全國中小學科展

第54屆--民國103年

miRNAs在光形態發生中的影響

當幼苗從土壤萌發接觸到陽光時,會產生生理上的變化以適應環境,稱為光形態發生。microRNA是一種轉錄後調控因子,可以幫助植物適應環境的快速變化。因此我們推測microRNA在植物的光形態發生中可能扮演一個很重要的角色。在實驗中,我們選擇阿拉伯芥 (Arabidopsis thaliana) 作為測試對象。為了驗證我們的假說,我們從實驗室先前的次世代定序結果,選出可能的候選miRNA-target pairs,再透過北方墨點法 (Northern blot) 和即時聚合酶連鎖反應 (Real-Time PCR) ,確認microRNA和其目標message RNA在植物光照後的實際表現量。最後我們選擇miR396s和miR858s,因為其表現量在北方墨點法的結果中是受光調控的,而且從即時聚合酶連鎖反應的數據,我們可以看到miRNA和其目標基因 (mRNA) 的量有明顯的負相關。接著,我們藉由突變株的觀察,了解目標基因 (mRNA) 的缺失對植物生長的影響。為了進行光形態發生的表徵觀察,我們篩選出含有同型T-DNA插入子的植株。目前,阿拉伯芥幼苗在缺少MYB6和GRF7時,對於光的刺激較敏感,像是花青素及葉綠素的量較多、具有較大的子葉。由於我們無法取得miR858的突變株,而且在同一microRNA家族內會有functional redundancy的現象,使我們挑選的microRNA的功能被削弱。因此,我們將target mimicry 的construct引入。此外,我們也正在篩選MIR396B和MIR858A的過度表現株。我們會利用這些突變種進行光形態發生的表徵觀察。透過研究與觀察光形態發生的表徵,我們可以找出miRNA-target pairs在光形態發生中的調節功能。

「囪」破「風」鎖線-學校斜屋頂排熱效能之探究

學校為了解決屋頂伸縮縫漏水問題,在前棟建築頂樓及原空中花園位置修建了斜屋頂。斜屋頂完成後,雖然我們有了美觀的建築,但炙熱的陽光照射在黑色的塑鋼屋頂,在屋頂下形成悶熱的空氣並封鎖住了,設置的通風口卻因位置過低無法發揮功能。這悶熱的空氣最後由較高的連接後棟的通道流向鄰近的教室(B405)及上、下樓層的樓梯間並停滯,形成此三處的溫度遠高於他處。在模型屋頂上設置煙囪式或聖誕樹形屋頂可有效導出熱空氣,因熱空氣上升的煙囪效應自然排出熱氣,使學校增添零汙染節能的綠建築。

淺「彈」虎克-自製拉力計對虎克定律的研究

在上一屆(第53屆)學長學姊的科展中,我們曾經實際參與實驗操作過程,覺得彈簧垂直吊掛砝碼的測量方式,可能會在掛鉤部分會造成誤差,所以我們參考市面上販售的水平式測量拉力計,雖然覺得可符合實驗需求,但唯一缺點是價格太昂貴,於是我們決定自行製作拉力計。在鄰居磅秤行老闆的協助下,設計出經濟又實用的拉力計,並展開實驗。經過一整個暑假的實驗後,我們針對彈簧在彈性限度內研究,發現彈簧的新舊程度確實會影響其k值,進而可能影響到測量功能,對每一條彈簧測量功能的影響而言,則會因每次實驗而不同,且k值整體上有漸漸下降的趨勢。彈簧第一次使用(全新)時,k值會特別大,但經過多次測量後,就會接近虎克定律中所謂的穩定k值,即在彈性限度內,拉力與伸長量成正比。

尋根究底-菌根菌與植物的共生現象

本實驗是探討菌根菌與植物(非絕對菌根植物)的共生關係並以紅豆與綠豆為菌根菌的接種對象。觀察植物在有無菌根菌接種處理後的生長影響並實驗是否藉由植物根系間的聯繫而相互傳遞。結合之前微波爐實驗來模擬土壤中微生物相狀態、植物種植過程中之處理狀況等實驗來觀察菌根菌效益。結果發現,有接種菌根菌的植株生長性狀多比未接種菌根菌的植株佳,但若植物本身不夠強壯或在栽種初期時菌根菌共生的效益並不易呈現。將植物根部進行染色切片,顯示紅豆有菌根菌(內生菌根)感染共生,菌絲在細胞間隙生長,形成叢枝狀體(arbuscule)與寄主細胞間交換養分。

空間螺線的代數分析

本研究試著將兩種自然界中存在的完美幾何圖形正四面體和螺線,利用空間代數分析,將其外接的數學特性作深入探討。鑽石是已知自然存在最硬物質,而它的最基本組成分子結構就是正四面體,每四個相鄰的碳原子均構成正四面體[1],正四面體是柏拉圖立體中唯一一個所有頂點之間的距離都相等的,同時正四面體也是三維空間中使4個頂點每兩個頂點間距離相等的唯一方式結構[2] ; 螺線模式通常自發性地存在自然界當中,而螺線形式可以在拉長一段距離的情況下,仍維持節構的緊緻,在增加表面積的同時兼具一定的強度,螺旋狀型體在自然界普遍存在一定有其特定的數學模式,當正四面體遇上螺線是否能形成完美的數學形式結合?

無鎖不能-在n*n方格中卡住五連方格的探討

本研究探討在n×n的方格表中,8種五連方格之 fi(n)值,其中fi(n)表示要使第i種五連方格無法置入時,最少要挖去1×1方格的個數。研究結果發現: 一、除了f5(n)與f8(n)之值外,其餘fi(n)均可得到公式。(公式詳見表6-1) 二、雖然f5(n)與f8(n)之值無法得到公式,但可得到上下界。(上下界詳見表6-1)

「蟲」現萬年溪

水棲昆蟲的調查在一九八0年代運用在了解水質的研究上 ,本研究是為了取代過去儀器分辨水質的缺點,改採用貝津氏指標生物法,以水棲昆蟲族群了解萬年溪水棲昆蟲的生物地位及水質狀況,並在多次的採集將誤差降到最低後,初步結果顯示: 1:萬年溪水棲昆蟲的族群全流域皆有,數量及種類不多。2:水質與水速最能影響萬年溪水棲昆蟲分布。3:萬年溪水棲昆蟲並非流域中的優勢族群,進而影響生物網。4:外來生物強勢入侵台灣河川,改變生態。並提出萬年溪復育方面三點建議:A.定期排放河水時應注意水量。B.依不同水質汙染來源實施相對改善措施。C.水質改善為首要工作(如降低濁度、提高溶氧量等)做起,讓底棲生物(如昆蟲)自然復育到一定數量。

變形楊式矩陣的探討

楊氏矩陣(Young tableau)是一個每列格子數遞減的表格,要把數字依照右大於左及下大於上填入,而歪斜矩陣(Skew tableau)是楊氏矩陣的變形,是將楊氏矩陣再以另一個楊氏矩陣的形狀挖空,但每列必須相接,填入規則也是一樣。但不同的是,楊氏矩陣的排列方法數公式已被解出,但歪斜矩陣多了許多的變數所以還沒有像勾值公式(Hook fomula)的通式出來。我舉了某些特殊形狀的歪斜矩陣做討論,歸納一些共通的性質,也推導可行的通式,讓這些形狀的歪斜矩陣計算上不需要再使用窮舉,讓計算時間更加縮短。

「疊」影重重-論摺紙之最大重疊面積

對於一張非線對稱的色紙,該怎麼摺使其重疊面積為最大呢?我們研究對於任意非等腰三角形的特定折法,並嘗試找出最佳折線。文中給出過頂點折線的重疊面積最大值、三邊平行線的重疊面積最大值、三邊垂線的重疊面積最大值。在過程中我們可發現:雖然無法明確找出最佳折線,但上述的特殊折法非常接近最佳折法,因此如果能給出已知三邊長度的三角形,我們即可逼近最佳折線的重疊面積。文末對於非對稱平行四邊形亦作如上分析,並期望能夠掌握三角形、四邊形到非對稱n邊形之最佳折線,對其特殊折法做更深入的剖析。

XM-L2 LED LAMP手機控制照明研究

當前為照明交替的世代,已由傳統日光燈管、省電燈泡漸漸為LED照明所取代。LED具有壽命長、安全性高、發光效率高、色彩豐富、驅動與調控彈性高、體積小、環保等特點;手機為現代人隨身用品,並且複合多項資訊化功能,並且持續高度發展。 這次研究在於取手機之方便性,加上LED照明之優點;透過手機APP的控制可以輕易的操控LED及亮度,並且提供用電量及效率資訊,可以提醒我們適度的節能。如下圖所示: 並以智慧控制的方式,來探討各種控光技巧有效運用,以達到實用與節能並重。例如:使用人體檢知位置,再以重力場計算做整體性調光,使光線有效運用,有效節能。