廣州六中作為全國科學教育創新十佳學校、全國科學教育實驗校,每年長假期間,為具有一定創新潛質、致力于科技特色發展的中學生提供一個接觸科學、走進科學、參與科研的實踐機會,挖掘他們的創新潛質,增強學習的自信心和競爭力,廣州六中與著名高校和科研院所聯合舉辦假期科創營。從多領域征集創新研學項目供學生選擇,項目組成員在導師的指導下共同完成項目學習、動手實驗或實物制作,并提交研學報告、心得體會。這些項目的研學成果是學生未來參加各類創新發明大賽、培養創新能力的基礎性素材。
近年來,為落實教育部等十八部門《關于加強新時代中小學科學教育工作的意見》(教監管〔2023〕2號),在教育“雙減”中做好科學教育加法的各項措施全面落地,一體化推進教育、科技、人才高質量發展,廣州六中持續開展了“推進科技特色高中高質量發展的科技創新活動”,加強高校與高中協同育人在人才培養方面的銜接,推進科學探索實驗室、綜合實驗室、創新實驗室、科學場館等建設,配齊配好實驗儀器設備和資源,為科學教育提供了強有力的軟硬件支撐。
這次暑假,廣州六中有13名學生在老師的指導下選擇5個項目進行探究實驗,取得了階段性成果。
紅樹林特境微生物活性分子的新發現
許湘婕 孫晨曦 曾子涵
中國科學院南海海洋研究所,作為國家級綜合性海洋研究機構,始終站在熱帶海洋科學探索的前沿,致力于生態安全、綠色發展與海洋資源利用保護等關鍵領域的研究,為我國海洋事業提供了堅實的科研支撐。
7月25日至29日,來自廣州六中的許湘婕、孫晨曦、曾子涵三位同學相約來到中國科學院南海海洋研究所(簡稱“南海所”)。在老師的指導下,師生合作探索“紅樹林特境微生物活性分子。同學們圍繞紅樹林這一獨特生態系統中的微生物資源,深入研究了其抗菌活性代謝產物的奧秘。
聆聽專家講座
紅樹林,被譽為“海洋綠肺”,不僅是眾多生物的棲息地,更蘊藏著豐富的微生物資源。這些微生物在長期進化中形成了獨特的代謝機制和抗菌活性,成為醫藥、環保等領域的研究熱點。
本次研學聚焦于斯里蘭卡紅樹林這一獨特生態系統,利用先進的微生物發酵調控技術和分子網絡技術,探索其中的微生物資源及其抗菌活性代謝產物。
配制PDA培養基
在老師的悉心指導下,三名同學通過脅迫培養策略,成功從一株紅樹林來源的微生物中分離出兩個結構新穎的氧雜蒽酮類天然產物。這些化合物不僅結構獨特,還展現出潛在的抗肺纖維化藥用活性,為新藥開發提供了寶貴的前體分子。同時,他們對實驗方法與流程進行了系統優化,顯著提高了新穎代謝產物的發現效率。
接種微生物
菌株的上架
在研究過程中,同學們不僅掌握了HPLC化學分析、GNPS全球天然產物分子網絡分析等先進技術,還學會了如何構建高效的藥源微生物快速挖掘體系。這些技術不僅幫助他們從復雜的代謝產物中快速篩選出具有潛在價值的成分,還培養了他們的科學思維和創新能力。
硅膠柱層析的裝柱準備
成長之路,收獲滿滿
通過不懈努力,三名同學不僅取得了比較顯著的科研成果,更在科研過程中收獲了寶貴的經驗。他們學會了如何像科學家一樣思考與探索,如何在面對挑戰時保持冷靜與堅持。更重要的是,他們深刻體會到了團隊合作的重要性,學會了如何在失敗中尋找原因并不斷改進。
分工協作,完成實驗
海洋之夢,科學之光
紅樹林特境微生物活性分子的新發現不僅為藥物開發提供了新線索,更為我們展示了自然界中蘊藏的巨大潛力。通過這次研學,三名同學不僅學到了實驗儀器的操作、積累了科研經驗,更在科研道路上邁出了堅實的一步。我們相信,在未來的日子里,他們將繼續秉持科學精神,探索未知領域,為人類的進步和發展貢獻自己的力量。
研學心得體會
(一)
在現代藥物研發中,自然界中的微生物資源正逐漸顯現其無可替代的價值。斯里蘭卡紅樹林生態系統作為一個獨特的可持續性生態環境,蘊藏著極其豐富的微生物資源,其特殊的環境促使微生物產生了許多獨特的代謝產物。我們參與的研究旨在探索這一生態系統中的微生物資源,通過創新的方法和技術挖掘藥源分子,為藥物開發提供新線索。在實驗過程中,我深刻體會到了科學研究的復雜性和挑戰性,也學習了很多科學研究的新思路。
傳統的藥源微生物篩選通常依賴于大量的隨機篩選,這種方法既費時又費力,且成功率較低。我們參與的研究做出了創新性嘗試,結合分子網絡技術進行化學排重,構建了一套高效的藥源微生物快速挖掘技術體系。這一方法的創新在于它不再依賴于盲目篩選,而是通過優化發酵條件和利用色譜柱等化學分析技術,大大提高了新代謝產物的發現幾率。
在菌株篩選階段,除了傳統的抑菌實驗,我們還使用了HPLC化學分析和全球天然產物分子網絡(GNPS)分析。HPLC化學分析能夠幫助我們快速分離和檢測發酵液中的化合物,而GNPS分析則通過構建化學分子網絡,有效排除已知化合物,集中精力挖掘潛在的新型代謝產物。這些新的技術使我們能夠從復雜的代謝產物中快速找出具有潛在價值的成分。
通過這次實驗經歷,我們深刻領悟到在科學研究中,創新和優化的重要性。我們將會把嚴謹和創新精神應用在未來的學習和生活中,仔細觀察,認真思考,敢于創新,培養鍥而不舍的精神。
(二)
聽了關于從生態系統發現微生物資源的精彩講座,平時較少接觸的新鮮事物同學們立刻來了興趣??茖W發展了如此之久,人們對于陸地上的事物元素等已了解頗多,因此對遼闊又神秘的大海的探索也由此展開。我們逐漸意識到新化合物的合成對一些疾病的治療意義重大,為人類的未來有巨大的影響,更加期待在實驗中去發現、探索。
在實驗過程中我們收獲頗多:
(1)斯里蘭卡紅樹林底泥中蘊含豐富資源,但在眾多化合物中需要通過活性篩選、GNPS、HPLC分析等方式縮小范圍找到代謝產物豐盛的菌株,方便高效提取其代謝產物,甚至發現新產物。
(2)學習相關實驗步驟并熟悉眾多儀器:鞏固了學校生物實驗中的接菌步驟,并熟練運用于研究所需,而在此基礎之上,我們還學習了自制培養基,便于設計對照實驗。此外我們在指導下還完成了細菌、真菌的保菌以及對被保菌的菌種復活、接種;學習使用液相色譜儀,分離提取物并觀察分析色譜圖。
(3)逐漸培養嚴謹的研究思路:體會到要在一切行動之前先有所思考并提前計劃,在發現有意義的化合物之前可以通過菌株篩選以縮小范圍提高效率,這種方法在眾多學習、研究中都至關重要,否則一切都是大海撈針浪費時間與精力。
(4)學會查找文獻資料:在科學研究中,前人的研究成果和研究方法是我們需要學習的。在查閱文獻的過程中,我們的總結能力不斷提升,學習能力也不斷加強。從最初的模仿方法,到參考過程,再到最后再創新思路,得到新數據。
(5)體會到創新的重要性:若沒有大膽的嘗試與堅持的探索之路科學的發展將就此止步,斯里蘭卡紅樹林中仍有大量資源尚未開發,是探索的好機會,在本次研究的過程中我們試著提出不同的觀點及方法,并通過實驗嘗試論證。但要注意的是創新不是天馬行空的,我們應當給予實驗數據亦或前人文獻確定自己研究的大方向,在嘗試提出新問題,新觀點。
家長寄語
(一)
在老師們精心指導下,孩子們經過不懈的努力,終于從紅樹林微生物中成功分離出了具有顯著活性的分子,并初步驗證了紅樹林微生物活性分子潛在的藥用和環保等價值,這為小孩在未來科學探索和求學成長中提供了無盡的空間。參與這次紅樹林微生物活性分子創新實驗活動,不僅僅是讓小孩經歷了一次對自然奧秘的探索之旅,更是一場科學思維與實踐能力并進的深刻體驗。尤其研究所先進的實驗設備、老師們高水平的專業技術指導讓小孩深刻體會到科學研究的魅力,同時,在科學實驗中面對問題和解決問題的艱辛過程,鍛煉了孩子堅韌不拔的毅力與團隊合作的精神。非常感謝學校給予的機會,感謝老師們的悉心指導!
(二)
非常幸運這幾名高中生可以參與這次紅樹林微生物活性分子創造實驗活動,孩子們通過這次活動持續保持對待問題的嚴謹態度與對世界的好奇,逐漸明白只有做好每一天的小事,方可成就理想的大事。只有相互欣賞、團結互助才能克服困難,完成實驗任務。希望小團隊里的同學們今后將無限可能化為實際行動,創造屬于他們的燦爛未來!
感謝中科院南海所周雪峰教授團隊和六中宋建陵老師團隊!
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