Школьный исследовательский проект с применением биотехнологий

Обновлено: 04.07.2024

Активное освоение человеком естественных ландшафтов приводит к интенсивной деградации почв. Для проведения рекультивационных мероприятий необходимо провести предварительное обследование почв и экспертную оценку специалистов-почвоведов. Участники проекта научатся закладывать почвенный профиль, производить его геоморфологическое описание, отбирать образцы почв для последующего физико-химического анализа в лаборатории. Научатся картировать почвы, разрабатывать план рекультивационных мероприятий. Научная тематика представлена нобелевским лауреатом Рикардо Валентини, являющимся руководителем лаборатории исследования климата ДВФУ. Планируется визит Валентини в конце смены с лекцией и экспертизой работы участников проекта

Семаль Виктория Андреевна, кандидат биологических наук, доцент кафедры почвоведения Школы естественных наук Дальневосточного федерального университета, старший научный сотрудник, доцент Федерального научного центра биоразнообразия наземной биоты Восточной Азии ДВО РАН

Микробный топливный элемент как новый источник возобновляемой энергии из органических отходов (паспорт проекта)

Проект основан на технологии микробных топливных элементов и совмещает альтернативную (возобновляемую) энергетику и переработку отходов, в том числе агропромышленного комплекса. Проблему превращения отходов в энергию, как правило, решают через биогаз, но есть способ лучше. Цель проекта — создать микробный биореактор с анодофильными бактериями, способный напрямую трансформировать отработанную агроорганику в маломощную электрическую энергию. Участники исследуют влияние физических, химических, биологических факторов на эффективность очистки и электрогенеза, подоберут устройства — потребители энергии. Будут собраны лабораторные и полевые устройства для получения биоэлектричества с помощью бактерий из органических веществ. На их основе будут созданы модели автономных источников энергии для маломощных устройств, в том числе донные (бентосные) и растительно-микробные топливные элементы для использования в водной и почвенной среде

Лазукин Андрей Александрович, студент биологического факультета Кубанского государственного университета

Биоплато для очистки воды и питания датчиков мониторинга (паспорт проекта)

Проект основан на технологии микробных топливных элементов (МТЭ)
и фиторемедиации, совмещает технологии возобновляемой энергетики и очистки окружающей среды, в том числе агроценозов. Цель проекта — создать биоплато, включающее растения и микроорганизмы, для очистки воды от поступающих в нее загрязняющих веществ: соединений азота и др. Одновременно оно будет обладать функциями источника возобновляемой энергии, используемой для электропитания датчиков агро- и экомониторинга среды. Будет исследовано функционирование различных вариантов устройств в полевых и лабораторных условиях

Волченко Никита Николаевич, кандидат биологических наук, доцент кафедры генетики, микробиологии и биотехнологии биологического факультета Кубанского государственного университета

Молекулярные маркеры хозяйственно полезных признаков в селекции растений (паспорт проекта)

Использование в селекции молекулярных маркеров, т. е. определенных последовательностей ДНК, позволяет быстро определить присутствие гена в растении без проведения долгих полевых испытаний и уменьшить на несколько лет время создания нового сорта. При выполнении проекта участники определят гены, отвечающие за содержание жирных кислот в подсолнечнике,
а также за его вкусовые качества. Школьники познакомятся с опасными заболеваниями и вредителями подсолнечника и проанализируют коллекцию сортов на устойчивость к одному
из них. Помимо этого, проектная команда познакомится с культурой, созданной человеком в XX веке методами классической селекции, и узнает, как с помощью современной маркер-ассоциированной селекции на уровне ДНК сделать ее засухоустойчивой, улучшить питательные качества зерна. Участники научатся выделять ДНК растений, проводить полимеразную цепную реакцию, увидят маркеры хозяйственно ценных признаков и проанализируют полученные данные биоинформатическими методами

Выработка мягкого сыра с использованием лактулозы и растительных компонентов (паспорт проекта)

Проект посвящен разработке условий внедрения в промышленности новых технологий, позволяющих использовать различные немолочные компоненты, придающие известным продуктам особые свойства. В работе над проектом участники познакомятся с функциональными продуктами питания, станут непосредственными участниками производства мягкого сыра с использованием лактулозы, освоят методы оценки качества молочного сырья и продуктов: микробиологические и биохимические техники. Создадут качественно новый функциональный продукт — мягкий сыр, обогащенный лактулозой и растительными компонентами

Гнеуш Анна Николаевна, старший преподаватель кафедры биотехнологии, биохимии и биофизики Кубанского государственного аграрного университета имени И. Т. Трубилина

Получение трансгенного картофеля с улучшенными свойствами (паспорт проекта)

Население планеты Земля стремительно растет с каждым годом. Поэтому для комфортного существования человечеству требуется всё больше природных ресурсов. Использование новых технологий в сельском хозяйстве помогает накормить миллионы человек. Одна из таких технологий — изменение генома растений с помощью редактирования ДНК, добавления или выключения генов. На проектной смене участники будут решать задачу получения трансгенного картофеля с улучшенными свойствами. Школьники узнают, какие проблемы существуют при выращивании такой важной культуры, как картофель, рассмотрят варианты получения сельскохозяйственных растений с измененными свойствами. Освоят основные этапы получения трансгенного картофеля. Попробуют создать картофель
с заданными свойствами

Виноградова Светлана Владимировна, кандидат биологических наук, доцент кафедры генетики, биотехнологии, селекции и семеноводства Российского государственного аграрного университета — МСХА имени К. А. Тимирязева

Определение катехинов и кофеина в образцах чая методом высокоэффективной тонкослойной хроматографии (паспорт проекта)

Катехины, содержащиеся в больших количествах в основном в зеленом чае, обладают сильной антиоксидантной активностью, антиканцерогенным, антисклеротическим, антимутагенным действием, имеют антиаллергический, антибактериальный и антивирусный эффект. Также чай содержит кофеин, обладающий стимулирующим эффектом. Кроме катехинов и кофеина (наиболее биологически важных), чай содержит много других компонентов. Поскольку применяемые методы определения химического состава чая недостаточно информативны, необходимо научное обоснование нового способа аналитического контроля качества чая с использованием хроматографических и электрофоретических методов определения химического состава разных сортов чая. Эти методы позволят связать качество чая и его полезные свойства с содержанием конкретных компонентов и тем самым оптимизировать технологию его производства на разных этапах

Бессонова Елена Андреевна, кандидат химических наук, доцент кафедры органической химии Санкт-Петербургского государственного университета Института Химии

Разработка тест-системы для диагностики патогена винограда (паспорт проекта)

Виноград — одна из главных культур южных регионов России. Высокое поражение фитопатогенами снижает урожайность, а также качество продуктов переработки винограда. Вирусные и бактериальные заболевания винограда мало изучены в России, информации
об их распространении недостаточно. Однако симптомы поражения этими заболеваниями могут быть очень разнообразны и схожи с повреждениями гербицидов, низких температур или вообще не проявляться на ранней стадии. Поэтому необходимы точные молекулярные методы диагностики патогенов. Цель проекта — провести обследование виноградника на наличие фитопатогенов и разработать тест-систему для молекулярной диагностики одного из них. Участники проекта побывают на винограднике, посмотрят, какие патогены поражают растения, разработают тест-систему для молекулярной диагностики одного из патогенов

Поротикова Елена Владимировна, участник проектов в области молекулярной фитопатологии, научный сотрудник

Участники направления

Участники направления "Агропромышленные и биотехнологии"

1. Андреева Арина Александровна, Ханты-Мансийский автономный округ
2. Архипова Анастасия Сергеевна, Ульяновская область
3. Белкин Владислав Олегович, Орловская область
4. Венчиков Иван Константинович, Удмуртская республика
5. Волохов Иван Сергеевич, Орловская область
6. Галемина Инна Евгеьевна, Калужская область
7. Горшнева Екатерина Андреевна, город Санкт-Петербург
8. Дорохова Анастасия Евгеньевна, Челябинская область
9. Егорова Екатерина Андреевна, Московская область
10. Задорожный Михаил Владимирович, Республика Татарстан
11. Ивченко Егор Игоревич, Челябинская область
12. Кауртаев Савелий Дмитриевич, Тюменская область
13. Каширина Елизавета Георгиевна, Тульская область
14. Кваша Анастасия Валерьевна, город Севастополь
15. Кобяшева Нина Дмитриевна, Свердловская область
16. Крутских Алёна Антоновна, Липецкая область
17. Крутских Алина Антоновна, Липецкая область
18. Литвинов Данил Игоревич, Ульяновская область
19. Михольская Диана Валентиновна, город Москва
20. Мухтаров Шамил Шакирович, Липецкая область
21. Назаров Михаил Андреевич, город Москва
22. Никитченко Наталья Сергеевна, Новосибирская область
23. Овсянкин Иван Романович, Тюменская область
24. Павлова Анна Олеговна, Ленинградская область
25. Прикалаб Валентин Олегович, Кемеровская область
26. Прилепа Данила Андреевич, Ханты-Мансийский автономный округ
27. Романюк Ольга Сергеевна, Свердловская область
28. Свиридов Николай Сергеевич, Орловская область
29. Седельникова Дарья Андреевна, Ханты-Мансийский автономный округ
30. Скулкина Дарья Сергеевна, Кировская область
31. Ульрих Антон Александрович, Ханты-Мансийский автономный округ
32. Холодовская Софья Викторовна, Ханты-Мансийский автономный округ
33. Шарапова Полина Владимировна, Свердловская область
34. Янькова Анастасия Алексеевна, Московская область

Преподаватели

Руководитель направления

Соловьев Александр Александрович, доктор биологических наук, профессор, декан факультета агрономии и биотехнологии Российского государственного аграрного университета — МСХА имени К. А. Тимирязева.

Методист направления

Галахова Оксана Борисовна, магистр почвоведения, эксперт по проектной и исследовательской деятельности школьников, научный руководитель летних научно-образовательных школ, разработчик образовательных программ.

Руководители проектов

Проекты направления "Агропромышленные и биотехнологии"

Тема

Описание

Руководители проекта

Эрозия почв в условиях естественных и антропогенных ландшафтов (паспорт проекта)

Лазукин Андрей Александрович, студент биологического факультета Кубанского государственного университета

Биоплато для очистки воды и питания датчиков мониторинга (паспорт проекта)

Молекулярные маркеры хозяйственно полезных признаков в селекции растений (паспорт проекта)

Выработка мягкого сыра с использованием лактулозы и растительных компонентов (паспорт проекта)

Получение трансгенного картофеля с улучшенными свойствами (паспорт проекта)

Разработка тест-системы для диагностики патогена винограда (паспорт проекта)

Поротикова Елена Владимировна, участник проектов в области молекулярной фитопатологии, научный сотрудник

В нашей гимназии проводится большая и глубокая работа по формировани у учащихся навыков научно-исследовательской деятельности, развитию у учащихся интереса к исследованиям, которые затрагивают передовые достижения современной науки. Представленная работа рассказывает об одном из таких направлений - биотехнологии. Автор работы - ученик 5 класса Кацыв Даниил изучал методику и технологию выращивания растений методом культуры тканей в лаборатории гимназии. Он практически освоил всю последовательность действий , процессов и применил их в своем исследовании. О содержании и ходе исследования рассказывают материалы, представленные в публикации.

Вложение	Размер
Научно-исследовательская работа.	2.79 МБ

Предварительный просмотр:

Подписи к слайдам:

ЗАДАЧИ: Отобрать виды растений для микроклонирования. Подготовить все необходимые материалы для приготовления маточного раствора в химической лаборатории. Приготовить агаризованную питательную среду. Простерилизовать среду, все материалы и посуду. Подготовить посадочный материал методом обеззараживания. Выделить части растений для посадки на питательную среду и осуществить посадку. Обеспечить опытным растениям необходимые условия для развития, вести наблюдения за их состоянием и развитием. ЦЕЛИ РАБОТЫ: Изучить теоретические и практические основы метода культуры тканей и его применения в биотехнологии растений. Ознакомиться с правилами и приемами приготовления питательных сред, отбора растительного материала, подготовки материала к выращиванию методом культуры тканей, создания условий для роста и развития клеточных культур. Осуществить посадку клеточного материала на питательные среды и обеспечить их развитие и дальнейшее размножение .

АКТУАЛЬНОСТЬ Данное исследование и его практические результаты являются актуальными, так как они: - соответствуют новым направлениям в научных исследованиях; - способствуют развитию представлений о современной биотехнологии; - формируют практические умения по ее применению . МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ: работа с научной литературой, интернет – источниками; работа с лабораторным оборудованием, приготовление маточных растворов, питательной среды, стерилизация сред и материалов, отбор растительного материала, подготовка , обеззараживание, микроклонирование, выращивание в условиях in vitro; наблюдение, исследовательская работа, компьютерная обработка материалов, составление таблиц, презентация

МЕТОД КУЛЬТУРЫ ТКАНЕЙ (МКТ) И ЕГО ЗНАЧЕНИЕ . Метод культуры тканей применяется: - для получения ценных БАВ; -клонального размножения растений; -получения оздоровленных растений - ускорения селекционного процесса; - генетического улучшения растений; -сохранения генофонда редких видов. МКТ - это выращивание целых растений, из их отдельных частей, растительных клеток на искусственных питательных средах в стерильных лабораторных условиях.

ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ ЧАСТЬ ОТБОР : СЕНПОЛИЯ ОРХИДЕЯ КАРТОФЕЛЬ ПРИГОТОВЛЕНИЕ ПИТАТЕЛЬНОЙ СРЕДЫ (ПС) : МАТОЧНЫЙ РАСТВОР И АГАР-АГАР

СТЕРИЛИЗАЦИЯ ПОСАДОЧНОГО МАТЕРИАЛА Стерилизованные фрагменты растений стерильным скальпелем разрезались на отдельные части, содержащие центральную жилку. Кусочки тканей и глазки картофеля помещены на стерильную питательную среду в чашки Петри, колбы и пробирки. Все экспонаты помещены в теплое освещенное место. РАЗМНОЖЕНИЕ МЕТОДОМ КУЛЬТУРЫ ТКАНЕЙ

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ В РЕЗУЛЬТАТЕ ДАННОГО ПРОЕКТА ОСУЩЕСТВЛЕНО : Ознакомление с технологией размножения растений, методом культуры тканей и выращиванием растений на питательной среде в условиях in vitrо. Освоение методики приготовления маточного раствора макро и микроэлементов, питательной среды на основе агар-агара. Практическое освоение правил стерилизации и подготовки посадочного материала и посадку его на питательную среду. Проведение наблюдения за состоянием культуры, ее ростом и развитием.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ Задачи, поставленные мной перед началом работы, выполнены, цели достигнуты, но исследование не закончено , оно продолжается, я наблюдаю за развитием эксплантов. Надеюсь вырастить растения, довести их в развитии до взрослого состояния. Так же необходимо создать лабораторию с условиями, необходимыми для такой работы, так как наши условия не совсем соответствуют требованиям. Работа мне очень понравилась и я с удовольствием буду ее продолжать дальше, ставить новые задачи и решать их.

Автор: Площук Наталья Геннадьевна
Должность: учитель биологии
Учебное заведение: НОЧУ ЦО Международная гимназия в Новых Вешках
Населённый пункт: пос. Новые Вешки, Мытищинского района Московской области
Наименование материала: статья
Тема: Современная биотехнология в школьной лаборатории.
Раздел: среднее образование

Современная биотехнология в школьной лаборатории.

Современная биология разрабатывает множество направлений практических

исследований, в которых могут принимать участие и школьники. Знакомство

с практическими технологиями выращивания и ухода за растениями дает

возможность расширять, углублять знания учащихся, проводить собственные

исследования в рамках проектно-исследовательской деятельности, делать

свои первые шаги в науке.

В этом учебном году, в биологической лаборатории гимназии

разрабатывались несколько направлений исследований, об одном из которых

расскажем более подробно. Это современные биотехнологии выращивания

растений методом культуры тканей. Исследование по этой теме проводил

ученик 5 А класса Кацыв Даниил, под руководством учителя биологии

Площук Натальи Геннадьевны.

Целью работы было изучение теоретических и практических основ метода

культуры тканей и его практического применения в биотехнологии растений.

Юному исследователю следовало знакомиться с практическими правилами и

приемами приготовления питательных сред, отбора растительного материала,

подготовки материала к выращиванию методом культуры тканей, создания

условий для роста и развития клеточных культур. Осуществить посадку

клеточного материала на питательные среды и обеспечить их развитие.

В процессе знакомства с теоретическими материалами, Даниил узнал, что

метод культуры тканей уже имеет широкое применения в разных отраслях.

При помощи научной литературы, видеоматериалов была изучена технология

клонирования, состав и правила приготовления питательных сред, отбора,

подготовки, обеззараживания посадочного материала. Был подготовлен набор

всех необходимых материалов и оборудования.

После изучения теоретического материала, Даниил применил полученные

знания на практике.

Для проведения практического размножения растений методом культуры

тканей, мы выбрали комнатные растения – сенполию и орхидею. Сенполия

размножается вегетативно листовыми черенками, поэтому можно выделить

небольшую часть молодого листа с центральной жилкой, где есть

образовательная ткань и таким образом из этой части вырастить новое

растение. Орхидея трудно размножается вегетативно, но метод клонирования

позволяет получить новые растения из тканей листа. Поэтому мы решили

попробовать этот вид для клонирования.

Третий вид растения, выбранный нами – это картофель. Он легко

размножается глазками – зачаточными побегами, содержащими

Первым этапом работы было приготовления маточного раствора,

содержащего все необходимые растениям макроэлементы, микроэлементы,

витамины, источники углерода и энергии, стимуляторы роста в соответствии

с составом среды Мурасиге и Скуга.

В химической лаборатории при помощи электронных весов Даниил взвесил

каждый из компонентов в расчете на 0,5 литра маточного раствора и

растворил в дистиллированной воде, постепенно добавляя каждый состав в

Вторым этапом работы было приготовление питательной среды на основе

агар-агара и добавление в нее маточного раствора, стимуляторов роста и

Полученную среду мы разлили в стерильные чашки Петри, колбы и

пробирки, которые предварительно стерилизовали кипячением на водяной

бане. Таким образом была подготовлена питательная среда для дальнейшей

После приготовления среды, промытые с мылом в проточной воде и

подготовленные для посадки листья и глазки картофеля , опускали в раствор

перекиси водорода, выдерживали 10 минут и промывали трижды в

После стерилизации, листья стерильным скальпелем Даниил разрезал на

отдельные части, содержащие центральную жилку. Кусочки тканей и глазки

картофеля помещались на стерильную питательную среду в чашки Петри,

колбы и пробирки. После этого все экспонаты были поставлены в теплое

освещенное место для дальнейшего развития.

После истечения нескольких дней в двух колбах с глазками картофеля мы

обнаружили следы развития микроорганизмов. Это означало, что на

питательную среду вместе с эксплантами, попали быстро растущие

микроорганизмы. И так, как экспланты оказались зараженными, мы решили

выяснить, какая микрофлора может поражать растения? Через несколько дней

поверхность среды покрылась пушистым налетом плесени. Мы привели

микроскопическое исследование плесени и определили, что среда заражении

грибами мукором и пенициллом. Фото с микроскопа смотрите ниже.

Нам пришлось повторить посадку эксплантов на новую среду. Сейчас мы

наблюдаем за их развитием.

В результате проведенной работы, учащийся 5 А класса ознакомился с

технологией размножения растений, методом культуры тканей и

выращиванием растений на питательной среде в условиях in vitro. Освоил

методику приготовления маточного раствора макро и микроэлементов,

питательной среды на основе агар-агара. Использовал один из методов

стерилизации среды, посуды, посадочного материала и определил степень их

эффективности в наших условиях. Исследовал состав микрофлоры, которая

поражает культуру при нарушении стерильности.

Ознакомился и практически освоил правила стерилизации и подготовки

посадочного материала и посадку его на питательную среду. Провел

наблюдение за состоянием культуры, ее ростом и развитием.

Работа Даниилу очень понравилась и заинтересовала его. Такие

исследования и практические работы позволяют школьнику приблизиться

вплотную к современной науке, делают ее более понятной и доступной

Список использованных литературных источников.

1. Т.И. Дитченко. Культура клеток, тканей и органов растений. Цикл лекций

Урок-проект требует определенной подготовки, как учителя, так и учеников. Обычно заранее надо определить место такой формы урока в календарно-тематическом планировании. Учитель точно должен знать, что он хочет иметь в итоге: определенную сумму знаний, сформированное отношение к какой-либо проблеме, умение работать в коллективе, умение вести дискуссию. Но в результате все-таки должен быть получен наглядный результат работы учащихся. Это может быть буклет, плакат, рукописный журнал, в создании которого внес вклад каждый ученик класса, а сейчас появилась возможность делать по результатам работы такого урока презентации.

Читайте также: