全國中小學科展

臺灣

「萍」分秋色—探討浮萍季節消長的關鍵因子與競爭策略

生態棲位相近的青萍和水如何共存?同時我們也觀察到兩浮萍在夏冬有明顯消長:夏季水面多由水萍主導,冬季則青萍佔優勢。深入探討兩者競爭策略,發現水萍透過提升抗氧化能力增加葉狀體間連結數,放大植株間吸引力,並以鈣離子誘發的葉狀體隆起等方式釋出更多生長空間,偏向保守鞏固策略;青萍則任由ROS累積觸發葉狀體斷裂,降低植株間吸引力,憑藉個體小與高填空效率,採取侵略佔領策略。此外,研究發現光週期與光敏素為浮萍季節消長的關鍵因子:夏季長日照累積Pfr造成連結數提升,利於水萍鞏固優勢;冬季短日照誘使Pfr變回Pr,促進葉狀體斷裂,助青萍佔領水面。此發現揭示光週期如何調控浮萍季節消長,為水生植物競爭提供新見解。

點亮絲路:碳量子點螢光蠶絲的製備與光降解環境污染物之應用

本研究以電紡絲法製作光動力活性的碳量子點(carbon quantum dots, CQDs)螢光蠶絲,用於光降解環境染劑汙染物與抗菌的應用探討。不同顏色螢光的碳量子點 紅、綠、藍色)的合成是以檸檬酸作為主要碳源,分別參雜尿素與葉綠素用以合成三種螢光的碳量子點。接著將絲素蛋白、聚乙二醇與量子點溶液為原料,以電紡絲法分別製作成藍色、綠色與紅色的螢光蠶絲。螢光光譜儀 PL)與穿透式電子顯微鏡 TEM)結果呈現量子點的光學特性與尺寸呈現預期的量子效應。拉曼光譜則證實電紡絲法之螢光蠶絲具有絲素蛋白、聚乙二醇與量子點的特徵訊號。本研究使用之電紡絲法製備之螢光蠶絲,與我們之前使用蠶寶寶桑葉餵食法生產之螢光蠶絲來比較,電紡絲螢光蠶絲具有更加優異及穩定的光降解環境汙染物效率,未來可用於自清潔、抗菌織物與醫療敷料之應用。

利用果蠅視覺系統探討不同Cullin在阿茲海默症毒性下對於PAICS泛素化形成嘌呤體的影響

據 WHO 於 2023 的統計,全球約有四千萬人罹患阿茲海默症,且近年來患病率逐年上升,已成為當今無法避免的疾病。造成阿茲海默症的因子眾多,目前著重研究 Tau 蛋白毒性與其的關係。前人研究發現真核生物缺乏嘌呤時會形成嘌呤體,而嘌呤體始於 PAICS 泛素化,Cullin 在其中擔任重要角色,然而現今仍未得知哪些 Cullin 與 PAICS 泛素化較有關聯,故本研究以黑腹果蠅為實驗模型,用 T- test 統計數據並探討不同 Cullin 在阿茲海默症毒性下對於 PAICS 泛素化形成嘌呤體的影響。根據實驗結果,本研究發現 Cullin3 的複眼面積顯著變小,推測其最可能和 PAICS 泛素化有關聯;而與預期相反的是 Cullin5、6,結果顯示其果蠅複眼面積皆顯著大於對照組。本研究結果可提供 Cullin3 對阿茲海默症研究扮演重要角色。

浪浪準備好了:AI配對不NG

近年來流浪犬攻擊野生動物已對環境生態造成威脅,改善流浪犬認養現況勢在必行。本研究開發一套多模態AI快速評估與媒合平台,整合聲音、動作與圖片資料進行分析。系統流程包含:建立多模態資料庫、 以梅爾頻譜與 DeepLabCut 擷取動作特徵、分別訓練CNN 聲音模型(準確率71%)與LSTM行為模型(62%),最後再以整合評估模型進行友善度與敏感度等量化指標評分;接著透過串接雲端介面,可自動輸出認養評估報告並即時給出媒合建議。研究首度將多模態深度學習導入流浪犬情緒評估並串接領養流程,期望透過科技減少棄養、降低流浪犬對野生動物的威脅,並促進人犬共融。

空氣鳳梨的水之呼吸—利用3D列印技術探討空氣鳳梨鱗片對於水氣收集之影響

我們觀察到不同種類的空氣鳳梨葉面上鱗片形狀、高度及密度等方面, 有著不同的差異 因此我們決定探討這些鱗片變化對於水氣吸收的影響。利用Autodesk Fusion軟體設計出形狀、密度都不相同的空氣鳳梨鱗片模型 以3D列印機製作模板 並模擬不同模板收集水氣的情況,得到到的據利利用GAB模型公式 算出集水力、集水效率及有效集水表面積,得發現基本單位構形為四邊形的模板, 在平面及傾角為45度時, 有良好的有效集水表面積得基本構形為六邊形的模板 當傾角為30度時, 有最大的有效集水表面積得而模板的基本單元愈密集 及與地面的夾角愈小 則有效集水表面積則愈大得綜合以上所述 我們將研究結果做出集水效力最佳的模板 希望能為增加水資源的方法盡一份心力。

「正」「和」我意——正2n邊形頂點連線性質研究

本研究的原題目是在網路上看到證明兩正六邊形頂點連線所形成的長度平方和相等的關係,這份研究將此題推廣到了所有正2n邊形上,而後又推廣到了面積,探討了面積多次方和的關係,最後我們又發現了這些性質在pn邊形上也都成立。 研究中利用了架設坐標系來表示圖形,再利用各種方法簡化算式。文中的證明多用到三角函數的性質以及轉化為複數的表示法以得出結論。 文中最終證明出對於兩個正pn邊形,他們的頂點連線所劃分的區域分組後可形成次方和相等,以及這些連線分組後具有偶數和相等的性質。

羽轉綠肥-自製肥料對蔬果生長的影響

羽毛廢棄物是畜產類廢棄物排名第二大宗,為了提高廢棄羽毛的實用價值與效益,我們利用啤酒酵母菌進行雞羽毛分解。經啤酒酵母分解一個月後的雞毛液肥,含有胺基酸濃度約為0.17 M,是市售肥組的5.67倍。以雞毛液肥灌溉高經濟價值的彩椒及福山萵苣,彩椒果實總質量比市售肥組高出84.6%,果實中含有葡萄糖濃度為23.8%,比市售肥組多出49.7%。碘量法的抗氧化能力試驗中,發現雞毛液肥灌溉的彩椒抗氧化能力比市售肥組高出91.3 %。清除DPPH自由基的能力實驗中,雞毛液肥組的彩椒果實汁液清除自由基能力約是市售肥組的2.82倍。雞毛液肥灌溉的福山萵苣的葉片總質量比市售肥組多出116.2%。可以發現啤酒酵母分解的雞毛液肥,確實可取代市售肥料,當作彩椒及福山萵苣的養分。希望藉此研究能將廢棄雞毛再利用,減少環境負擔,讓農業永續發展。

廣義佩爾方程式的一些探討

這是一份將近持續四年的研究,而這一年佩爾質數的出現,讓我們的討論「突飛猛進」。 佩爾方程式是形如𝑥2−𝑚𝑦2=1的方程式,其中𝑘不為完全平方數之正整數。我們定義廣義佩爾方程式是形如𝑥2−𝑚𝑦2=𝑛 的方程式。在過去的研究中,我們主要從𝑥2−𝑘𝑦2=𝑝 (𝑘,𝑝 皆為互質的奇質數) 的正整數解開始研究,接著延伸到 𝑥2−𝑘𝑦2=2𝑚𝑝1𝑛1𝑝2𝑛2⋯𝑝𝑗𝑛𝑗,進而得到了解的唯一分解性質。而本次的研究,延續之前的工作,對佩爾質數展開了討論。利用蜈蚣彘,我們成功地發現了一些佩爾質數,猜測出一些可能的結果並證明;同時我們對佩爾質數的生成結構做了相當程度的了解。作為結束,設法利用分析的方法解決的之前的問題,以及對方程式的不可約解,是否存在較低次方根解,給出了必要條件。

排排相扣—2341和3421 – avoiding 交替排列的組合關係探討

abcd–avoiding交替排列中的任⼀偶數項都要⼤於相鄰之奇數項,且其中任意四項皆不能有「abcd」的大小關係(「abcd」為 1 ~ 4 的⼀種排序),⽽偶數⾧度的 2341 和 3421–avoiding 交替排列皆為三維卡特蘭數的組合表徵。 本研究欲探討這兩種交替排列的組合關係以及可能的互相變換⽅法,我們發現兩種排列中「數字 1 在各項出現次數」有相同的分佈。我們推測可以透過移動數字 1 的位置在兩種排列中分別建⽴不同排列之間的對應的關係,並找到了兩種排列中部分的「數字 1 在第(2𝑘 − 1) 項」排列和全部的「數字 1 在第 (2𝑘 + 1) 項」排列互相變換的⽅法。利用這種排列關係,我們還證明了「數字 1 在第 (2𝑛 − 1) 項」的 2341 和 3421 – avoiding 交替排列具有一一對應的雙射變換法。

應用接近感應器與3D模型設計降低磁浮列車之供電延遲並使其自主傾斜

本研究旨在設計一套中長程列車可使用的磁浮系統。目前,成功的磁浮列車無線供電系統都是於大範圍內進行供電,這會導致許多電力的浪費,縮小範圍必須要感測是否需要供電,目前能做到的,主要是手機的無線充電器。然而,其從接觸負載到真正開始供電,過程大約需要1.2秒。所以本次實驗的首要目標就是製作一套能在5ms內進行供電的距離感應式供電系統。 中長程列車多數包含不同車種,而這些車種的行駛速度各不相同,導致列車需要在過彎時調整不同的傾斜角度,以確保乘客受到最小的離心力影響。因此,本研究的第二個目標是製作一套能自主傾斜的磁浮系統,並設計一款App,使我們能透過Esp32調整列車四角的磁力,進而控制傾斜。