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为科研采集猪粪,省实学子拿下全国科技创新大赛4个奖项 _亚博

文章出处:亚博 人气:206发表时间:2019-11-02 13:01:20

  四环素类抗生素危害人体健康,怎么安全降解它?高层火灾频发,智能救援小车能不能救生命于水火之中?这些“高大上”的研究课题,出自广东实验中学(简称“省实”)的初高中学子。

  在今年举办的第34届全国青少年科技创新大赛中,省实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。8月2日,获奖学生向记者分享他们的科创故事。

林毓琇和师兄一起研制了“仿左轮手枪转盘式”定时连续自动大气取样装置。

  自制大气取样装置研究甲烷吸收通量

  今年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。其中,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,一整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,林毓琇正式开展了研究。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。

  “在正式开展研究的一年里,我每个月都要到森林里采集气体,一去就是几个小时,常常汗流浃背,还要遭受蚊虫叮咬。“林毓琇说,她从小就热爱科研,经常研制一些小发明,这已经是她第二次参加全国青少年科技创新大赛。

  林毓琇介绍,她今后将加大取样区土壤微生物的研究,以更直观地了解城市森林与城郊森林土壤对大气CH₄吸收和CO₂排放通量存在差异的根本原因,为提高对城市森林土壤碳固持机制与减排功能的认识、改善城市生态环境作出贡献。

  

省实学生为进行四环素类抗生素降解酶研究到猪场采集猪粪。省实供图

  采集猪粪研究四环素类抗生素降解酶

  省实学生郑艺曾看过一则新闻报道,该报道指出在儿童的身体中检测出畜禽养殖所使用的四环素类抗生素,这类成分将对儿童的生长发育造成不良影响。有一天,她的爸爸买回一盒有机蔬菜,引起了郑艺的疑问:我们的日常食品是不是也会残留四环素类抗生素呢?

郑艺(右)介绍《四环素类抗生素降解酶研究》项目。

  为了解答疑问,郑艺在网上购买四环素类检测卡并进行测试,在平时食用的有机蔬菜中检测出了残留的抗生素。联想到它的危害,她产生了研究如何降解环境中的四环素类抗生素的想法,并开始了《四环素类抗生素降解酶研究》,该研究项目在第34届全国青少年科技创新大赛中获得二等奖。

  时间倒回到2017年,感兴趣于如何降解环境中的四环素类抗生素的郑艺与好友李盈萱、朱颖琪一拍即合,组成实验小组,在老师的帮助下联系了大学实验室,并在2018年1月开始了她们的科学研究。

  

  

  “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?”秉着“生生相克”的想法,实验小组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。

  她们又耗费了2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。2018年10月,在大学实验室的帮助下,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,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。

  “本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。” 郑艺表示,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的研究,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、畜禽养殖厂、医院等污水处理系统等。

  说起采集猪粪、从猪粪中分离菌株等过程的辛苦,郑艺笑着说:“其实还好,实验精神嘛。”

  【南方网全媒体记者】马立敏 实习生 程楚瑶

  【图片】王辉

  【通讯员】朱伯东

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