自制教具_基因表达模型_简介_吴建华
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①A 位：又称氨酰基位点，主要在大亚基上， 是 接 受 氨 酰-tRNA 的 部 位 ；
②P 位：是肽酰基位，与 A 位紧邻，是不断增 长 的 肽 酰-tRNA 位 点 ；
③E 位 ：是 接 受 和 释 放 空 载 tRNA 的 部 位 ； ④T 位：转肽酶位，简称 T 因子。 催化氨基与 延伸中的肽链缩合形成肽键，使肽链延伸； ⑤G 位 ［8］：移 位 酶 位 ，简 称 G 因 子 。 位 于 大 亚 基上，催化肽酰转移，即把肽链从 P 位转向 A 位。 1.2.3 蛋白质合成的简要过程（见图 1） ①多 肽 链 的 起 始 ：mRNA 从 细 胞 核 到 细 胞 质 ， 在起始因子等作用下与核糖体结合。 甲硫氨酰tRNA 的 反 密 码 子 ， 识 别 mRNA 上 的 起 始 密 码 AUG 并 互 补 结 合 进 入 核 糖 体 的 P 位 。 核 糖 体 上 一 次可容纳 2 个密码子。 ②多肽链的延长：第 2 个密码子对应的氨酰tRNA 进 入 核 糖 体 的 A 位 ， 密 码 子 与 反 密 码 子 的 碱基互补结合。 在大亚基上 G 位移位酶的作用 下 ， 将 P 位 tRNA 携 带 的 氨 基 酸 转 移 到 A 位 的 氨 基酸前面， 在 T 位转肽酶作用下形成二肽， 产生 新 肽 酰-tRNA。 P 位 上 的 tRNA 变 成 空 载 状 态 ，核 糖 体 沿 mRNA 往 前 移 动 ，E 位 点 接 受 空 载 tRNA， 再 将 其 释 放 出 核 糖 体 。 同 时 ，新 肽 酰-tRNA 进 入 P 位 点 ，A 位 点 腾 空 。 与 之 对 应 的 新 氨 酰-tRNA 又 进 入 A 位，G 位点移位酶把二肽转移到此氨基酸前 面 形 成 三 肽 ［7］。 核 糖 体 又 往 前 移 动 ， 如 此 反 复 循 环 ，使 得 mRNA 上 的 碱 基 序 列 转 变 为 蛋 白 质 的 氨 基酸序列。 ③多 肽 链 的 终 止 与 释 放 ： 当 mRNA 上 出 现 终 止 密 码 时 （UGA、UAG 或 UAA）， 就 无 对 应 的 氨 基 酸运入核糖体，肽链的合成停止。而被终止因子识 别，进入 A 位并抑制移位酶的作用，使多肽链与 tRNA 之 间 水 解 释 放 ， 离 开 核 糖 体 ， 同 时 核 糖 体 与
移动，合成多肽链的情境
⑧ 三 叶 草 形 地 板 代 表 tRNA
⑨乒乓球串
代表多肽链
⑩水果外包网罩 代表转录因子等
3.4 组装连接 参照图 3 组装，按下列顺序依次连接： 1）DNA 双 链 骨 架 ：将 长 条 地 板 按 图 4 所 示 尺
码 和 角 度 ，用 801 大 力 胶 、钢 钉 和 合 页 连 接 。 其 中 ， A 处 用 钢 钉 以 160° 角 固 定 ，B 和 C 2 处 用 合 页 连 接。
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生物学通报
2014 年 第 49 卷 第 5 期
自制教具“基因表达模型”简介
吴建华 王 雪 刘艳丹
（ 吉 林 省 乾 安 县 第 七 中 学 吉 林 乾 安 131400 ）
摘要 介绍一种基因指导蛋白质合成主要过程的木质模型， 把遗传信息的转录和翻译结 合在一起，展示了基因表达的主要过程。在模型制作过程中，将复杂的问题简单化，把抽象的知 识具体化，突破教学上的重点、难点，使学生对基因表达有更深刻的理解。
图 1 核 糖 体 上 3 个 tRNA 结 合 位 点 ：A 位 、P 位 、E 位 及 合 成 蛋 白 质 的 核 心 步 骤 （ 引 自 文 献 ）［7］
2014年 第 49 卷 第 5 期
生物学通报
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图 2 核糖体上 2 个活性部位：T 位、 G 位及对应的 A 位、P 位和 E 位（自制模型）
mRNA 解 离 ，进 入 再 循 环 。 这些多肽链再经过系列加工处理， 形成具有
活性的蛋白质，才能执行特定的生物学功能。 2 材料用具
木 板 （160 cm×10 cm×2 cm）1 块 、木 方 （3 cm× 3 cm×6 cm）、废 地 板 条 若 干 块 、胶 合 板 1 m2、大 葫 芦 2 个、 手电钻 1 把、 石材切割机 1 台、 钢钉若 干、锤子、钳子、剪子、油漆（白、绿、棕色）各 1 小 桶 、 乒 乓 球 12 个 、 铁 丝 若 干 、 彩 色 不 干 胶 纸 （ 红 、 黄 、 蓝 、 绿 、 黑 、 棕 色 ） 各 1 m、801 大 力 胶 1 盒 、 小 合页 1 副和水果外包网罩。 3 制作方法 3.1 模型设计图（详见图 3）
模型底座
④ 方 形 胶 合 板 作 为 DNA 支 架 ， 粘 贴 名 称
⑤椭 圆 形 胶 合 板 代表核糖体细微结构，其上有 A 位、P 位、E 位、
T 位转肽酶及 G 位移位酶
⑥球形葫芦
代 表 RNA 聚 ， 用 于 演 示 核 糖 体 在 mRNA 上
② 转 录 延 伸 ：PolⅡ 沿 着 DNA 链 从 3′ 端 到 5′ 端 移 动 ， 不 断 合 成 mRNA 链 （5′ 端 到 3′ 端 ）， 随 着 酶 的 迁 移 ，新 合 成 的 mRNA 链 向 后 延 伸 。
③转 录 终 止 ：近 期 研 究 表 明 ［4，5］ PolⅡ依 赖 poly （A）的转录终止过程，mRNA 转录终止 与 其 3′端 加 尾（特定位点剪切）相关。 当 poly（A）加工信号转录 后,PolⅡ复合物变构,使转录暂停，mRNA 在 poly（A） 加 工 信 号 下 游 被 剪 切 而 游 离 ，PolⅡ的 下 游 产 物 在 5′-RNA 外切酶作用下降解，转录随即终止。 PolⅡ 与 DNA 模板脱离，DNA 重新形成双螺旋结构。 1.2 遗 传 信 息 的 翻 译 翻 译 就 是 将 mRNA 中 的 碱基序列翻译为蛋白质的氨基酸序列。 翻译过程 在 核 糖 体 上 进 行 ，mRNA 上 的 遗 传 密 码 经 核 糖 体 解 码 中 心 ［6］翻 译 成 密 码 子 ， 通 过 碱 基 互 补 配 对 与 tRNA 上 的 反 密 码 子 结 合 ，合 成 具 有 特 定 氨 基 酸 序 列的多肽链。 1.2.1 tRNA 也 叫 转 运 RNA，种 类 很 多 ， 但 每 种 tRNA 只 能 识 别 并 转 运 1 种 氨 基 酸 。 tRNA 的 三 维 结构为倒 L 形，其一端携带特定的氨基酸（有高 度 专 一 的 氨 酰-tRNA 合 成 酶 催 化 形 成 氨 酰-tRNA 复 合 物 ），另 一 端 有 3 个 碱 基 称 为 反 密 码 子 。 tRNA 能以反密码子识别密码子， 将相应的氨基酸转运 到核糖体上合成肽链。 1.2.2 核糖体上 5 个功能区位：核糖体主要成分 为 蛋 白 质 和 rRNA，呈 椭 球 形 ，由 大 、小 2 个 亚 基 组 成 。 单 个 核 糖 体 上 存 在 3 个 tRNA 结 合 位 点 ：A 位 、P 位 、E 位 和 2 个 活 性 部 位 ［7，8］， 在 蛋 白 质 合 成 中均有专一的识别作用（见图 1 和图 2）。
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生物学通报
2014 年 第 49 卷 第 5 期
⑨乒乓球串： 用细铁丝将 8 个乒乓球相互钩
挂成一串。 球上粘贴不同颜色的彩条。
3.3 各种材料在模型中的作用（详见下表）
各种材料在模型中的作用
材料
模型中的作用
①小木块
代表多种碱基
②长条地板
代 表 核 苷 酸 骨 架 （DNA 、mRNA ）
③长条木板
关 键 词 基 因 表 达 RNA 聚 合 酶 转 录 核 糖 体 翻 译 木 质 模 型 中 国 图 书 分 类 号 ：Q－33 文 献 标 识 码 ：B
高中生物学“基因指导蛋白质的合成”一节 中， 基因通过转录和翻译过程最终将碱基序列转 化成氨基酸序列使遗传信息表达。 由于其过程十 分复杂且抽象，学生难以理解和掌握，为了突破教 学上的重、难点 ，自 制 教 具 “基 因 表 达 模 型 ”［1］。 本 教 具 采 用 木 质 结 构 ，主 要 由 DNA 转 录 mRNA 和 遗 传信息的翻译 2 个部分构成。 1 制作原理 1.1 DNA 转 录 mRNA 转 录 过 程 主 要 是 RNA 聚 合 酶 （RNA polymeraseII PolⅡ）通 过 与 转 录 因 子 等 系列组分构成动 态 复 合 体 与 编 码 基 因 结 合 ［2］，以 DNA 一条链上的基因序列为模板， 催 化 合 成 序 列 互补的 mRNA。 包括转录起始、延伸和终止等过程。
8）在小木块上粘贴各种碱基，用彩纸区分字 符（A、T、C、G、U），互补配对。 在模板 DNA 上注意 转 录 起 始 点 和 终 止 点 的 设 置 ， 在 mRNA 模 板 上 注 意 起 始 密 码 AUG 和 终 止 密 码 UGA 的 设 置 。
9）打印和粘贴各种名签。 4 使用说明 4.1 mRNA 的 转 录 过 程 把 RNA 聚 合 酶 （ 葫 芦 球） 套入水果外包网罩内， 构成复合体。 将模板 DNA 链 抬 起 ， 套 入 其 中 表 示 结 合 ， 沿 3′~5′端 移 动 ， 再 将 mRNA 模 板 插 入 葫 芦 洞 内 ， 按 模 板 DNA 碱 基 顺 序 ， 把 mRNA 上 的 碱 基 对 应 连 接 ， 表 示 转 录开始和延伸。当葫芦球移到转录终止区域内，将 mRNA 模 板 从 葫 芦 球 后 面 拿 出 ，再 把 葫 芦 球 拿 出 ， 表示转录完成。 4.2 核糖体的翻译过程
图 3 基因表达模型
3.2 选材制备 ①小木块：选用杨木、椴木、红松等软木质方
料 。 将 木 方 截 成 3 cm×3 cm×4 cm 的 小 木 块 100 多块打磨备用；
②将 地 板 截 成 80 cm×6 cm 的 长 条 4 块 ； ③长条木板： 选择合适的旧木板截成 160 cm× 10 cm×2 cm 长 条 1 块 ； ④方形胶合板：选择合适的胶合板截成 22 cm× 20 cm 长 方 形 1 块 ，在 其 背 面 沿 边 缘 钉 上 木 框 ； ⑤椭圆形胶合板：选取宽约 30 cm，高约 40 cm 的 胶 合 板 ，在 距 底 边 10 cm 处 做 成 直 角 ，上 面 做 成 近椭圆，下面连接木板底座，底面钉上凸形木条， 小直角边上钉弧形木板； ⑥球形葫芦 ：选 自 然 生 球 形 葫 芦 1 个 （准 约 15 cm） 将 其 内 胆 取 净 ， 在 两 侧 对 称 切 割 出 方 形 洞 （约 11 cm×6.5 cm），打 磨 备 用 。 ⑦纯形葫芦：选自然生纯葫芦形葫芦 1 个（直 径 最 大 处 约 15 cm） 将 葫 芦 倒 置 ， 切 去 大 球 顶 端 ， 除掉内胆， 在两侧对称切割出梯形槽， 能容纳 mRNA 模 板 ，打 磨 备 用 ； ⑧三 叶 草 形 地 板 ： 选 取 10 cm×12 cm 地 板 块 3 块，将其切割打磨成三叶草形的两叶状，在其底 端 再 横 上 1 块 地 板 条 （约 9 cm×3 cm），居 中 钉 好 ， 在左侧顶端铁丝做钩；
②P 位：是肽酰基位，与 A 位紧邻，是不断增 长 的 肽 酰-tRNA 位 点 ；
③E 位 ：是 接 受 和 释 放 空 载 tRNA 的 部 位 ； ④T 位：转肽酶位，简称 T 因子。 催化氨基与 延伸中的肽链缩合形成肽键，使肽链延伸； ⑤G 位 ［8］：移 位 酶 位 ，简 称 G 因 子 。 位 于 大 亚 基上，催化肽酰转移，即把肽链从 P 位转向 A 位。 1.2.3 蛋白质合成的简要过程（见图 1） ①多 肽 链 的 起 始 ：mRNA 从 细 胞 核 到 细 胞 质 ， 在起始因子等作用下与核糖体结合。 甲硫氨酰tRNA 的 反 密 码 子 ， 识 别 mRNA 上 的 起 始 密 码 AUG 并 互 补 结 合 进 入 核 糖 体 的 P 位 。 核 糖 体 上 一 次可容纳 2 个密码子。 ②多肽链的延长：第 2 个密码子对应的氨酰tRNA 进 入 核 糖 体 的 A 位 ， 密 码 子 与 反 密 码 子 的 碱基互补结合。 在大亚基上 G 位移位酶的作用 下 ， 将 P 位 tRNA 携 带 的 氨 基 酸 转 移 到 A 位 的 氨 基酸前面， 在 T 位转肽酶作用下形成二肽， 产生 新 肽 酰-tRNA。 P 位 上 的 tRNA 变 成 空 载 状 态 ，核 糖 体 沿 mRNA 往 前 移 动 ，E 位 点 接 受 空 载 tRNA， 再 将 其 释 放 出 核 糖 体 。 同 时 ，新 肽 酰-tRNA 进 入 P 位 点 ，A 位 点 腾 空 。 与 之 对 应 的 新 氨 酰-tRNA 又 进 入 A 位，G 位点移位酶把二肽转移到此氨基酸前 面 形 成 三 肽 ［7］。 核 糖 体 又 往 前 移 动 ， 如 此 反 复 循 环 ，使 得 mRNA 上 的 碱 基 序 列 转 变 为 蛋 白 质 的 氨 基酸序列。 ③多 肽 链 的 终 止 与 释 放 ： 当 mRNA 上 出 现 终 止 密 码 时 （UGA、UAG 或 UAA）， 就 无 对 应 的 氨 基 酸运入核糖体，肽链的合成停止。而被终止因子识 别，进入 A 位并抑制移位酶的作用，使多肽链与 tRNA 之 间 水 解 释 放 ， 离 开 核 糖 体 ， 同 时 核 糖 体 与
移动，合成多肽链的情境
⑧ 三 叶 草 形 地 板 代 表 tRNA
⑨乒乓球串
代表多肽链
⑩水果外包网罩 代表转录因子等
3.4 组装连接 参照图 3 组装，按下列顺序依次连接： 1）DNA 双 链 骨 架 ：将 长 条 地 板 按 图 4 所 示 尺
码 和 角 度 ，用 801 大 力 胶 、钢 钉 和 合 页 连 接 。 其 中 ， A 处 用 钢 钉 以 160° 角 固 定 ，B 和 C 2 处 用 合 页 连 接。
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2014 年 第 49 卷 第 5 期
自制教具“基因表达模型”简介
吴建华 王 雪 刘艳丹
（ 吉 林 省 乾 安 县 第 七 中 学 吉 林 乾 安 131400 ）
摘要 介绍一种基因指导蛋白质合成主要过程的木质模型， 把遗传信息的转录和翻译结 合在一起，展示了基因表达的主要过程。在模型制作过程中，将复杂的问题简单化，把抽象的知 识具体化，突破教学上的重点、难点，使学生对基因表达有更深刻的理解。
图 1 核 糖 体 上 3 个 tRNA 结 合 位 点 ：A 位 、P 位 、E 位 及 合 成 蛋 白 质 的 核 心 步 骤 （ 引 自 文 献 ）［7］
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图 2 核糖体上 2 个活性部位：T 位、 G 位及对应的 A 位、P 位和 E 位（自制模型）
mRNA 解 离 ，进 入 再 循 环 。 这些多肽链再经过系列加工处理， 形成具有
活性的蛋白质，才能执行特定的生物学功能。 2 材料用具
木 板 （160 cm×10 cm×2 cm）1 块 、木 方 （3 cm× 3 cm×6 cm）、废 地 板 条 若 干 块 、胶 合 板 1 m2、大 葫 芦 2 个、 手电钻 1 把、 石材切割机 1 台、 钢钉若 干、锤子、钳子、剪子、油漆（白、绿、棕色）各 1 小 桶 、 乒 乓 球 12 个 、 铁 丝 若 干 、 彩 色 不 干 胶 纸 （ 红 、 黄 、 蓝 、 绿 、 黑 、 棕 色 ） 各 1 m、801 大 力 胶 1 盒 、 小 合页 1 副和水果外包网罩。 3 制作方法 3.1 模型设计图（详见图 3）
模型底座
④ 方 形 胶 合 板 作 为 DNA 支 架 ， 粘 贴 名 称
⑤椭 圆 形 胶 合 板 代表核糖体细微结构，其上有 A 位、P 位、E 位、
T 位转肽酶及 G 位移位酶
⑥球形葫芦
代 表 RNA 聚 ， 用 于 演 示 核 糖 体 在 mRNA 上
② 转 录 延 伸 ：PolⅡ 沿 着 DNA 链 从 3′ 端 到 5′ 端 移 动 ， 不 断 合 成 mRNA 链 （5′ 端 到 3′ 端 ）， 随 着 酶 的 迁 移 ，新 合 成 的 mRNA 链 向 后 延 伸 。
③转 录 终 止 ：近 期 研 究 表 明 ［4，5］ PolⅡ依 赖 poly （A）的转录终止过程，mRNA 转录终止 与 其 3′端 加 尾（特定位点剪切）相关。 当 poly（A）加工信号转录 后,PolⅡ复合物变构,使转录暂停，mRNA 在 poly（A） 加 工 信 号 下 游 被 剪 切 而 游 离 ，PolⅡ的 下 游 产 物 在 5′-RNA 外切酶作用下降解，转录随即终止。 PolⅡ 与 DNA 模板脱离，DNA 重新形成双螺旋结构。 1.2 遗 传 信 息 的 翻 译 翻 译 就 是 将 mRNA 中 的 碱基序列翻译为蛋白质的氨基酸序列。 翻译过程 在 核 糖 体 上 进 行 ，mRNA 上 的 遗 传 密 码 经 核 糖 体 解 码 中 心 ［6］翻 译 成 密 码 子 ， 通 过 碱 基 互 补 配 对 与 tRNA 上 的 反 密 码 子 结 合 ，合 成 具 有 特 定 氨 基 酸 序 列的多肽链。 1.2.1 tRNA 也 叫 转 运 RNA，种 类 很 多 ， 但 每 种 tRNA 只 能 识 别 并 转 运 1 种 氨 基 酸 。 tRNA 的 三 维 结构为倒 L 形，其一端携带特定的氨基酸（有高 度 专 一 的 氨 酰-tRNA 合 成 酶 催 化 形 成 氨 酰-tRNA 复 合 物 ），另 一 端 有 3 个 碱 基 称 为 反 密 码 子 。 tRNA 能以反密码子识别密码子， 将相应的氨基酸转运 到核糖体上合成肽链。 1.2.2 核糖体上 5 个功能区位：核糖体主要成分 为 蛋 白 质 和 rRNA，呈 椭 球 形 ，由 大 、小 2 个 亚 基 组 成 。 单 个 核 糖 体 上 存 在 3 个 tRNA 结 合 位 点 ：A 位 、P 位 、E 位 和 2 个 活 性 部 位 ［7，8］， 在 蛋 白 质 合 成 中均有专一的识别作用（见图 1 和图 2）。
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生物学通报
2014 年 第 49 卷 第 5 期
⑨乒乓球串： 用细铁丝将 8 个乒乓球相互钩
挂成一串。 球上粘贴不同颜色的彩条。
3.3 各种材料在模型中的作用（详见下表）
各种材料在模型中的作用
材料
模型中的作用
①小木块
代表多种碱基
②长条地板
代 表 核 苷 酸 骨 架 （DNA 、mRNA ）
③长条木板
关 键 词 基 因 表 达 RNA 聚 合 酶 转 录 核 糖 体 翻 译 木 质 模 型 中 国 图 书 分 类 号 ：Q－33 文 献 标 识 码 ：B
高中生物学“基因指导蛋白质的合成”一节 中， 基因通过转录和翻译过程最终将碱基序列转 化成氨基酸序列使遗传信息表达。 由于其过程十 分复杂且抽象，学生难以理解和掌握，为了突破教 学上的重、难点 ，自 制 教 具 “基 因 表 达 模 型 ”［1］。 本 教 具 采 用 木 质 结 构 ，主 要 由 DNA 转 录 mRNA 和 遗 传信息的翻译 2 个部分构成。 1 制作原理 1.1 DNA 转 录 mRNA 转 录 过 程 主 要 是 RNA 聚 合 酶 （RNA polymeraseII PolⅡ）通 过 与 转 录 因 子 等 系列组分构成动 态 复 合 体 与 编 码 基 因 结 合 ［2］，以 DNA 一条链上的基因序列为模板， 催 化 合 成 序 列 互补的 mRNA。 包括转录起始、延伸和终止等过程。
8）在小木块上粘贴各种碱基，用彩纸区分字 符（A、T、C、G、U），互补配对。 在模板 DNA 上注意 转 录 起 始 点 和 终 止 点 的 设 置 ， 在 mRNA 模 板 上 注 意 起 始 密 码 AUG 和 终 止 密 码 UGA 的 设 置 。
9）打印和粘贴各种名签。 4 使用说明 4.1 mRNA 的 转 录 过 程 把 RNA 聚 合 酶 （ 葫 芦 球） 套入水果外包网罩内， 构成复合体。 将模板 DNA 链 抬 起 ， 套 入 其 中 表 示 结 合 ， 沿 3′~5′端 移 动 ， 再 将 mRNA 模 板 插 入 葫 芦 洞 内 ， 按 模 板 DNA 碱 基 顺 序 ， 把 mRNA 上 的 碱 基 对 应 连 接 ， 表 示 转 录开始和延伸。当葫芦球移到转录终止区域内，将 mRNA 模 板 从 葫 芦 球 后 面 拿 出 ，再 把 葫 芦 球 拿 出 ， 表示转录完成。 4.2 核糖体的翻译过程
图 3 基因表达模型
3.2 选材制备 ①小木块：选用杨木、椴木、红松等软木质方
料 。 将 木 方 截 成 3 cm×3 cm×4 cm 的 小 木 块 100 多块打磨备用；
②将 地 板 截 成 80 cm×6 cm 的 长 条 4 块 ； ③长条木板： 选择合适的旧木板截成 160 cm× 10 cm×2 cm 长 条 1 块 ； ④方形胶合板：选择合适的胶合板截成 22 cm× 20 cm 长 方 形 1 块 ，在 其 背 面 沿 边 缘 钉 上 木 框 ； ⑤椭圆形胶合板：选取宽约 30 cm，高约 40 cm 的 胶 合 板 ，在 距 底 边 10 cm 处 做 成 直 角 ，上 面 做 成 近椭圆，下面连接木板底座，底面钉上凸形木条， 小直角边上钉弧形木板； ⑥球形葫芦 ：选 自 然 生 球 形 葫 芦 1 个 （准 约 15 cm） 将 其 内 胆 取 净 ， 在 两 侧 对 称 切 割 出 方 形 洞 （约 11 cm×6.5 cm），打 磨 备 用 。 ⑦纯形葫芦：选自然生纯葫芦形葫芦 1 个（直 径 最 大 处 约 15 cm） 将 葫 芦 倒 置 ， 切 去 大 球 顶 端 ， 除掉内胆， 在两侧对称切割出梯形槽， 能容纳 mRNA 模 板 ，打 磨 备 用 ； ⑧三 叶 草 形 地 板 ： 选 取 10 cm×12 cm 地 板 块 3 块，将其切割打磨成三叶草形的两叶状，在其底 端 再 横 上 1 块 地 板 条 （约 9 cm×3 cm），居 中 钉 好 ， 在左侧顶端铁丝做钩；
