查活动或实验中，计算所得数值与实际数值相比，可能偏小的是
A．标志重捕法调查灰喜鹊种群密度时标志物脱落
B．显微镜下计数酵母菌数量时只统计计数室方格内的菌体
C．样方法调查蒲公英种群密度时在分布较密的地区取样
D．调查某遗传的发病率时以患者家系为调查对象
3．下列调查活动或实验中，计算所得数值与实际数值相比，可能偏小的是
A.标志重捕法调查褐家鼠种群密度时标志物过于醒目
B.调查某遗传病的发病率时以患者家系为调查对象
C.样方法调查蒲公英种群密度时太密的部分不做为样方
D.用血球计数板计数酵母菌数量时统计方格内和在相邻两边上的菌体
4.科学方法是生物学研究的精髓之一．下列生物学研究所选择的方法中，正确的是 A．用样方法研究鼠等动物的种群密度时，应随机取样
B．采用标志重捕法调查土壤动物的丰富度时，应防止标志物脱落
C．用血球计数板计数酵母菌数量时，应统计方格内和四边上的菌体
D．用取样器取样法调查土壤小动物丰富度时，可以用目测估计法统计各种群的数量
6. 下面是在生物学研究过程中常用的调查方法，其中错误的是
A、用样方法调查某植物的种群密度
B、用标志重捕法调查蚯蚓的种群密度
C、用取样器取样法调查土壤中小动物的丰富度
D、显微计数板实际上就是微型的样方，常用于调查微生物的数量
三.实验方法
（一）对照、对比实验法、控制变量
除了一个因素外，其余因素都保持不变的实验是对照实验。

实验中，除了要观察的变量外，其他变量都应当始终保持相同。

目的都是探究某种因素与实验对象的关系。

变量是指实验过程中所被操纵控制的特定因素或条件
自变量：由人为改变的变量
因变量：由自变量引起的变化和结果
无关变量：除自变量外的影响实验现象或结果的因素或条件
①对照实验：设置对照组和实验组。

对照组是常态下的，结果是已知的，是感性上的认识或理论上公认的，起到一种衬托参照作用，目的是排除无关变量的干扰.增加实验的可信度。

实验组：结果是未知的，是需要研究的事物。

②对比实验：两个以上实验组，结果都是事先未知的。

1.将三组生理状态相同的某植物幼根分别培养在含有相同培养液的密闭培养瓶中，
A.有氧条件有利于该植物幼根对该离子的吸收
B.该植物幼根对该离子的吸收与温度的变化无关
C.氮气环境中该植物幼根细胞吸收该离子不消耗ATP
D.与空气相比，氮气环境有利于该植物幼根对该离子的吸收
2.为验证光是植物生长发育的必要条件，设计如下实验：选择生长状况一致的小麦幼苗200株，随机均分为实验组和对照组，分别处理并预期结果。

下面是关于实验组或对照组的处理方法和预期结果的几种组合，其中正确的是
①实验组②对照组③黑暗中培养④在光下培养⑤生长育好⑥生长不良
A、②③⑤
B、①③⑥
C、①④⑤
D、②④⑥
3. 在光合作用的探究历程中，未设置对照的是
A．用同位素标记法探究光合作用的生成物氧气中氧的来源
B．先暗处理再探究光合作用是否生成了淀粉
C．在黑暗和没有空气的地方用极光束照射水绵，探究光合作用进行的场所D．用同位素标记法探究光合作用中二氧化碳形成有机物的途径
4. 实验中的变量主要有自变量、因变量和无关变量．下列控制无关变量的操作错误的是
A．验证光合作用能产生淀粉的实验中，首先将实验植物做饥饿处理
B．探究唾液淀粉酶的最适pH的实验中，先将每一组温度控制在37℃
C．验证光合作用需要光照的实验中，将叶片的一半用黑纸包住
D．探究唾液淀粉酶最适温度的实验中，每一组都加入等量的淀粉
（二）预实验
1、通过预实验摸索自变量的数值范围
某校准备用迎春枝条作实验材料，探究生长素类似物影响扦插枝条生根的最适浓度。

材料用具：生长旺盛且相似的一年生迎春枝条若干、烧杯、量筒、培养皿、NAA、蒸馏水等。

（1）在老师指导下，兴趣小组先进行了探索实验，该实验被称为__________。

（2）实验结果如下图。

根据上图，设计进一步的实验，配制溶液的浓度范围应为______________，可见，兴趣小组实验的意义是______________________________________。

（3）兴趣小组的实验也要遵循生物实验的原则，在每个浓度下所用的枝条均为3个，这遵循了___________________________和___________________________原则。

（4）正式实验时，空白对照是必须的吗？______________。

2、通过预实验为正式实验选择最佳实验材料和实验用具
下图是有关物质扩散的图解。

要通过实验对渗透作用有一个较为清晰的认识。

下面是实验方案中给出的试剂、材料和用具。

小组要
根据实验目的选择出最佳材料和用具。

可供选择的溶液及试剂：①淀粉溶液②葡萄
糖溶液③蒸馏水④I2-KI溶液⑤少量班氏试剂
(班氏试剂能跨膜扩散，葡萄糖遇班氏试剂形成砖红
色沉淀)
可供选择的材料和用具：膀胱膜、卵壳膜、鱼膘、玻璃纸、透析袋；不同内径的有刻度移液管、长颈漏斗；烧杯；细线；试管夹。

1．试剂的选择
依据图中现象，观察渗透作用应选用______________、____________和
____________作为试验试剂，这样能使渗透作用充分显现。

2.材料的选择
（1）玻璃纸来源渠道窄,很难购买，透析袋价格昂贵，小组认为二者不宜用来做较大规模的正式实验。

（2）长颈漏斗下部口径大，结合（1），如果用长颈漏斗做实验，你认为哪一个供选半透膜材料较适宜？_____________。

(3)实验发现，选长颈漏斗做实验，除了实验材料选择具有局限性，长颈漏斗的玻璃管内径大、没有刻度,所以应选用_____________。

（4）鸡蛋膜作半透膜的装置现象最为明显，依据的主要观察指标是
________________________________。

3、通过预实验摸索正式实验时的最佳实验条件
某学校要开展探究不同浓度的IAA对富贵竹插条生根影响的实验。

（1）处理插条的方法有蘸沾法和________________________.
（2）如果选用蘸沾法，在预实验中要摸索出不同浓度下的处理_____________。

（3）哪种方法更利于结果的统计？
A．水培法 B．沙培法 C．土培法
（4）如选用水培法，浸泡的深度也会影响生根，要通过预实验摸索出广口瓶中的________________。

(5)这是某班正式实验时得到的实验结果：
可以推断出，预实验所用的观察指标是_____________________,观察时间规律是
________________________________.
4.通过预实验保证正式实验时准确控制无关变量
下列哪些因素需要通过预实验来探究
A．IAA促进垂柳扦插枝条生根实验中枝条上芽的数量
B．NAA促进扦插枝条生根实验中富贵竹上叶的数量
C．探究光照强度对藻类植物光合作用影响时溶液中的NaHCO3浓度
D．观察重力对植物生长方向影响的实验中光照的有无
四.研究群落、生态系统
1.利用生态系统中物质循环和能量流动的原理,走“可持续发展”道路是人类的必然选择｡下图是某人工鱼塘生态系统能量流动图解(能量单位为:J·cm-2·a-1)｡
请回答:
（1）生态系统的结构包
括。

（2）图中A代表____ ___,为保证各营养级都有较高的输
出量,随营养级的升高,输入的有机物应增多,原因是___
____ ｡
（3）该生态系统中生产者固定的总能量是_____ ___J·cm-2·a-1,其中第一营养级
到第二营养级的传递效率约为___ ___｡
（4）由于某种因素使得植食动物短时间内大量减少，但一段时间后又恢复到原来
水平，说明生态系统具有___ __能力,其基础为_ __ __｡
（5）若此人工生态鱼塘是专为集中保护、繁育国家一级保护动物扬子鳄而建，此
种保护方式属于生物多样性保护的。

（6）生物多样性的内容包
括：、、。

综合题
1. 下列关于科学实验及方法的叙述中正确的是
A．运用差速离心法，可以将细胞中各种细胞器和化合物分离开来
B．沃森和克里克研究DNA分子结构时，运用了构建数学模型的方法
C．孟德尔运用假说一演绎法发现并提出了生物的遗传定律
D．在探究遗传物质的实验中，格里菲思运用了放射性同位素标记法
2. 科学的研究方法是取得成功的关键，假说-演绎法和类比推理是科学研究中常用
的方法。

下面是人类探明基因神秘踪迹的历程：
①孟德尔的豌豆杂交实验：提出遗传因子（基因）②萨顿研究蝗虫的精子和卵细
胞形成过程中提出假说：基因在染色体上③摩尔根进行果蝇杂交实验：找到基因
在染色体上的实验证据他们在研究的过程所使用的科学研究方法依次为 A．①
假说——演绎法②假说-演绎法③类比推理
B．①假说——演绎法②类比推理③类比推理
C．①假说——演绎法②类比推理③假说-演绎法
D．①类比推理②假说——演绎法③类比推理
6.下列关于科学史中研究方法和生物实验方法的叙述中，有几项正确（）
①研究光合作用的反应过程和噬菌体侵染细菌实验--同位素标记法
②萨顿假说和摩尔根果蝇杂交实验--类比推理法
③孟德尔豌豆杂交实验提出遗传定律--假说一演绎法
④DNA双螺旋结构的发现和研究某种群数量变化规律--模型建构法
⑤探究酵母菌细胞呼吸方式--对比实验法
⑥分离各种细胞器和叶绿体中色素的分离--差速离心法．
A．二项 B．三项 C．四项 D．五项。