一種演示細胞分裂的教學模型的制作方法
【專利摘要】一種演示細胞分裂的教學模型，由柔性透明染色體磁性模型、同源染色體交叉互換模型、細胞分裂伸縮繩模型構成。柔性透明染色體磁性模型，用于演示有絲分裂、減數(shù)分裂過程中染色體、染色單體、DNA、基因行為關系，演示減數(shù)分裂與遺傳基本定律關系，以及演示染色體數(shù)目及結構變異；同源染色體交叉互換模型，用于演示減數(shù)分裂四分體時期交叉互換的同源染色體交叉互換模型；細胞分裂伸縮繩模型，用于演示動物細胞分裂過程中，細胞膜中部凹陷、縊裂，以及演示植物細胞分離末期細胞板擴展為細胞壁，使細胞一分為二的動態(tài)變化過程。
【專利說明】
一種演示細胞分裂的教學模型
技術領域
[0001]本發(fā)明屬于生物教學模型領域，尤其是一種可以演示有絲分裂和減數(shù)分裂過程中染色體形態(tài)結構、動態(tài)變化，演示染色體與(DNA)基因的行為關系，說明減數(shù)分裂與遺傳規(guī)律關系，演示細胞分裂末期細胞質分裂、無絲分裂過程中細胞膜、細胞核縊裂的動態(tài)教學模型。
【背景技術】
[0002]教學中，細胞的有絲分裂和減數(shù)分裂中，染色體的形態(tài)結構、行為變化，染色體與染色單體，染色體與DNA數(shù)量的關系，減數(shù)分裂與遺傳基本定律的關系，是教學中的重難點內容。據(jù)有關資料查閱，現(xiàn)有染色體模型和細胞分裂(包括有絲分裂和減數(shù)分裂)模型，主要存在以下問題:
一、現(xiàn)有染色體結構模型多數(shù)是用細鐵絲、塑料片、木片、陶土等硬質材料制成，缺乏柔韌性，這與活細胞中染色體具有的柔韌性不相符合，硬質材料制成的染色體不能形象地演示染色體在紡錘絲的牽引下著絲點在前、染色體臂托在后方的動態(tài)變化，許多染色體模型不能重復、長久使用；
二、現(xiàn)有染色體結構模型，不能演示減數(shù)分裂的四分體時期同源染色體的非姊妹染色單體之間的交叉互換導致基因重組現(xiàn)象;現(xiàn)有的染色體模型未能明顯呈現(xiàn)染色體、DNA和基因的平行關系，因而難以演示減數(shù)分裂與三大遺傳定律之間的關系；
三、現(xiàn)有細胞分裂模型重在演示細胞分裂過程中細胞核中染色體的變化，對于動物細胞分裂后期由于細胞膜中部凹陷使細胞縊裂為兩個細胞，以及植物細胞分裂末期赤道板附近出現(xiàn)細胞板擴展為新的細胞壁的演示模型未見報道；
四、現(xiàn)有細胞分裂模型一般作為教具供教師使用，由于限量配置，不能滿足全體學生自主、合作、探究學習的需要，不能充分體現(xiàn)以學生為主體的教學理念，不利于學生生物學核心科學素養(yǎng)和創(chuàng)新精神和實踐能力的培養(yǎng)。

【發(fā)明內容】

[0003]為解決上述問題，本發(fā)明提供用于生物教學中的有絲分裂、減數(shù)分裂與遺傳規(guī)律關系教學具來突破這些難點。
[0004]本發(fā)明解決技術問題的技術方案是:本套教具由柔性透明染色體模型(3對常染色體、I對性染色體)、交叉互換染色體模型、細胞分裂伸縮繩、中心體、帶有英文字母(基因)的粘性貼紙和磁性白板組成。
[0005]柔性透明染色體模型制作。每條染色體模型由透明、有色、具有彈性的一段硅膠管制成，3對常染色體大小形狀相同，I對性染色體大小不同，顏色不同代表來源不同；每條染色體的中部有I個扁圓形磁鐵代表著絲粒，扁圓形磁鐵可以向兩端移動，代表不同種類的染色體，2個短柱形磁鐵位于硅膠管的兩端，為防止染色體間異性磁極互聯(lián)，兩端的短柱形磁鐵統(tǒng)一N極朝外，S極朝里，兩端留有一段空隙，確保染色體可以吸附在磁性白板上，每條染色體中裝有用2根黑色塑料編織繩擰成的雙螺旋狀的一個DNA分子。
[0006]交叉互換染色體模型制作。交叉互換染色體模型由一對中號中間著絲點的同源染色體和交叉互換組件構成。中號中間著絲點同源染色體制作，除兩端的短柱形磁鐵外端與染色體末端平齊外，其他結構同上述染色體模型。交叉互換組件的制作:選擇與一對中號同源染色體相同規(guī)格、顏色的軟管，截取約為該中號染色體1/3長度的軟管，管內裝入黑色塑料繩制作的雙鏈DNA分子，靠近硅膠管的一端裝有短柱狀磁鐵，磁鐵的S極朝外，以便與上述中號染色體的兩端相連，用于演示同源染色體的非姐妹染色單體之間的交叉互換。
[0007]細胞分裂伸縮繩的制作。細胞分裂伸縮繩(細胞分裂輪廓繩)分成4段，每段細胞分裂伸縮繩由套在一起的2根伸縮塑料軟管構成，拉伸前長40cm，拉伸長度60cm，每段伸縮繩兩端各固定一粒直徑Icm的短柱狀磁鐵。
[0008]中心體的制作。將2個柱性磁鐵插入兩段硅膠管，相互垂直吸附在一起，代表I組中心體。
[0009]本發(fā)明模擬細胞的有絲分裂過程、減數(shù)分裂過程、受精作用以及無絲分裂的動態(tài)變化過程;模擬演示減數(shù)分裂與基因分離定律、自由組合定律、連鎖互換定律之間的關系，有助于理解染色體、染色單體、同源染色體、四分體、交叉互換等重要概念，理解染色體、染色單體、DNA、基因之間的關系，構建有絲分裂、無絲分裂、減數(shù)分裂與遺傳定律的概念模型，為高中生物教學提供一款新穎、使用廣泛的教學具。
【附圖說明】
[0010]圖1、柔性透明染色體模型；
圖2、柔性透明染色體模型；
圖3、同源染色體交叉互換模型；
圖4、細胞分裂伸縮繩；
圖5、有絲分裂模擬演示示意圖。
[0011 ]圖中:1、圓柱形磁鐵，2、雙鏈DNA分子，3、著絲點，4、染色體臂，5、6、姐妹染色單體，
7、8、姐妹染色單體，10、11、12、磁鐵，13、交叉互換的染色體短壁，14、內塑料軟管，15、外塑料軟管，16、外觀上滑動槽，17、滑動釘，18、短柱狀磁鐵，19、中心體，20、染色體，A與a、8與匕是2對等位基因，C、D、E和F是一段細胞分裂伸縮繩。
【具體實施方式】
[0012]為使本發(fā)明的技術方案更加清楚明白，下面結合附圖具體實施例對本發(fā)明作進一步說明。
[0013]本發(fā)明由帶有DNA、基因的染色體形態(tài)結構模型(見圖1-2)，演示四分體時期交叉互換的同源染色體模型，演示動物細胞有絲分裂過程中細胞膜縊裂、植物細胞分裂壁及分裂末期細胞板擴展為細胞壁，以及演示細胞無絲分裂的細胞分裂伸縮繩組成。
[0014]應用一、演示染色體的形態(tài)結構，染色體、染色單體、DNA(基因)的關系:
(a)利用未復制的染色體可演示染色體由I個著絲點和臂組成，可看到一條染色體有I個雙鏈DNA分子，DNA分子上有許多個基因(如A或a)(見圖1);
(b)利用復制過的染色體可演示I條染色體有I個著絲點(2個著絲粒)，帶有2個姐妹染色單體，含有2個DNA分子(見圖2)。
[0015]應用二、模擬演示真核細胞有絲分裂和減數(shù)分裂過程中染色體行為的動態(tài)變化和染色體、染色單體、DNA的數(shù)量變化(以動物細胞2N=4為例，減數(shù)分裂以精子形成為例):
(a)演示有絲分裂和減數(shù)第一次分裂間期染色體的復制。將2段細胞分裂伸縮繩吸附在磁性白板上，展開成圓形，使得首位相連的2對磁鐵，位于赤道板兩側，代表細胞膜;把2組中心體放在細胞一端;把2對未復制的同源染色體隨意放在細胞內，將大小、形狀、顏色相同的染色體的著絲點相連，形成復制的染色體；
(b)演示分裂前期染色體行為變化。有絲分裂前期，一組中心體位置不動，另一組移向另一極。有絲分裂前期，將2對同源染色體隨機分散排列。減I前期，將同源染色體兩兩配對，形成四分體。減Π前期染色體減半，2條非同源染色體隨機排列；
(c)演示分裂中期染色體行為變化。有絲分裂中期，將2對同源染色體移到赤道板位置，使得每條染色體的著絲點整齊地排列在赤道板上。減I中期，四分體排列在赤道板上。減Π中期2條非同源染色體排列在赤道板上；
(d)演示分裂后期染色體行為變化。有絲分裂后期，一人用兩只手的拇指和食指分別捏住在磁性白板上的每條染色體上的2條染色單體的著絲粒，向細胞兩極方向拉開，使著絲點一分為二，2條染色單體分離成為2條染色體，移向細胞兩極；同時，另一人兩手向內推動細胞分裂伸縮繩兩側的兩對磁鐵，使細胞膜中部凹陷。減I后期，用兩只手的拇指和食指分別捏住在磁性白板上2條同源染色體的著絲點，向細胞兩極方向拉開，此時同源染色體分離，非同源染色體自由組合，移向細胞兩極；同時，另一人兩手向內推動細胞分裂伸縮繩兩側的兩對磁鐵，使細胞膜中部凹陷。減Π后期，2條非同源染色體的著絲點一分為二，同時，另一人兩手向內推動細胞分裂伸縮繩兩側的兩對磁鐵，使細胞膜中部凹陷；
(e)演示分裂末期染色體行為變化。有絲分裂末期、減I末期、減Π末期，兩手向內推動細胞分裂伸縮繩兩側的兩對磁鐵接觸，然后使兩根細胞分裂伸縮繩之間的磁鐵分開，將每根細胞分裂伸縮繩的兩端磁鐵相連，演示動物細胞分裂末期細胞膜中部凹陷縊裂，I個母細胞分成2個子細胞的動態(tài)變化過程；
(f)演示卵細胞形成與精子形成的區(qū)別。演示卵細胞形成時，在四根首位相連細胞分裂伸縮繩中，位于上面的兩根細胞分裂伸縮繩短，下面兩根細胞分裂伸縮繩長(將2根細胞分裂伸縮繩拉長)，以便演示減I后期和次級卵母細胞減Π后期，細胞膜從一端凹陷、縊裂的動態(tài)變化過程；
(g)演示植物細胞與動物細胞有絲分裂的區(qū)別。演示植物細胞的有絲分裂時，將兩短、兩長四根細胞分裂伸縮繩拉直，首尾相連，構成長方形的細胞壁，分離末期，用一根短的細胞分裂伸縮繩放在赤道板位置作為細胞板，拉長擴展為細胞壁，演示一個母細胞分裂成兩個子細胞的過程。植物細胞無中心體，前期，可以在磁性白板上用彩色水筆由細胞兩極畫出紡錘絲，形成紡錘體。
[0016]應用三、演示細胞的無絲分裂(以蛙的紅細胞無絲分裂為例):
(a)用2根長的細胞分裂伸縮繩首尾相連，在磁性白板上擺成圓形，代表蛙的紅細胞膜;用2根短的細胞分裂伸縮繩首尾相連擺成圓形，代表蛙的紅細胞核膜，放在細胞中央，使內圓的2對磁鐵與外圓的2對磁鐵位于一條線上；
(b)演示細胞核分裂時，用手由外向內推動內圓的2對磁鐵，使細胞核中部凹陷，然后縊裂為2個細胞核；同時，用手由外向內推動外圓的2對磁鐵，使細胞膜中部凹陷，然后縊裂為2個細胞，每個細胞中各含有I個新的細胞核。
[0017]應用四、演示減數(shù)分裂與遺傳基本定律的關系:
(a)演示基因分離定律和自由組合定律(以基因型AaBb的動物個體為例):將帶有A和a的一對等位基因的粘性貼貼在一對同源染色體上，將帶有B和b的另一對等位基因的粘性貼貼在另一對同源染色體上，間期復制的結果，每條染色體上形成兩條姐妹染色單體，基因加倍;減I的后期同源染色體分離，等位基因A與a分離，B與b分離(基因分離規(guī)律的基礎)，非同源染色體自由組合，引起非等位基因自由組合(基因的自由組合定律的基礎)；減數(shù)第二次分裂后期，著絲點一分為二，姐妹染色單體分離，相同基因(A與A，B與B)分離；
(b)演示基因的連鎖互換定律(以兩對等位基因A與a，B與b位于一對同源染色體上的個體為例):使用染色體交叉互換模型，將兩對等位基因A與a，B與b的粘性貼貼在位于一對同源染色體上，使得等位基因A與a位于一對同源染色體著絲點以上的姐妹染色單體的相同位點上，使得B與b位于同一對同源染色體著絲點以下用于交叉互換的姐妹染色單體的相同位點上;將上述標記號等位基因的一對用于交叉互換的同源染色體吸附在磁性白板上，使得相鄰的兩條非姐相互交叉，互換帶有B和b的相同片段，重新與非姐妹染色單體連接，完成一次交出互換，繼續(xù)完成減數(shù)分裂過程，看到由于交叉互換導致的基因重組，產生AB、Ab、aB、ab四種配子。
[0018]以上所述，僅為本發(fā)明的較佳實施例，當不能限定本發(fā)明的實施范圍，即凡是依本發(fā)明專利權利要求所做的均等變化與修飾等，皆應仍屬于本發(fā)明專利的涵蓋范圍意圖所保護的范疇。
【主權項】
1.一種演示細胞分裂的教學模型，其特征在于:由柔性透明染色體磁性模型、同源染色體交叉互換模型、細胞分裂伸縮繩模型構成;其中，柔性透明染色體磁性模型用于演示有絲分裂、減數(shù)分裂過程中染色體、染色單體、DNA、基因行為關系，演示減數(shù)分裂與遺傳基本定律關系，以及演示染色體數(shù)目及結構變異；同源染色體交叉互換模型用于演示減數(shù)分裂四分體時期交叉互換的同源染色體交叉互換模型;細胞分裂伸縮繩模型用于演示動物細胞分裂過程中，細胞膜中部凹陷、縊裂，以及演示植物細胞分離末期細胞板擴展為細胞壁，使細胞一分為二的動態(tài)變化過程。2.根據(jù)權利要求1所述的一種演示細胞分裂的教學模型，其特征在于:所述柔性透明染色體磁性模型，由透明、有色、具有彈性的一段軟管制成，染色體的中部有I個扁圓形磁鐵代表著絲粒，扁圓形磁鐵能夠向兩端移動，軟管的兩端各有一個短柱形磁鐵，每條染色體中有2根黑色塑料繩擰成雙螺旋狀的DNA分子，染色體上可以粘貼一個或多個由英文字母代表的基因。3.根據(jù)權利要求1所述的一種演示細胞分裂的教學模型，其特征在于:交叉互換染色體模型由一對中號中間著絲點同源染色體和四個交叉互換配件組成，每一個交叉互換配件能夠通過磁鐵與一對中號同源染色體任意一條染色單體的兩端相連;染色體臂上及交叉互換配件能夠粘貼一個或兩個以上由英文字母代表的基因。4.根據(jù)權利要求1所述的一種演示細胞分裂的教學模型，其特征在于:所述的細胞分裂伸縮繩模型分成四段，每段細胞分裂伸縮繩由套在一起的2根能夠伸縮的塑料軟管構成，每段伸縮繩兩端各固定一粒短柱狀磁鐵能夠吸附在磁性白板上，細胞分裂伸縮繩能夠伸長、縮短、變形。5.根據(jù)權利要求1所述的一種演示細胞分裂的教學模型，其特征在于:所述柔性透明染色體磁性模型為具有兩個以上，有大小兩種規(guī)格，每種規(guī)格有兩種顏色。6.根據(jù)權利要求3所述的一種演示細胞分裂的教學模型，其特征在于:所述中號中間著絲點同源染色體和交叉互換配件為兩個以上，各有兩種顏色。7.根據(jù)權利要求1所述的一種演示細胞分裂的教學模型，其特征在于:細胞分裂伸縮繩模型有多根，每根的長短、粗細能夠變化，顏色為一種或兩種以上。
【文檔編號】G09B23/38GK105825753SQ201610326502
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2016年5月17日
【發(fā)明人】郭士安, 李鵬, 張寒鳳
【申請人】郭士安