一种演示细胞分裂的教学模型的制作方法
【专利摘要】一种演示细胞分裂的教学模型，由柔性透明染色体磁性模型、同源染色体交叉互换模型、细胞分裂伸缩绳模型构成。柔性透明染色体磁性模型，用于演示有丝分裂、减数分裂过程中染色体、染色单体、DNA、基因行为关系，演示减数分裂与遗传基本定律关系，以及演示染色体数目及结构变异；同源染色体交叉互换模型，用于演示减数分裂四分体时期交叉互换的同源染色体交叉互换模型；细胞分裂伸缩绳模型，用于演示动物细胞分裂过程中，细胞膜中部凹陷、缢裂，以及演示植物细胞分离末期细胞板扩展为细胞壁，使细胞一分为二的动态变化过程。
【专利说明】
一种演示细胞分裂的教学模型
技术领域
[0001]本发明属于生物教学模型领域，尤其是一种可以演示有丝分裂和减数分裂过程中染色体形态结构、动态变化，演示染色体与(DNA)基因的行为关系，说明减数分裂与遗传规律关系，演示细胞分裂末期细胞质分裂、无丝分裂过程中细胞膜、细胞核缢裂的动态教学模型。
【背景技术】
[0002]教学中，细胞的有丝分裂和减数分裂中，染色体的形态结构、行为变化，染色体与染色单体，染色体与DNA数量的关系，减数分裂与遗传基本定律的关系，是教学中的重难点内容。据有关资料查阅，现有染色体模型和细胞分裂(包括有丝分裂和减数分裂)模型，主要存在以下问题:
一、现有染色体结构模型多数是用细铁丝、塑料片、木片、陶土等硬质材料制成，缺乏柔韧性，这与活细胞中染色体具有的柔韧性不相符合，硬质材料制成的染色体不能形象地演示染色体在纺锤丝的牵引下着丝点在前、染色体臂托在后方的动态变化，许多染色体模型不能重复、长久使用；
二、现有染色体结构模型，不能演示减数分裂的四分体时期同源染色体的非姊妹染色单体之间的交叉互换导致基因重组现象;现有的染色体模型未能明显呈现染色体、DNA和基因的平行关系，因而难以演示减数分裂与三大遗传定律之间的关系；
三、现有细胞分裂模型重在演示细胞分裂过程中细胞核中染色体的变化，对于动物细胞分裂后期由于细胞膜中部凹陷使细胞缢裂为两个细胞，以及植物细胞分裂末期赤道板附近出现细胞板扩展为新的细胞壁的演示模型未见报道；
四、现有细胞分裂模型一般作为教具供教师使用，由于限量配置，不能满足全体学生自主、合作、探究学习的需要，不能充分体现以学生为主体的教学理念，不利于学生生物学核心科学素养和创新精神和实践能力的培养。
【发明内容】
[0003]为解决上述问题，本发明提供用于生物教学中的有丝分裂、减数分裂与遗传规律关系教学具来突破这些难点。
[0004]本发明解决技术问题的技术方案是:本套教具由柔性透明染色体模型(3对常染色体、I对性染色体)、交叉互换染色体模型、细胞分裂伸缩绳、中心体、带有英文字母(基因)的粘性贴纸和磁性白板组成。
[0005]柔性透明染色体模型制作。每条染色体模型由透明、有色、具有弹性的一段硅胶管制成，3对常染色体大小形状相同，I对性染色体大小不同，颜色不同代表来源不同；每条染色体的中部有I个扁圆形磁铁代表着丝粒，扁圆形磁铁可以向两端移动，代表不同种类的染色体，2个短柱形磁铁位于硅胶管的两端，为防止染色体间异性磁极互联，两端的短柱形磁铁统一N极朝外，S极朝里，两端留有一段空隙，确保染色体可以吸附在磁性白板上，每条染色体中装有用2根黑色塑料编织绳拧成的双螺旋状的一个DNA分子。
[0006]交叉互换染色体模型制作。交叉互换染色体模型由一对中号中间着丝点的同源染色体和交叉互换组件构成。中号中间着丝点同源染色体制作，除两端的短柱形磁铁外端与染色体末端平齐外，其他结构同上述染色体模型。交叉互换组件的制作:选择与一对中号同源染色体相同规格、颜色的软管，截取约为该中号染色体1/3长度的软管，管内装入黑色塑料绳制作的双链DNA分子，靠近硅胶管的一端装有短柱状磁铁，磁铁的S极朝外，以便与上述中号染色体的两端相连，用于演示同源染色体的非姐妹染色单体之间的交叉互换。
[0007]细胞分裂伸缩绳的制作。细胞分裂伸缩绳(细胞分裂轮廓绳)分成4段，每段细胞分裂伸缩绳由套在一起的2根伸缩塑料软管构成，拉伸前长40cm，拉伸长度60cm，每段伸缩绳两端各固定一粒直径Icm的短柱状磁铁。
[0008]中心体的制作。将2个柱性磁铁插入两段硅胶管，相互垂直吸附在一起，代表I组中心体。
[0009]本发明模拟细胞的有丝分裂过程、减数分裂过程、受精作用以及无丝分裂的动态变化过程;模拟演示减数分裂与基因分离定律、自由组合定律、连锁互换定律之间的关系，有助于理解染色体、染色单体、同源染色体、四分体、交叉互换等重要概念，理解染色体、染色单体、DNA、基因之间的关系，构建有丝分裂、无丝分裂、减数分裂与遗传定律的概念模型，为高中生物教学提供一款新颖、使用广泛的教学具。
【附图说明】
[0010]图1、柔性透明染色体模型；
图2、柔性透明染色体模型；
图3、同源染色体交叉互换模型；
图4、细胞分裂伸缩绳；
图5、有丝分裂模拟演示示意图。
[0011 ]图中:1、圆柱形磁铁，2、双链DNA分子，3、着丝点，4、染色体臂，5、6、姐妹染色单体，
7、8、姐妹染色单体，10、11、12、磁铁，13、交叉互换的染色体短壁，14、内塑料软管，15、外塑料软管，16、外观上滑动槽，17、滑动钉，18、短柱状磁铁，19、中心体，20、染色体，A与a、8与匕是2对等位基因，C、D、E和F是一段细胞分裂伸缩绳。
【具体实施方式】
[0012]为使本发明的技术方案更加清楚明白，下面结合附图具体实施例对本发明作进一步说明。
[0013]本发明由带有DNA、基因的染色体形态结构模型(见图1-2)，演示四分体时期交叉互换的同源染色体模型，演示动物细胞有丝分裂过程中细胞膜缢裂、植物细胞分裂壁及分裂末期细胞板扩展为细胞壁，以及演示细胞无丝分裂的细胞分裂伸缩绳组成。
[0014]应用一、演示染色体的形态结构，染色体、染色单体、DNA(基因)的关系:
(a)利用未复制的染色体可演示染色体由I个着丝点和臂组成，可看到一条染色体有I个双链DNA分子，DNA分子上有许多个基因(如A或a)(见图1);
(b)利用复制过的染色体可演示I条染色体有I个着丝点(2个着丝粒)，带有2个姐妹染色单体，含有2个DNA分子(见图2)。
[0015]应用二、模拟演示真核细胞有丝分裂和减数分裂过程中染色体行为的动态变化和染色体、染色单体、DNA的数量变化(以动物细胞2N=4为例，减数分裂以精子形成为例):
(a)演示有丝分裂和减数第一次分裂间期染色体的复制。将2段细胞分裂伸缩绳吸附在磁性白板上，展开成圆形，使得首位相连的2对磁铁，位于赤道板两侧，代表细胞膜;把2组中心体放在细胞一端;把2对未复制的同源染色体随意放在细胞内，将大小、形状、颜色相同的染色体的着丝点相连，形成复制的染色体；
(b)演示分裂前期染色体行为变化。有丝分裂前期，一组中心体位置不动，另一组移向另一极。有丝分裂前期，将2对同源染色体随机分散排列。减I前期，将同源染色体两两配对，形成四分体。减Π前期染色体减半，2条非同源染色体随机排列；
(c)演示分裂中期染色体行为变化。有丝分裂中期，将2对同源染色体移到赤道板位置，使得每条染色体的着丝点整齐地排列在赤道板上。减I中期，四分体排列在赤道板上。减Π中期2条非同源染色体排列在赤道板上；
(d)演示分裂后期染色体行为变化。有丝分裂后期，一人用两只手的拇指和食指分别捏住在磁性白板上的每条染色体上的2条染色单体的着丝粒，向细胞两极方向拉开，使着丝点一分为二，2条染色单体分离成为2条染色体，移向细胞两极；同时，另一人两手向内推动细胞分裂伸缩绳两侧的两对磁铁，使细胞膜中部凹陷。减I后期，用两只手的拇指和食指分别捏住在磁性白板上2条同源染色体的着丝点，向细胞两极方向拉开，此时同源染色体分离，非同源染色体自由组合，移向细胞两极；同时，另一人两手向内推动细胞分裂伸缩绳两侧的两对磁铁，使细胞膜中部凹陷。减Π后期，2条非同源染色体的着丝点一分为二，同时，另一人两手向内推动细胞分裂伸缩绳两侧的两对磁铁，使细胞膜中部凹陷；
(e)演示分裂末期染色体行为变化。有丝分裂末期、减I末期、减Π末期，两手向内推动细胞分裂伸缩绳两侧的两对磁铁接触，然后使两根细胞分裂伸缩绳之间的磁铁分开，将每根细胞分裂伸缩绳的两端磁铁相连，演示动物细胞分裂末期细胞膜中部凹陷缢裂，I个母细胞分成2个子细胞的动态变化过程；
(f)演示卵细胞形成与精子形成的区别。演示卵细胞形成时，在四根首位相连细胞分裂伸缩绳中，位于上面的两根细胞分裂伸缩绳短，下面两根细胞分裂伸缩绳长(将2根细胞分裂伸缩绳拉长)，以便演示减I后期和次级卵母细胞减Π后期，细胞膜从一端凹陷、缢裂的动态变化过程；
(g)演示植物细胞与动物细胞有丝分裂的区别。演示植物细胞的有丝分裂时，将两短、两长四根细胞分裂伸缩绳拉直，首尾相连，构成长方形的细胞壁，分离末期，用一根短的细胞分裂伸缩绳放在赤道板位置作为细胞板，拉长扩展为细胞壁，演示一个母细胞分裂成两个子细胞的过程。植物细胞无中心体，前期，可以在磁性白板上用彩色水笔由细胞两极画出纺锤丝，形成纺锤体。
[0016]应用三、演示细胞的无丝分裂(以蛙的红细胞无丝分裂为例):
(a)用2根长的细胞分裂伸缩绳首尾相连，在磁性白板上摆成圆形，代表蛙的红细胞膜;用2根短的细胞分裂伸缩绳首尾相连摆成圆形，代表蛙的红细胞核膜，放在细胞中央，使内圆的2对磁铁与外圆的2对磁铁位于一条线上；
(b)演示细胞核分裂时，用手由外向内推动内圆的2对磁铁，使细胞核中部凹陷，然后缢裂为2个细胞核；同时，用手由外向内推动外圆的2对磁铁，使细胞膜中部凹陷，然后缢裂为2个细胞，每个细胞中各含有I个新的细胞核。
[0017]应用四、演示减数分裂与遗传基本定律的关系:
(a)演示基因分离定律和自由组合定律(以基因型AaBb的动物个体为例):将带有A和a的一对等位基因的粘性贴贴在一对同源染色体上，将带有B和b的另一对等位基因的粘性贴贴在另一对同源染色体上，间期复制的结果，每条染色体上形成两条姐妹染色单体，基因加倍;减I的后期同源染色体分离，等位基因A与a分离，B与b分离(基因分离规律的基础)，非同源染色体自由组合，引起非等位基因自由组合(基因的自由组合定律的基础)；减数第二次分裂后期，着丝点一分为二，姐妹染色单体分离，相同基因(A与A，B与B)分离；
(b)演示基因的连锁互换定律(以两对等位基因A与a，B与b位于一对同源染色体上的个体为例):使用染色体交叉互换模型，将两对等位基因A与a，B与b的粘性贴贴在位于一对同源染色体上，使得等位基因A与a位于一对同源染色体着丝点以上的姐妹染色单体的相同位点上，使得B与b位于同一对同源染色体着丝点以下用于交叉互换的姐妹染色单体的相同位点上;将上述标记号等位基因的一对用于交叉互换的同源染色体吸附在磁性白板上，使得相邻的两条非姐相互交叉，互换带有B和b的相同片段，重新与非姐妹染色单体连接，完成一次交出互换，继续完成减数分裂过程，看到由于交叉互换导致的基因重组，产生AB、Ab、aB、ab四种配子。
[0018]以上所述，仅为本发明的较佳实施例，当不能限定本发明的实施范围，即凡是依本发明专利权利要求所做的均等变化与修饰等，皆应仍属于本发明专利的涵盖范围意图所保护的范畴。
【主权项】
1.一种演示细胞分裂的教学模型，其特征在于:由柔性透明染色体磁性模型、同源染色体交叉互换模型、细胞分裂伸缩绳模型构成;其中，柔性透明染色体磁性模型用于演示有丝分裂、减数分裂过程中染色体、染色单体、DNA、基因行为关系，演示减数分裂与遗传基本定律关系，以及演示染色体数目及结构变异；同源染色体交叉互换模型用于演示减数分裂四分体时期交叉互换的同源染色体交叉互换模型;细胞分裂伸缩绳模型用于演示动物细胞分裂过程中，细胞膜中部凹陷、缢裂，以及演示植物细胞分离末期细胞板扩展为细胞壁，使细胞一分为二的动态变化过程。2.根据权利要求1所述的一种演示细胞分裂的教学模型，其特征在于:所述柔性透明染色体磁性模型，由透明、有色、具有弹性的一段软管制成，染色体的中部有I个扁圆形磁铁代表着丝粒，扁圆形磁铁能够向两端移动，软管的两端各有一个短柱形磁铁，每条染色体中有2根黑色塑料绳拧成双螺旋状的DNA分子，染色体上可以粘贴一个或多个由英文字母代表的基因。3.根据权利要求1所述的一种演示细胞分裂的教学模型，其特征在于:交叉互换染色体模型由一对中号中间着丝点同源染色体和四个交叉互换配件组成，每一个交叉互换配件能够通过磁铁与一对中号同源染色体任意一条染色单体的两端相连;染色体臂上及交叉互换配件能够粘贴一个或两个以上由英文字母代表的基因。4.根据权利要求1所述的一种演示细胞分裂的教学模型，其特征在于:所述的细胞分裂伸缩绳模型分成四段，每段细胞分裂伸缩绳由套在一起的2根能够伸缩的塑料软管构成，每段伸缩绳两端各固定一粒短柱状磁铁能够吸附在磁性白板上，细胞分裂伸缩绳能够伸长、缩短、变形。5.根据权利要求1所述的一种演示细胞分裂的教学模型，其特征在于:所述柔性透明染色体磁性模型为具有两个以上，有大小两种规格，每种规格有两种颜色。6.根据权利要求3所述的一种演示细胞分裂的教学模型，其特征在于:所述中号中间着丝点同源染色体和交叉互换配件为两个以上，各有两种颜色。7.根据权利要求1所述的一种演示细胞分裂的教学模型，其特征在于:细胞分裂伸缩绳模型有多根，每根的长短、粗细能够变化，颜色为一种或两种以上。
【文档编号】G09B23/38GK105825753SQ201610326502
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2016年5月17日
【发明人】郭士安, 李鹏, 张寒凤
【申请人】郭士安