全國中小學科展

高級中等學校組

比較生長在紅土或黑土之花生根瘤菌株種類及其固氮活性與其對非豆科植物生長之影響

近年來微生物肥料漸漸被廣泛使用,在高中課程學習到根瘤菌與豆科植物之間的共生固氮作用後,我們想進一步探討在紅土或黑土環境中共生的花生根瘤菌相關特性。研究結果顯示,不同花生品種及不同土壤環境皆會影響到根瘤內菌株的種類,且分離自紅土或黑土中的根瘤菌株對種子發芽皆有顯著促進效果,分離自黑土的花生根瘤內的根瘤菌對胚根的影響較顯著。此外,Paraburkholderia以及Ensifer兩種根瘤菌屬的游離固氮活性較高,而Rhizobium、Ensifer、Paraburkholderia、Pantoea四種菌屬的游離固氮比活性皆高。希望這些結果能實際應用在日常生活中,對作物生產及微生物肥料的研發有所幫助。

利用致敏小鼠模式探討氫水治療氣喘之效能

近年氣喘盛行率逐年提高使得醫療支出越來越多。目前類固醇是被廣泛利用的藥物,長期使用會有許多副作用。氫分子醫學近十幾年的研究指出氫分子具有抗氧化、抗發炎等功效能降低對細胞的損傷,因此本研究想探討氫水治療氣喘的可能性。 本研究以氫水作為實驗藥物,利用 A549 細胞給予LPS刺激模擬發炎反應,檢測氫水對於細胞之毒性,發現氫水對細胞不會產生毒性,且觀察到氫水可以透過抑制細胞核內的 STAT3 路徑,降低IL-6基因表現,進而抑制 LPS 刺激 A549 細胞後所產生的發炎反應IL-6 及 IL-8 分泌量。最後,利用氣喘小鼠模式給予氫水治療,檢測其呼吸道阻力的變化以及血清中IgG1抗體,結果顯示氫水治療的小鼠有些微減緩氣喘病徵,整體來說氫水是有潛力發展成一種氣喘的治療藥物。

正n邊行內接正四邊形之探討

本篇將探討在正n邊形中的內接正四邊形,即此正四邊形的四個頂點分別位於正n邊形的四個不同邊上。我們將正n邊形依邊長數分為n=4k、4k+1、4k+2、4k+3,透過電腦繪圖、尺規作圖法及公式驗證,得到以下結論:正n(n=4k)邊形有無限多個共中心內接正四邊形,而其餘正n邊形中,皆只有一個(本篇中圖形經過旋轉對稱後,大小、位置相同者為全等,則視為 "同一個")內接正四邊形,且在n=4k+2時,內接正四邊形必和正n邊形共中心;n=4k+1或4k+3時,內接正四邊形必不和正n邊形共中心,但內接正四邊形之中心必在正n邊形的一對稱軸上。最後我們提供一個能在所有的正n邊形畫出內接正四邊形的尺規作圖法。

金門航空站飛機起降之都卜勒效應探討

本研究針對飛機頻率與都卜勒效應進行研究,我們一起在金門航空站附近的起飛降落點分工錄製影片與蒐集資料,進而使用BORIS、Audacity、Spectrum、google科學日誌、世界迷霧app、flight tradar等軟體進行資料分析,觀察飛機起降聲音的頻譜趨勢,再利用都卜勒的公式配合溫度以及飛機起降角度的修正,套入資料後計算飛機的降落速率。分析過程中發現了ATR機型相較於大型渦輪飛機來得好分析出速率與頻譜趨勢,我們也設計了簡單的小實驗驗證飛機接近與遠離其渦輪或螺旋槳對於其風速影響,也搭乘了數趟飛機進行飛機內頻率的測量。經過一番摸索我們發現其實可以利用簡單的儀器與軟體去分析飛機的聲音頻譜,藉由一連串的探討與分析發現都卜勒效應是實際可以在日常生活中運用的。

I sink therefore I am

本實驗由透明壓克力管做盛水容器,上下密封後固定於震盪器上方使其垂直振動,水中的氣泡可能會下沉而非上浮。我們觀察水中的自製人工氣泡於不同因素下的下沉運動情形,並依觀察結果推測造成其下沉的因素,我們的理論所運用的變因有容器振動時的加速度、頻率、液體的黏滯係數、氣泡的形變量(不同材質),經過實驗後我們發現頻率並不會影響人工泡泡下沉的情形。我們將不同條件下,透過tracker程式追蹤其下沉的軌跡和時間的關係,再經由牛頓第二運動定律、阻力公式和簡諧運動結合推導出氣泡運動公式,再將此公式寫進Mathematica程式,並分別討論容器座標下的人工氣泡和實驗室座標下的人工氣泡,將所得到的理論值和實驗結果數據加以討論。

「啊~斯!」口渴的綠豆也頭痛? 探討阿斯匹靈對於植物抗缺水逆境能力之影響

本研究利用綠豆作為實驗植物,在缺水狀況下,使用不同濃度的阿斯匹靈水溶液灌溉植株,觀察是否會使植物產生抗逆境的效果。我們檢視植株的生長狀況,分析葉子內的蛋白質、總酚、類黃酮等抗氧化物的含量,並且測定清除超氧陰離子、自由基、螯合亞鐵的能力,以及過氧化氫酶的活性,最後量測光合作用光反應及暗反應是否受到影響。實驗結果我們發現不論是哪一個生理指標,阿斯匹靈的處理確實有助於綠豆植物抵抗缺水逆境,並且以0.8mM阿斯匹靈濃度處理的植株較能修復缺水逆境所造成的氧化傷害現象,也對植物內部的生理機制有最好的修復效果。

「蠟」「咀」成灰淚始乾

在本次研究中,先觀察蠟蟲分別在24與72小時內食用PE、HDPE、LDPE以及鋁箔的面積,分析蠟蟲對四種目標材料的偏好程度,再取出蠟蟲消化道於低溫環境搗勻,並均勻抹在四種材料表面,觀察是否有被分解的跡象,發現目標材料的重量確實減少,最後透過共生菌培養尋找並研究是否有可能與其相關的共生菌存在。 經由一系列實驗,證實蠟蟲消化道內存在能有效分解聚乙烯、高低密度聚乙烯和鋁箔的酵素,且在共生菌液態培養下發現共生菌有增殖現象,最後,透過固液態混和培養出與蠟蟲分解聚乙烯現象最具相關性的菌種,在未來有足夠的資源下分離出其基因序列,再透過轉錄轉譯技術,製成大量酵素,便可以對現今處理難分解垃圾難題帶來新的解決契機。

奶泡阻尼效應之研究

本研究探討容器中液體的振盪,受到容器形狀、杯壁壁側奶泡厚度、奶泡厚度、奶泡成分及其物理性質的影響。首先自製振盪器及自動打奶泡機,並以壓克力製作四種杯形。實驗得知,杯壁筆直時水的撞擊波最大,最易濺出,而曲線杯型可有效防止液體晃動;左右杯壁奶泡厚度實驗得知,奶泡與杯壁產生阻尼,消耗液面波動能量,證實左右杯壁的奶泡是影響阻尼效應的重要因素,且奶泡厚度與其成正相關;奶泡成分方面,添加鮮奶油或果糖製成的奶泡其添加比例與黏滯性呈正相關,可增強阻尼效應。綜合以上,建議有效防止濺出的作法是使用上寬下窄的曲線杯形,奶泡厚度1.5 cm,添加鮮奶油或少量果糖即有明顯的阻尼效應。

論平行電板間肥皂泡之變形現象

觀察肥皂泡置於平行電板中時產生變形,本研究探討此現象並提出相關解釋。經由實驗發現肥皂泡在電場下的形狀是橢球的一部份;肥皂泡在施加電場前後的高度比與寬度比是兩電極板間電壓的二次曲線,且離心率與電壓成正比關係。透過觀察肥皂膜的光學性質、分析皂膜受力以推測其電學特性,確定系統之電荷與電位分布,進而提出理論模型計算系統能量,解釋平行電板間肥皂泡之變形現象。

探討Naa10p突變對神經發育的影響

Naa10p(N-alpha-acetyltransferase 10 protein)突變患者多半有智力障礙的問題,先前也有研究顯示Naa10p會影響神經元的發育,但對於Naa10p如何影響神經發育的機制並不清楚。本研究先利用CRISPR/Cas9技術製作Naa10p的小鼠胚胎幹細胞突變株,再觀察突變株細胞分裂速率與神經分化型態的差異,並分析小鼠胚胎發育過程Naa10p以及相關互動因子與基因的表現。 本研究發現突變的Naa10p會使其與核糖體互動的比例降低,其中V111G突變株的Naa10p完全無法和HYPK結合,與核糖體大次單元互動的比例降低最明顯,我們推論HYPK能夠協助Naa10p和核糖體的互動,進而影響蛋白質的乙醯化程度,影響蛋白質的相關功能;另外,我們也發現在突變株中,與細胞週期、細胞分化相關基因:Oct4、Pax6皆出現表現異常的現象。