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实验室做实验 |
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三个高中女生组成抗生素降解三人组 |
文/羊城晚报记者 蒋隽 实习生 张郡茹 通讯员 朱伯东 廖晓瑜 图/受访对象提供 水、土壤中残留的四环素类抗生素如何降解降低危害？森林吸收甲烷与全球变暖有何关系？如何为残疾人设计仿生义肢？……这些充满技术含金量的项目都是广州中学生的科创研究。 《广州市中小学劳动教育指导纲要》要求，部署推进STEM、创客教育有关工作也是劳动教育的一部分，鼓励学生基于兴趣，以项目学习的方式，在研究真实问题、技术制作和艺术创作过程中，进行创意制造实践。7月20日至25日，第34届全国青少年科技创新大赛举行，全国35个代表队同台竞技，广东共有12项青少年科技项目进入终评决赛。 新闻加点料 怎样成为科创人才？ 广东实验中学科技创新主教练王剑老师表示，学校会搭建各种平台，让不同的孩子都能得到发展。而对于热爱科技的孩子而言，家长和老师最需要做的，就是不打击，哪怕他们的想法听上去脑洞太大了，也让他们试一试。 “中学阶段可能是做科研思维最活跃的时候，因为一方面他们有了一定的知识积累，另一方面他们知道的并没有那么深入，反而不容易形成一些思维定势，可以天马行空。同时，学校的科研氛围非常浓厚，同学们都跃跃欲试，这也是省实近年来在各类科创比赛中成绩优异的重要原因。”王剑说。 A 扒猪粪分离出 能降解四环素类抗生素的菌株 在第34届全国青少年科技创新大赛上，广东实验中学学子获得一等奖一项、二等奖一项、三等奖一项、专项奖一项，成为广东省成绩最好的代表队。 即将升读高三的省实学生郑艺与同学凭借《四环素类抗生素降解酶研究》获得此次大赛二等奖。该项目找到一种水溶性蛋白，放入土壤、水体中，可以帮助降解四环素类抗生素，从而达到清除环境中抗生素残留的目的。 郑艺曾在新闻报道中了解到有儿童体内检测出兽用抗生素，可能是造成儿童肥胖的因素之一。一次，爸爸买回一盒有机蔬菜，引起了她的疑问：日常食品是不是也会残留四环素类抗生素？于是郑艺从淘宝上购买了四环素检测试纸，在有机蔬菜中检测出残留的四环素抗生素。 有没有办法降解？2017年进入高中后，郑艺与社团同学李盈萱、朱颖琪组成实验小组，一起开始四环素类抗生素降解酶这一课题的研究。 2018年1月，实验小组着手实践，一开始的想法，是首先找到具有降解四环素类抗生素的菌株。“所谓相生相克，会不会在抗生素残留最大的地方找到有降解功能的菌株呢？”通过大学实验室的帮忙，她们在广州市从化区的一个养猪场中对蔬菜、污水、水塘和猪粪便等进行采样，最终成功在猪粪便中分离了一株对四环素类抗生素具有降解功能的菌株。 随后，她们又耗费了两个月的时间，将菌株转化为能够应用在环境中的水溶性蛋白，并把这种蛋白命名为TDE。 在大学实验室的帮助下，去年10月，她们终于开始进行检测蛋白有效性的实验，采用两棵水培生菜作为对照组进行模拟实验，在其中一棵生菜的水中投入小组提取出的TDE蛋白，另一棵保持自然生长。实验结果表明，3天时间内，添加TDE蛋白的实验组与未添加TDE蛋白的阴性对照组相比，蔬菜组织中的四环素含量降低了62.7%，证实了TDE蛋白的体外四环素降解活性。 郑艺介绍，这项研究从蛋白层面为解决环境中的四环素类抗生素残留问题提供了安全有效的解决方案，并为环境中其他种类抗生素的消除提供了新的解决思路。实验组将对蛋白质的特性、存活条件和降解机制等进行进一步研究，希望提取出的四环素降解蛋白能应用于四环素类抗生素排污重灾区，如四环素类抗生素制药厂、畜禽养殖场、医院等污水处理系统等。 B 自制大气取样装置研究甲烷吸收通量 省实学生林毓琇的项目《珠江三角洲城乡梯度上典型森林土壤CH4吸收通量比较研究》获得一等奖，同时获得工银澳门科研创新专项奖。 “甲烷和二氧化碳都会引起全球变暖，但更多人关注的是二氧化碳和全球变暖的关系，那甲烷呢？”谈起项目研究的灵感，林毓琇说，这源于自己对全球变暖问题的关注。 为了研究相近纬度、相似气候条件下的城市森林与城郊森林土壤甲烷（CH4）吸收通量差异并探讨其机制，林毓琇在2017年2月就对城市森林气体进行了试采集。但她发现，传统的针筒采气法非常费时，一个上午的时间只能采集3个采样点的气体。发现这个问题后，她和师兄一起研制了“仿左轮手枪转盘式”定时连续自动大气取样装置，解决了定时、连续进行野外大气取样的难题，采集5个采样点的气体的时间总长缩短至2个半小时，成为该项研究的创新亮点之一。 解决大气取样的难题后，林毓琇正式开展研究。从2017年7月到2018年6月，她选择了城市森林（华南农业大学校园内的长岗山树木园）和城郊森林（鼎湖山季风常绿阔叶林），对其土壤CH4和CO2通量进行了为期1年的连续观测，并检测了土壤理化性质、细根及微生物等指标。 经过样品检测与数据分析，她得出研究结论：城市森林土壤对CH4的吸收能力显著低于城郊森林；城市森林土壤呼吸显著低于城郊森林，尤其在雨热同期的夏季；城市化引起的环境因子变化是造成城市森林土壤CH4吸收能力降低的主要原因。 C 为残疾人设计有压力和温度反馈的仿生义肢 广州市执信中学李辰熹同学的项目《基于肌肉电信号的仿生义肢》获得全国二等奖。 2017年春节，李辰熹在海珠区春节花市帮助区残联海桐分会做义卖活动时，有一个画面深深触动他：“一位双上肢残缺的残疾人士努力地想抓起一瓶矿泉水，最终却将水瓶碰翻在地，他只好无奈地摇头。那一刻我突然想到，是否可以帮助这些上肢残疾人士像正常人一样，完成这些动作呢？” 他查阅相关资料了解到，我国现有肢体残疾人士约2500万人，而绝大部分肢体残疾人承受不起现有义肢高昂的价格，而且现有的义肢没有温度和压力反馈，学习使用义肢的过程也是漫长和困难的。所以，他希望制作出肢残人士能买得起的、具有压力和温度反馈的仿生义肢，以满足他们基本的礼仪需求，同时帮助他们在日常生活中能够完成抓握和提取物品的简单动作。 2018年，他开始着手研究，在老师指导下，学习研究相关论文，学习机械结构的设计、电子电路原理、传感器的信号采集和单片机的编程控制知识，作了相关研究技术改进。他的作品，通过采集指浅屈肌收缩和舒张时产生的肌肉电信号，经过单片机的处理控制义肢手指张开与收紧，同时自动检测被握物体受到的压力大小和温度高低，通过安装在手部的压力和温度反馈装置，实时将被握物体的压力和温度传递给义肢使用者，使使用者能自主掌控压力大小，感知握住物体的温度，并通过贴合在义肢表面的发热膜向对方传递接近体温的温度，增强肢残人士的获得感满足感，提升对这个特殊群体的人文关怀。 目前已经实现的功能有：肌肉电信号的采集，义肢手指开合的动作控制，被握物体的压力与温度采集，义肢使用者的压力与温度感知，义肢表面的恒温控制。
