一种新型染色体运动教学模型的设计原理的制作方法
专利名称：一种新型染色体运动教学模型的设计原理的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种利用电磁原理、弹簧振动原理及自动化控制原理模拟细胞分裂的 全过程的方法。
背景技术：
细胞有丝分裂和减数分裂是高等真核生物生长，发育和遗传等生命活动现象的基 础。因此，有丝分裂和减数分裂是中学生物学和高等学校生物类相关专业的遗传学、细胞生 物学、发育生物和生殖生物学等课程的教学重点和难点。由于其过程是一个高度有序的、动 态的和连续的，并且其机制还没有完全清楚，从而导致该过程的内容十分抽象，使得学生很 难理解，其教学效果较差。目前关于细胞分裂的演示教学及模型主要有以下几种1.目前同于本部分演示教学的主要有Flash动画，具体内容，请参考网址上的动 _ (http://www. pbs. org/wgbh/nova/mircle/divide, html)2. 3B kientific公司生产的有丝分裂模型和减数分裂模型，请参考网址 (http//www.3bscientific.cn/genetics/meiosis-mitosis, pg_1208_194_201_l129. html)3.上海标本模型厂生产的细胞有丝减数分裂模型(货号BM2213)，请参考网址 (Http://shbbmx. cn/pro_detail. asp ？ id = 601).其中技术1不能有效反映出染色体与纺锤丝结合的生物学机制，也不能反应染色 体极向运动和中心运动的机理，此外，更没反应这一过程发生的细胞信号调控方式。其过程 抽象，学生难于理解。技术2和3，除了上述技术1共的不足之外，还是静态过程，更难达到 良好的教学效果。所以利用动画，有效的反映染色体与纺锤丝结合的生物学机制，染色体极 向运动和中心运动机理，及细胞调控方式，可以将细胞分裂过程具体化，使学生更好的掌握 细胞减数分裂和有丝分裂的过程，从而产生较好的教学效果。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足提供一种利用电磁原理、弹簧 振动原理及自动化控制原理模拟细胞分裂的全过程的方法。本发明采用以下技术方案一种新型染色体运动教学模型的设计原理，包括利用物理学中的电磁原理和弹簧 的振动原理(含力学原理)以及自动化控制原理来高仿真的模拟细胞有丝分裂和减数分裂 的全过程，整个分裂过程中，染色体的动粒和纺锤丝未端用磁铁的正极和负极来模拟，姐妹 动粒分别为正负两极；纺锤丝用弹簧来模拟；染色体的运动的方向由弹簧的长度来模仿。所述的模拟方法，所述有丝分裂过程包括前期、中期、后期和末期。前期由于细胞 信号调控的作用，染色质丝螺旋缠绕，缩短变粗，高度螺旋化成染色体，细胞核分解，核仁消 失。纺锤丝(以弹簧表示)及着丝粒上的动粒(位于着丝粒两端)开始形成，并通过磁场 的作用(模拟)两者相互吸引。最开始染色体由磁场两极中的一级牵引，并开始做单向运动，随着磁场另一端磁性的作用，染色体开始被另一端牵引，随后做双向运动。中期随着两 端磁性的不断变化(弹簧不断的振动)，最终两端的作用力相等，染色体被拉到赤道板的中 央。后期在细胞信号调控的作用下，磁场不断变化，染色体最终被拉向细胞的两极形成染色 单体。末期随着细胞信号调控作用，磁场消失，磁铁掉落，染色单体到达两极形成两个子细 胞。 所述的模拟方法，所述减数分裂过程包括减数第一次分裂和减数第二次分裂，减 数第一次分裂包括前期、中期、后期和末期。前期由于细胞信号调控的作用，染色质丝螺旋 缠绕，缩短变粗，高度螺旋化成染色体，细胞核分解，核仁消失。细胞内的同源染色体两两侧 面紧密排列进行配对，即联会现象，纺锤丝(以弹簧表示)及着丝粒上的动粒(位于着丝粒 两端)开始形成，并通过磁场的作用(模拟)两者相互吸引。最开始联会的染色体偏向磁 场的一极，并分别由两极发出的引力吸附着。中期随着两端磁性的不断变化(弹簧不断的 振动)，最终两端的作用力相等，同源染色体被拉到赤道板的两侧。后期在细胞信号调控的 作用下，磁场不断变化，弹簧不断振动，同源染色体最终分别被拉向细胞的两极。末期随着 细胞信号调控作用，磁场消失，磁铁掉落，染色体到达两极形成两个子细胞。减数第二次分 裂过程与有丝分裂步骤相同。本发明结合最新的生物学研究进展，将导致染色体运动的生物学机制用物理学的 形式展现出来，利用物理学中的电磁原理和弹簧的振动原理(含力学原理)以及自动化控 制原理来高仿真的模拟细胞减数分裂和有丝分裂的全过程，将细胞分裂过程具体化，使学 生更好的掌握细胞减数分裂和有丝分裂的过程，从而产生较好的教学效果。
图1为有丝分裂各时期示意图。图2为减数分裂各时期示意图。
具体实施例方式以下结合细胞分裂的全过程，对本发明进行详细说明。(1)原理本发明是用电磁原理来形象反应染色体体与纺锤丝结合的过程，用弹 簧的振动原理(含力学原理)来模拟染色体运动的机制，用自动化控制原理来模仿细胞信 号调控机理。(2)有丝分裂全过程模拟(如图1所示)前期由于细胞信号调控的作用，染色质丝螺旋缠绕，缩短变粗，高度螺旋化成染 色体，细胞核分解，核仁消失，如图1 (a —b)。纺锤丝(以弹簧表示)及着丝粒上的动粒(位 于着丝粒两端)开始形成，并通过磁场的作用(模拟)两者相互吸引。最开始染色体由磁 场两极中的一级牵引，并开始做单向运动如图1 (b — c)，随着磁场另一端磁性的作用，染色 体开始被另一端牵引，随后做双向运动，如图l(c — d)所示。中期随着两端磁性的不断变化(弹簧不断的振动)，最终两端的作用力相等，染 色体被拉到赤道板的中央，如图l(d —e)后期在细胞信号调控的作用下，磁场不断变化，染色体最终被拉向细胞的两极形 成染色单体。如图l(e —f)。
末期随着细胞信号调控作用，磁场消失，磁铁掉落，染色单体到达两极形成两个 子细胞，如图l(f — g —h)(3)减数分裂全过程模拟(如图2所示)减数第一次分裂前期由于细胞信号调控的作用，染色质丝螺旋缠绕，缩短变粗，高度螺旋化成染 色体，细胞核分解，核仁消失，如图2 (a — b)。细胞内的同源染色体两两侧面紧密相进行配 对，即联会现象，纺锤丝(以弹簧表示)及着丝粒上的动粒(位于着丝粒两端)开始形成， 并通过磁场的作用(模拟)两者相互吸引。最开始联会的染色体偏向磁场的一极，并分别 由两极发出的引力吸附着。如图2(b —c)中期随着两端磁性的不断变化(弹簧不断的振动)，最终两端的作用力相等，同 源染色体被拉到赤道板的两侧，如图2 (c — d)。后期在细胞信号调控的作用下，磁场不断变化，弹簧不断振动，同源染色体最终 分别被拉向细胞的两极。如图2 (d — e — f)。末期随着细胞信号调控作用，磁场消失，磁铁掉落，染色体到达两极形成两个子 细胞如图2(f — g —h)。减数第二次分裂与有丝分裂步骤相同。
权利要求
1.一种新型染色体运动教学模型的设计原理，其特征在于利用物理学中的电磁原理和 弹簧的振动原理(含力学原理)以及自动化控制原理来高仿真的模拟细胞有丝分裂和减数 分裂的全过程，整个分裂过程中，染色体的动粒和纺锤丝未端用磁铁的正极和负极来模拟， 姐妹动粒分别为正负两极；纺锤丝用弹簧来模拟；染色体的运动的方向由弹簧的长度来模 仿。
2.根据权利要求1所述的模拟方法，其特征在于，所述有丝分裂过程包括前期、中期、 后期和末期。前期由于细胞信号调控的作用，染色质丝螺旋缠绕，缩短变粗，高度螺旋化成 染色体，细胞核分解，核仁消失。纺锤丝(以弹簧表示)及着丝粒上的动粒(位于着丝粒两 端)开始形成，并通过磁场的作用(模拟)两者相互吸引。最开始染色体由磁场两极中的 一级牵引，并开始做单向运动，随着磁场另一端磁性的作用，染色体开始被另一端牵引，随 后做双向运动。中期随着两端磁性的不断变化(弹簧不断的振动)，最终两端的作用力相 等，染色体被拉到赤道板的中央。后期在细胞信号调控的作用下，磁场不断变化，染色体最 终被拉向细胞的两极形成染色单体。末期随着细胞信号调控作用，磁场消失，磁铁掉落，染 色单体到达两极形成两个子细胞。
3.根据权利要求1所述的模拟方法，其特征在于，所述减数分裂过程包括减数第一次 分裂和减数第二次分裂，减数第一次分裂包括前期、中期、后期和末期。前期由于细胞信号 调控的作用，染色质丝螺旋缠绕，缩短变粗，高度螺旋化成染色体，细胞核分解，核仁消失。 细胞内的同源染色体两两侧面紧密排列进行配对，即联会现象，纺锤丝(以弹簧表示)及着 丝粒上的动粒(位于着丝粒两端)开始形成，并通过磁场的作用(模拟)两者相互吸引。 最开始联会的染色体偏向磁场的一极，并分别由两极发出的引力吸附着。中期随着两端磁 性的不断变化(弹簧不断的振动)，最终两端的作用力相等，同源染色体被拉到赤道板的两 侧。后期在细胞信号调控的作用下，磁场不断变化，弹簧不断振动，同源染色体最终分别被 拉向细胞的两极。末期随着细胞信号调控作用，磁场消失，磁铁掉落，染色体到达两极形成 两个子细胞。减数第二次分裂过程与有丝分裂步骤相同。
全文摘要
本发明结合最新的生物学研究进展，建立了一种新型染色体运动教学模型的设计原理，即将导致染色体运动的生物学机制用物理学的形式展现出来，利用物理学中的电磁原理和弹簧的振动原理(含力学原理)以及自动化控制原理来高仿真的模拟细胞有丝分裂和减数分裂的全过程，整个分裂过程中，染色体的动粒和纺锤丝末端用磁铁的正极和负极来模拟，姐妹动粒分别为正负两极；纺锤丝用弹簧来模拟；染色体的运动的方向由弹簧的长度来模仿。这样可以将细胞分裂过程具体化，使学生更好的掌握细胞有丝分裂和减数分裂的过程，从而产生较好的教学效果。
文档编号G09B23/00GK102136212SQ20111005509
公开日2011年7月27日 申请日期2011年3月9日 优先权日2011年3月9日
发明者占爱瑶, 罗培高 申请人:四川农业大学
技术领域：
本发明涉及一种利用电磁原理、弹簧振动原理及自动化控制原理模拟细胞分裂的 全过程的方法。
背景技术：
细胞有丝分裂和减数分裂是高等真核生物生长，发育和遗传等生命活动现象的基 础。因此，有丝分裂和减数分裂是中学生物学和高等学校生物类相关专业的遗传学、细胞生 物学、发育生物和生殖生物学等课程的教学重点和难点。由于其过程是一个高度有序的、动 态的和连续的，并且其机制还没有完全清楚，从而导致该过程的内容十分抽象，使得学生很 难理解，其教学效果较差。目前关于细胞分裂的演示教学及模型主要有以下几种1.目前同于本部分演示教学的主要有Flash动画，具体内容，请参考网址上的动 _ (http://www. pbs. org/wgbh/nova/mircle/divide, html)2. 3B kientific公司生产的有丝分裂模型和减数分裂模型，请参考网址 (http//www.3bscientific.cn/genetics/meiosis-mitosis, pg_1208_194_201_l129. html)3.上海标本模型厂生产的细胞有丝减数分裂模型(货号BM2213)，请参考网址 (Http://shbbmx. cn/pro_detail. asp ？ id = 601).其中技术1不能有效反映出染色体与纺锤丝结合的生物学机制，也不能反应染色 体极向运动和中心运动的机理，此外，更没反应这一过程发生的细胞信号调控方式。其过程 抽象，学生难于理解。技术2和3，除了上述技术1共的不足之外，还是静态过程，更难达到 良好的教学效果。所以利用动画，有效的反映染色体与纺锤丝结合的生物学机制，染色体极 向运动和中心运动机理，及细胞调控方式，可以将细胞分裂过程具体化，使学生更好的掌握 细胞减数分裂和有丝分裂的过程，从而产生较好的教学效果。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足提供一种利用电磁原理、弹簧 振动原理及自动化控制原理模拟细胞分裂的全过程的方法。本发明采用以下技术方案一种新型染色体运动教学模型的设计原理，包括利用物理学中的电磁原理和弹簧 的振动原理(含力学原理)以及自动化控制原理来高仿真的模拟细胞有丝分裂和减数分裂 的全过程，整个分裂过程中，染色体的动粒和纺锤丝未端用磁铁的正极和负极来模拟，姐妹 动粒分别为正负两极；纺锤丝用弹簧来模拟；染色体的运动的方向由弹簧的长度来模仿。所述的模拟方法，所述有丝分裂过程包括前期、中期、后期和末期。前期由于细胞 信号调控的作用，染色质丝螺旋缠绕，缩短变粗，高度螺旋化成染色体，细胞核分解，核仁消 失。纺锤丝(以弹簧表示)及着丝粒上的动粒(位于着丝粒两端)开始形成，并通过磁场 的作用(模拟)两者相互吸引。最开始染色体由磁场两极中的一级牵引，并开始做单向运动，随着磁场另一端磁性的作用，染色体开始被另一端牵引，随后做双向运动。中期随着两 端磁性的不断变化(弹簧不断的振动)，最终两端的作用力相等，染色体被拉到赤道板的中 央。后期在细胞信号调控的作用下，磁场不断变化，染色体最终被拉向细胞的两极形成染色 单体。末期随着细胞信号调控作用，磁场消失，磁铁掉落，染色单体到达两极形成两个子细 胞。 所述的模拟方法，所述减数分裂过程包括减数第一次分裂和减数第二次分裂，减 数第一次分裂包括前期、中期、后期和末期。前期由于细胞信号调控的作用，染色质丝螺旋 缠绕，缩短变粗，高度螺旋化成染色体，细胞核分解，核仁消失。细胞内的同源染色体两两侧 面紧密排列进行配对，即联会现象，纺锤丝(以弹簧表示)及着丝粒上的动粒(位于着丝粒 两端)开始形成，并通过磁场的作用(模拟)两者相互吸引。最开始联会的染色体偏向磁 场的一极，并分别由两极发出的引力吸附着。中期随着两端磁性的不断变化(弹簧不断的 振动)，最终两端的作用力相等，同源染色体被拉到赤道板的两侧。后期在细胞信号调控的 作用下，磁场不断变化，弹簧不断振动，同源染色体最终分别被拉向细胞的两极。末期随着 细胞信号调控作用，磁场消失，磁铁掉落，染色体到达两极形成两个子细胞。减数第二次分 裂过程与有丝分裂步骤相同。本发明结合最新的生物学研究进展，将导致染色体运动的生物学机制用物理学的 形式展现出来，利用物理学中的电磁原理和弹簧的振动原理(含力学原理)以及自动化控 制原理来高仿真的模拟细胞减数分裂和有丝分裂的全过程，将细胞分裂过程具体化，使学 生更好的掌握细胞减数分裂和有丝分裂的过程，从而产生较好的教学效果。
图1为有丝分裂各时期示意图。图2为减数分裂各时期示意图。
具体实施例方式以下结合细胞分裂的全过程，对本发明进行详细说明。(1)原理本发明是用电磁原理来形象反应染色体体与纺锤丝结合的过程，用弹 簧的振动原理(含力学原理)来模拟染色体运动的机制，用自动化控制原理来模仿细胞信 号调控机理。(2)有丝分裂全过程模拟(如图1所示)前期由于细胞信号调控的作用，染色质丝螺旋缠绕，缩短变粗，高度螺旋化成染 色体，细胞核分解，核仁消失，如图1 (a —b)。纺锤丝(以弹簧表示)及着丝粒上的动粒(位 于着丝粒两端)开始形成，并通过磁场的作用(模拟)两者相互吸引。最开始染色体由磁 场两极中的一级牵引，并开始做单向运动如图1 (b — c)，随着磁场另一端磁性的作用，染色 体开始被另一端牵引，随后做双向运动，如图l(c — d)所示。中期随着两端磁性的不断变化(弹簧不断的振动)，最终两端的作用力相等，染 色体被拉到赤道板的中央，如图l(d —e)后期在细胞信号调控的作用下，磁场不断变化，染色体最终被拉向细胞的两极形 成染色单体。如图l(e —f)。
末期随着细胞信号调控作用，磁场消失，磁铁掉落，染色单体到达两极形成两个 子细胞，如图l(f — g —h)(3)减数分裂全过程模拟(如图2所示)减数第一次分裂前期由于细胞信号调控的作用，染色质丝螺旋缠绕，缩短变粗，高度螺旋化成染 色体，细胞核分解，核仁消失，如图2 (a — b)。细胞内的同源染色体两两侧面紧密相进行配 对，即联会现象，纺锤丝(以弹簧表示)及着丝粒上的动粒(位于着丝粒两端)开始形成， 并通过磁场的作用(模拟)两者相互吸引。最开始联会的染色体偏向磁场的一极，并分别 由两极发出的引力吸附着。如图2(b —c)中期随着两端磁性的不断变化(弹簧不断的振动)，最终两端的作用力相等，同 源染色体被拉到赤道板的两侧，如图2 (c — d)。后期在细胞信号调控的作用下，磁场不断变化，弹簧不断振动，同源染色体最终 分别被拉向细胞的两极。如图2 (d — e — f)。末期随着细胞信号调控作用，磁场消失，磁铁掉落，染色体到达两极形成两个子 细胞如图2(f — g —h)。减数第二次分裂与有丝分裂步骤相同。
权利要求
1.一种新型染色体运动教学模型的设计原理，其特征在于利用物理学中的电磁原理和 弹簧的振动原理(含力学原理)以及自动化控制原理来高仿真的模拟细胞有丝分裂和减数 分裂的全过程，整个分裂过程中，染色体的动粒和纺锤丝未端用磁铁的正极和负极来模拟， 姐妹动粒分别为正负两极；纺锤丝用弹簧来模拟；染色体的运动的方向由弹簧的长度来模 仿。
2.根据权利要求1所述的模拟方法，其特征在于，所述有丝分裂过程包括前期、中期、 后期和末期。前期由于细胞信号调控的作用，染色质丝螺旋缠绕，缩短变粗，高度螺旋化成 染色体，细胞核分解，核仁消失。纺锤丝(以弹簧表示)及着丝粒上的动粒(位于着丝粒两 端)开始形成，并通过磁场的作用(模拟)两者相互吸引。最开始染色体由磁场两极中的 一级牵引，并开始做单向运动，随着磁场另一端磁性的作用，染色体开始被另一端牵引，随 后做双向运动。中期随着两端磁性的不断变化(弹簧不断的振动)，最终两端的作用力相 等，染色体被拉到赤道板的中央。后期在细胞信号调控的作用下，磁场不断变化，染色体最 终被拉向细胞的两极形成染色单体。末期随着细胞信号调控作用，磁场消失，磁铁掉落，染 色单体到达两极形成两个子细胞。
3.根据权利要求1所述的模拟方法，其特征在于，所述减数分裂过程包括减数第一次 分裂和减数第二次分裂，减数第一次分裂包括前期、中期、后期和末期。前期由于细胞信号 调控的作用，染色质丝螺旋缠绕，缩短变粗，高度螺旋化成染色体，细胞核分解，核仁消失。 细胞内的同源染色体两两侧面紧密排列进行配对，即联会现象，纺锤丝(以弹簧表示)及着 丝粒上的动粒(位于着丝粒两端)开始形成，并通过磁场的作用(模拟)两者相互吸引。 最开始联会的染色体偏向磁场的一极，并分别由两极发出的引力吸附着。中期随着两端磁 性的不断变化(弹簧不断的振动)，最终两端的作用力相等，同源染色体被拉到赤道板的两 侧。后期在细胞信号调控的作用下，磁场不断变化，弹簧不断振动，同源染色体最终分别被 拉向细胞的两极。末期随着细胞信号调控作用，磁场消失，磁铁掉落，染色体到达两极形成 两个子细胞。减数第二次分裂过程与有丝分裂步骤相同。
全文摘要
本发明结合最新的生物学研究进展，建立了一种新型染色体运动教学模型的设计原理，即将导致染色体运动的生物学机制用物理学的形式展现出来，利用物理学中的电磁原理和弹簧的振动原理(含力学原理)以及自动化控制原理来高仿真的模拟细胞有丝分裂和减数分裂的全过程，整个分裂过程中，染色体的动粒和纺锤丝末端用磁铁的正极和负极来模拟，姐妹动粒分别为正负两极；纺锤丝用弹簧来模拟；染色体的运动的方向由弹簧的长度来模仿。这样可以将细胞分裂过程具体化，使学生更好的掌握细胞有丝分裂和减数分裂的过程，从而产生较好的教学效果。
文档编号G09B23/00GK102136212SQ20111005509
公开日2011年7月27日 申请日期2011年3月9日 优先权日2011年3月9日
发明者占爱瑶, 罗培高 申请人:四川农业大学
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