細胞周期同步演示儀的製作與使用

細胞周期同步演示儀的製作與使用

“細胞周期”是指細胞從一次分裂完成開始到下一次分裂結束所經歷的全過程，分為間期與分裂期兩個階段。間期包括G1期、S期、G2期。處於不同時期的細胞數與各時期持續的時間呈正相關。

“細胞同步”是指利用某種方法使細胞群中處於細胞周期不同時期的細胞停留在同一時期，以獲取形態、生理狀態等一致的細胞群，用於研究細胞的生長和代謝，尤其是處於細胞周期不同階段的細胞的生化特徵。胸腺嘧啶脫氧核苷（TdR）作為抑製劑，可逆地抑制DNA合成，不影響其他時期細胞的運轉，終將細胞群阻斷在S期或G1/S交界處，達到細胞同步於S期的目的（圖1）。

“細胞同步”在生物學研究中是一項非常基礎而重要的實驗技術，十分受重視，與其相關聯的知識在生物學教材中的章節跨度極大，是考查學生生物學學科核心素養的良好素材。因此，高考對“細胞同步”的相關考查頻繁出現，且基於基本知識概念的考查，注重科學思維和科學探究，強調分析問題和解決問題的能力，需要學生構建模型，

繪製圖像，難度較大。

1．製作材料與工具

1.1 材料：亞克力板，磁性畫板，磁鐵粒，膠水，直徑為１cm的長螺桿，配套螺母，鐵絲。

1.2 工具：數控激光雕刻機

2．製作過程：

用數控激光雕刻機將白色亞克力板切割出直徑50 cm圓形，中間打孔，孔徑為１cm；為了節約材料，用數控激光雕刻機將磁性畫板切割內徑 40 cm、外徑450 cm 圓環，鑲嵌白色底板中間，便於分析過程留跡。據4個區段所佔周期比例將圓形分4個大小不等扇形區域，分別標為G1、S、G2、M期。用彩色亞克力製作三枚指針，在固定圓心處打孔，孔徑為１cm，分別在離圓心20、21、21 cm打孔，用於裝磁鐵粒。用透明亞克力做底座；將圓形與指針用長螺桿固定，並安裝固定於底座；在底座上對應磁性畫板圓環位置安一可活動磁鐵，用於消除磁性畫板的留跡。模型整體效果如圖2所示。

3．教具在教學中的使用

（1）測細胞經TdR培養，所有S期細胞均被標記。

即在小圓盤所有S期細胞區域被標記，在儀器上使用兩根指針所夾範圍表示，並將角度固定，如圖3所示。（2）S期以外其他時期細胞的運轉不受影響。轉動另一根指針，所畫範圍代表正常運轉的細胞範圍，如圖4所示。得出結論，至少培養G2+M+G1期的時間。此時，處於S期的細胞被阻斷於S期的原始狀態，處於G2期、M期和G1期的細胞被阻斷於G1/S交界處，如圖5所示。（3）洗脫TdR，細胞正常培養，即逆時針轉動步驟①中的三根指針。時間至少長於S期，兩個指針所覆蓋的範圍才能完全離開S期，代表原先阻斷於S期的細胞完全離開S期，但此時細胞仍未完全同步化，如圖6所示。

（4）為了將細胞完全同步化，再次加入TdR。要在兩個指針所覆蓋的範圍重新進入 S 期之前進行阻斷，如圖7所示。所以，第二次阻斷時間要在長於S期的基礎上，短於G2+M+G1期的時間。

（5）最終所有位於G1/S交界處和S期的細胞通過S期，又不使S期末期細胞進入下一個S期，最終細胞同步在G1/S交界，如圖8所示。

該教具新穎，創新使用磁性畫板，解決了雙阻斷過程的直觀呈現問題。該教具實用，將細胞周期的問題從平面表述到立體推演，將細胞周期形象地呈現給學生，印象深刻，難題迎刃而解。該教具可操作性強，可以放置在講台桌上教師用來解釋雙阻斷問題，也可以用於推演解題過程，利用自製教具模型促進學生構建知識體系，充分體現了以學生為主體的教學理念。