全國中小學科展

高級中等學校組

探討神經細胞特異性磷酸化PaxillinS119的進核機制與其在神經細胞生長中所扮演的角色

本研究發現在初代神經細胞於活體外生長至第七天時,位點 Serine119 被磷酸化的 Paxillin (p-PaxillinS119) 會從細胞質轉位進入至細胞核。我們使用 N2a 細胞進行轉染來探討 p-PaxillinS119 進核的分子機制,發現 p-PaxillinS119 進入細胞核需要位點Serine119被磷酸化,且得知Paxillin的 LIM 結構域中有 PY-NLS 序列,分別為 P516/Y517 及 P575/Y576,是藉由轉運蛋白 Importin β2 辨識該序列,並與其蛋白結合後帶入細胞核中。為了瞭解 p-PaxillinS119 進核對神經生長的影響,我們抑制 Importin β2 的蛋白核輸入功能,以及對 Paxillin 的 PY-NLS 進行點突變,皆觀察到軸突起始段的位置和長度異常,表示阻斷p-PaxillinS119進核會使神經細胞的成熟度延緩。我們亦發現神經細胞的 p-PaxillinS119 在細胞核中會呈現顆粒狀,與 RNA 剪接因子 P-SR 共定位在核斑點,也確認了 p-PaxillinS119 顆粒是具有核斑點的特性,顯示 p-PaxillinS119 進入細胞核後參與了 RNA 的剪接。

鹼稻「ㄎㄧㄤ」? ——探討水稻在鹼性環境下的生長差異與基因表現

氣候變遷導致土壤鹽鹼化,影響作物生長,本研究探討鹼化對水稻的影響,觀察兩種水稻品系在不同 pH 值培養基下,地上、地下部生長數值,及轉錄因子OsGRF1、3、7基因表現差異。結果水稻在 pH 11處理下生長較差,顯示耐鹽的TNG67及鹽敏感的NB水稻在高鹼環境中生長皆被抑制。此外,在 pH 5、7、9及11中兩品系水稻葉綠素含量沒有統計的顯著差異。在基因表現上,TNG67水稻之OsGRF1 mRNA表現量高可能是導致其生長較高的主因,OsGRF3的表現幾乎不受影響,OsGRF7的表現量在兩品系中均在 pH 7時有最大值, 以上結果暗示OsGRF1在 pH 5~9與TNG67地上部生長呈正相關。

吲哚衍生物的合成及阻轉異構物的探討

阻轉異構現象是一個經常被忽略的手性來源,是軸(axial)受空間中的立體阻礙而緩慢旋轉,導致不同手性的構形產生。這種隨時間變化的手性對藥物格外重要,因為在生物系統中,雙分子的作用深受配體和受體影響,其手性差異可能導致截然不同的結果。因此,我們決定設計一系列實驗探討阻轉異構物,以兩種方法測量構形轉換的能量障礙。 首先,我們合成了擁有不同大小基團的吲哚衍生物,接著藉由1HNMR判斷是否有阻轉異構物產生,再以變溫NMR分析阻轉異構物,並利用公式計算軸(C-N鍵)旋轉的能量障礙。另一方面,我們透過QM Torsion Profile Calculations模擬目標物旋轉的能量變化,求出其旋轉的能量障礙理論值,最後再配合文獻中的相關數據,得到阻轉異構物之間相互轉換的週期。

金刻遇鎳,突鈀錳進

本研究利用電位儀三電極系統,於foam-Ni上電沉積MnO2及Pd金屬,並以EDS、SEM進行電極表面的深度分析,協助瞭解電極表面產物之分佈及降解效能。 研究發現,使用孔洞數較多的110 ppi foam-Ni,搭配錳試劑MnSO4及電解質K2SO4,於酸洗後以掃描速率0.05 V/s,掃描圈數12圈下電沉積MnO2,能達到較佳效果,再以定電流法400~800秒電沉積Pd金屬,能有效降解有機物,為最佳複合電極製作方式。 透過自製複合電極降解有機物RB,在50分鐘內能趨近於完全降解,且能有效改善單一MnO2或Pd金屬複合的降解效果,在五重複實驗中,第五次降解效果為第一次的90.6%,顯示其具有良好重複性。 本研究自製電極一片成本約16~17元,便宜且具有良好效果,未來可以更廣泛地應用於其他廢水的處理。

探討不同型態的海底峽谷對底棲動物群聚結構的影響

深海複雜多變的環境因子塑造了多樣的生態棲地,海底峽谷便是其中之一。全球 9000 個海底峽谷涵蓋了大陸斜坡總面積的 11.2% (Harris et al., 2014),其中有 6 個峽谷分佈在臺灣西南海域。由於海底峽谷型態多樣、地理特性各異,本研究結合作者出海採得的樣本與國內海洋研究所的採樣資料,對西南海域高屏與枋寮峽谷的底棲動物群聚結構進行探究。 本研究應用生態統計分析兩峽谷與大陸斜坡的環境與生物群聚差異,發現除了海底峽谷環境有別於周遭斜坡外,兩型態不同的海底峽谷亦具有顯著的環境與生物群聚差異。食物量與環境擾動強度對兩峽谷間的生物群聚差異貢獻最大,其對應的環境因子(有機碳含量與透光度)有潛力作為未來區分具有不同生態結構的峽谷的主要依據。

聲之形―探討膜管與聲音間的關係

本實驗以彈力膜、塑膠杯、鋼球為主體,將彈力膜繃緊於塑膠杯口作為發聲裝置,並以鋼球撞擊膜,使膜帶動腔體空氣一同振動,利用音訊分析軟體進行錄音、分析,藉以探討此裝置發聲的成因與相關參數對聲音的影響。 本研究中利用並聯彈簧機械模型解釋單膜與腔體間的交互關係,並透過實驗證明裝置的發聲取決於振動體間交互作用的強弱,且膜張力與聲音頻率呈正相關、杯子容積與聲音頻率呈負相關。 此外我們延伸探討兩端開管皆套膜的實驗,研究結果顯示此實驗上膜與純膜頻率相近,符合兩質量三彈簧振動模型,且一邊膜頻率>純膜(上膜)頻率,綜合各個實驗變因可知彈簧振動模型之有效性。

Lill Path之立體圖形應用

本文主要在探討如何將二維Lill Path的性質推廣至三維。首先,我們證明有一自原點出發的射線在多項式函數f(x)的三維Lill Path進行反射,且此射線通過其終點的充要條件為f(x)=0有一實根(-tan⁡θ )。除此之外,我們還證明了射線通過三維ϕ-Lill Path終點的充要條件為f(x)=0有一實根((-sin⁡θ)/sin⁡〖(ϕ-θ)〗 )。接著,我們證明了三維Lill Path圖形封閉時之充要條件為此多項式有一因式為(x^3+1);同時,我們也證明了三維ϕ-Lill Path圖形為封閉時之充要條件為多項式有一因式為[x^3-(cos⁡ϕ ) x^2-(cos⁡ϕ )x+1]。最後,我們將三維Lill Path繼續推廣至n維Lill Path。我們證明了射線通過圖形終點的充要條件為f(x)=0有一實根(-tan⁡θ ),以及圖形是封閉時的充要條件為f(x)有一因式(x^n+1)。

絹雲母促進生物膜發育應用於提升土壤介質保肥能力之研究

本研究旨在確認加入絹雲母培養的菌液是否可提升生物膜產量,進一步提升保肥能力並幫助作物生長。研究結果顯示,菌液中加入絹雲母確實可以提升生物膜產量及部分菌株的菌液黏度,且這可能和絹雲母具有恆定pH值的功能有關。而在模擬土壤實驗中,菌液加入絹雲母後有較高的多醣含量,並且進一步提升保肥能力,且分別可減少31%的鉀肥以及17%的磷肥流失量。最後將絹雲母菌液做為保肥製劑應用於尖葉A菜(Lactucasativa)的種植,實驗結果顯示:加入絹雲母的菌液與未加入絹雲母的菌液組別相比,提升了30%的收成量。本研究結果顯示,絹雲母菌液可實際應用作為保肥製劑,透過恆定菌液pH值,促進生物膜發育,提供土壤穩定的高多醣含量,進而提高肥料之利用率而幫助作物生長。

有質量彈簧圈的複合振動與擺動

高中所學的單擺及鉛直簡諧振動,都是在假設擺繩及彈簧沒質量的情況下掛重物的運動模式,本研究使用有質量的彈簧圈,在不掛重物的情況下進行擺動及振動實驗。實驗中發現有質量彈簧的振動週期與擺動週期非常接近,而且同時運作的情況下會有穩定的共振運動模式。經過我們仔細的實驗觀察,發現這樣的複合運動共振態,在單邊擺動一定的次數後,經由似橢圓形變換過程,產生換邊擺動的有趣情況,對照多種不同擺動模擬的結果(複擺、錐動擺),我們推測振動為此模態周期的主要影響機制。

探討miR-17-92 透過調控 T 細胞分化影響腎纖維化

我國慢性腎病人口約14%,大多患者會因藥物或免疫疾病而走向腎纖維化。根據文獻,miR-17-92會影響T細胞分化,分化的差異則會造成不同程度的腎纖維化。 本研究取不同基因型小鼠的CD4+T細胞做體外分化。結果顯示含miR-17-92基因較多的T細胞分化成Th1比例較高、Treg比例較少,但對Th17無顯著影響。將小鼠腎纖維化模式處理的細胞進行RT-qPCR和染色實驗,觀察剔除miR-17-92基因的小鼠(簡稱KO)腎纖維化的情形,發現造成腎纖維化的纖維蛋白、膠原蛋白和其mRNA的表現量均減少。將WT和KO小鼠腎臟進行染色後,發現WT小鼠腎中Th1的數量較多,Treg則較少。綜合實驗結果推論,miR-17-92可以增加腎中Th1、降低Treg的數量,而Th1則會加重腎纖維化的情形。期盼本研究能對腎纖維化疾病有所貢獻。