全國中小學科展

臺灣

點糞成金—堆肥蚯蚓糞菌促進農作物生長能力之分析研究

本研究從三種堆肥蚯蚓(歐洲紅蚯蚓、印度藍蚯蚓、非洲夜蚯蚓)的糞土中分離出7株可促進油菜、番茄、草莓生長,並具有協助農作物抗逆境潛力的微生物。菌種鑑定後發現分屬於Glutamicibacter或Arthrobacter、Lelliottia、Pseudoxanthomonas、Bacillus或Priestia、Lysinibacillus等屬。菌株大多具備可分泌生長素、胞外多醣,固氮,分解果膠、纖維素、木質素,可耐鹽,耐高溫能力,我們認為這些糞菌未來將可運用於農業上,減少化肥使用,並減緩氣候變遷對農作物造成的傷害。

飛天遁地 豆豆先生-探討豆類在微重力及高重力環境的型態變化

本研究以綠豆為主要研究對象,探討微重力環境(<10-6g)對植物種子的影響。結果顯示,綠豆在微重力環境中易形成不定根,回到一般重力後約需8天型態完全回復;輻射環境對綠豆胚莖與胚根長度變化無顯著影響。此外,微重力環境造成不定根形成,推測可能與乙烯產生有關。 針對高重力(900g)環境,綠豆的細胞內澱粉體分佈未顯著改變,但內部機能可能受影響。在酶活性實驗中,不定根率較高的綠豆過氧化氫酶活性降低,顯示微重力對植物內部生理機制有持續影響。而切片實驗發現,微重力可能促進胚內澱粉粒的分佈與儲存形式改變。 本研究系統性探討微重力環境返回一般重力後植物種子的型態變化,為未來太空種子銀行的發展提供參考依據。

「硫」不住的「紅」塵── 探討二硫化錫降解羅丹明之研究

本研究將不同比例的硫.與二氯化錫,在固定溫度200℃、加熱時間9小時,所合成出的壓電材料SnS2用來降解羅丹明染料,實驗結果發現以莫耳比1:4為最佳,降解率可達到96%。接著固定莫耳比1:4及溫度200℃下,發現在不同水熱時間時以水熱九小時的SnS2觸媒降解效果最好。最後本實驗以固定比1:4及水熱時間9小時在不同水熱溫度所合成的SnS2觸媒,以水熱溫度200℃時的降解效率最好,可達到96%。接著我們將最佳合成條件的觸媒對不同濃度的羅丹明進行降解,可發現當羅丹明濃度達到50ppm時,只需要2秒降解率即可達到99%,即使濃度達到70ppm時濃度降解效果仍可達到86%。最後對SnS.觸媒進行SEM分析發現顆粒大小為微米等級,而在PL分析發現本觸媒具有活性的能力且符合實驗結果。

高山生態群聚植物集中開花與昆蟲交互作用網絡之研究

本研究首度以植物學、花粉學、昆蟲學及生態統計學探討臺灣高山傳粉生態網絡。花季中期以蜂類為主,後期為蠅類。昆蟲及植物交互網絡緊密連結無子群體,仰賴優勢物種支撐。蜂期為高山薔薇、玉山櫻草、貓兒菊、信義雄蜂;蠅期為一枝黃花、貓兒菊、家蠅。此兩期昆蟲與植物的穩健性不足,蠅期更易崩解。蜂類訪花具多樣性,蠅類訪花較專一。因蜂類、蠅類習性與身體特徵不相同,蠅類對花展幅 (Visit Unit)大、花冠筒淺、花冠筒筒徑小、還原糖含量高、花粉及花蜜之間的距離大、柱頭面積小的植物較能專一攜帶其花粉。共用傳粉者帶來異種花粉,以GLMM分析同異種花粉數量變化關係,發現一起開花略助於授粉。貓兒菊已入侵成為優勢物種,花粉汙染90%的物種,必須移除。

探討一種新穎腺苷調控藥物對於思覺失調症及焦慮症的治療潛力-以藥物及壓力引發之疾病小鼠為模式 Investigating the therapeutic potential of a novel adenosine modulator(NAM) on the treatment of schizophrenia and anxiety disorders using mice as a model

思覺失調症與焦慮症皆是嚴重損害病人健康且造成社會極大負擔的精神疾病,急需研發有效治療藥物。本研究以藥物及壓力引發之小鼠異常行為為模式,探討新研發的新穎腺苷調控藥物(Novel Adenosine Modulator)對於這些疾病的治療潛力。實驗一以藥物 MK-801 引發成年雄性小鼠類思覺失調症症狀,給予新穎腺苷調控藥物可緩解曠野測驗中 MK-801 引發的過度活動量,且不會造成小鼠產生失樂症狀或體重改變。但對於 MK-801 引發的感覺動作門閾過濾反應缺損則無顯著療效。實驗二以不可預測長期輕微壓力(unpredictable chronic mild stress)引發成年雄性小鼠類焦慮症與類憂鬱之行為異常,新穎腺苷調控藥物可以改善小鼠的失樂症狀。這些結果顯示這個新藥具有潛力值得後續繼續研究。

青「渣」——論不同種類的堆肥對甜椒生長的影響

本研究旨在探討不同堆肥對甜椒生長及果實品質的影響。實驗分為堆肥製作與甜椒種植兩部分。首先,比較有氧與厭氧堆肥兩種方法的效率,發現在同樣以土壤、果皮為材料的情況下,有氧堆肥僅需13天即可完成。其次,探討不同材料培養土、咖啡渣等對厭氧堆肥之影響,並分析不同品種條紋、吉普賽、日本紅甜椒在不同堆肥作用下的生長差異。 結果顯示,甜椒品種與堆肥種類會交互影響其生長與果實品質,添加咖啡渣的配方E對三種甜椒皆作用良好,吉普賽甜椒施用配方C有較大的果實,施用配方D則有較高的甜度。也觀察到果實大小與甜度呈現負相關趨勢,但堆肥種類能影響此關係。種植甜椒時應該要找到對每個最適用的肥料,以免弄巧成拙。

創神星緻密行星環成因探討

本研究旨在探討洛希極限理論的例外:創神星(Quaoar)的行星環。穩定的行星環在一般情況下形成於洛希極限內,然而創神星的行星環卻穩定存在於洛希極限外。 因此,我們的研究目的為解釋為何創神星環能夠存在於洛希極限外。專注於探討密度、剛體與流體性質等因素對行星環的影響、軌道共振的原理與比較其他環系統案例,最終利用力圖分析與比較相似環系統以推論行星環穩定之原因。 根據我們的研究,我們認為創神星環是受創衛一(Weywot)引力作用影響,軌道共振拉開了環粒子之間的距離,以至於在洛希極限外無法匯聚成衛星。 透過對影響洛希極限和行星環形成的因素深入研究,期望能夠揭示創神星環的形成和穩定性背後的物理機制,進而拓展對行星環形成和天體力學的理解。 此外,冀望本研究能為未來對於其他類似例外情況的行星環提供參考。

猜拳與轉向中的運籌帷幄- 探討人類與鼠婦在連續決策行為 的偏好與決策經驗依賴等特性

本研究記錄人類進行「剪刀石頭布」遊戲時的決策行為,也設計T型迷宮建立鼠婦之負趨光行為作為動物模式,探討行為偏好與決策依賴性等特性。我們發現「出石頭」的機率較高,且時間間隔縮短後,「出剪刀」的機率增加而「出石頭」的機率減少,並會展現負相關的決策經驗依賴性,其中「慢出組」更為明顯,代表出拳間隔縮短而減少意識作用,負相關的決策經驗依賴性即會減弱。另一方面,鼠婦在負趨光性刺激剛消失後,仍呈現負趨光性的選擇方向,具有習慣性。鼠婦在選擇行走方向多次後,會呈現與前次選擇的正向相關性。在負趨光性的環境刺激後,上述的現象會先消失,而後再現。若負趨光性刺激方向轉換,則原先的趨光行為消失,應是因方向選擇的習慣性干擾了負趨光性的選擇。

連續兩個未知數相加減再相乘的極值問題

本研究從2022年APMO第五題的代數題目出發,題目為a1,a2,a3,a4∈ℝ,(4∑k=1)ak2=1,試求出(a4-a1)(3∏k=1)(ak-ak+1)的最小值。我們希望將原問題的四個未知數,希望推廣到n個未知數的通解。我們首先用算幾不等式及其他幾何性質算出了n=2~4的解,其中包括了偏微分求切平面的方法。在研究n的未知數的通解時,我們利用實數的完備性說明最小值一定存在,接著我們利用舉例以及反證法,發現到n個未知數時其最小值會小於0,以及最小值成立時各項相加會等於0,我們運用這些特別的性質,並且使用了各種不等式得出n=2(mod4)的通解。最後我們用拉格朗日乘數可以求出n=k(mod2k)的局部最小值,還有部分相加與相減的關聯性,未來希望能求出絕對的最小值和最大值。

3D仿生昆蟲翅膀感測器設計-利用SERS偵測微量汙染物分子

由於環境汙染、食安檢測需求提升,然現有的檢測方式成本和效率都不高,所以本研究試圖用拉曼光譜(Ramanspectroscopy)配合表面增強拉曼光譜 surface-enhanced Raman scattering (SERS)解決訊號微弱的缺點,來找出成本和時間需求最低的檢測方法來進行檢測。我們選用金龜子、蟬和蝴蝶三種昆蟲的翅膀鍍上奈米厚度的銀(10nm)來試驗,以符合 SERS要求的粗糙結構和貴金屬表面,利用熱點效應和表面電漿子共振來增強拉曼光譜的訊號,在實驗中我們也對基板進行了各項檢測,包括 X光繞射分析(XRD)、原子力顯微鏡(AFM)、水接觸角分析以及電子顯微鏡分析(SEM 和 FESEM),也對比了各種參數,包括放置時間、鍍銀厚度、藥品濃度等,也加入了環境水檢測,我們也對比了諸多數據,並且找出所期望的成本最低效率最高的基板參數,未來也有望運用在河水汙染檢測或是農藥殘留量檢測,甚至能運用在藥品或是生物樣本檢測,可以說是有相當發展的潛力。