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5E學習環教學對國一學生恆定單元學習成效及學習環境知覺之研究

本研究採準實驗研究法，發展「恆定性」單元之5E學習環教學模式教材進行教學，探討學生概念改變的成效及學習成果。研究對象為臺中市某國中一年級學生，實驗組與對照組各一個班級共72人。實驗組以研究者發展之教材進行恆定性單元的5E學習環教學，對照組則是以現行教科書為主的傳統講述式教學。實驗組與對照組於教學前皆進行生物恆定性二段式概念診斷測驗 (TTDTH) 前測；並於教學後一週內進行TTDTH後測及恆定性概念測驗、科學教室環境量表 (WIHIC) 施測，教學後六週進行TTDTH延宕測。資料分析方式以前測、後測及延宕測驗得分進行描述性統計之次數與百分比分析，另以以前測成績為共變量，組別為自變項，後測成績為依變項進行共變數分析，探討兩組學童學習成效之差異，再將實驗組與對照組恆定性概念測驗成績進行獨立樣本t檢定，及分析科學環境量表之作答結果，輔以質性資料之分析。研究結果為：（一）實驗組學生在TTDTH的得分顯著高於對照組；（二）實驗組學生在恆定性概念測驗的得分與對照組未有顯著差異；（三）由量性與質性資料的分析，歸納出兩組學生的恆定性單元另有概念有5類39項；（四）WIHIC實驗組在七個向度之平均得分皆顯著高於對照組。

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以形態與分子證據探討紋黃蝶在台灣之分佈

紋黃蝶（Colias erate formosana）在台灣全年分布於中高海拔地區，過去認為高山族群屬於台灣特有亞種；而北部的低海拔地區出現時間則以秋、冬為主，有文獻認為也許源自日本。然而紋黃蝶在北部確實出現的季節、個體來源目前無相關研究。本研究針對北部低海拔的族群進行生態、成蝶形態、族群遺傳等，各方面相關研究，探討台灣產紋黃蝶之分布。 　　於幼生期方面，在15~28℃發育的時間隨溫度遞減而花費時間增加。此外，C. erate的食性測試，除了已知的寄主菽草（Trifolium pretense）外，還發現紫苜蓿（Medicago sativa）、印度草木樨（Melilotus indicus）可被幼蟲利用；另外，餵食田菁（Sesbania cannabiana）的幼蟲，則發生存活率降低與羽化成功率低的現象。檢驗日本和台灣低海拔、中海拔共三個地區的樣品，利用形質單變數分析與主成分分析，各地區樣品無法區分，亦無法將北部低海拔族群歸群於任一類群。野外族群調查於2008~2010年進行，結果顯示低海拔樣區在夏季及秋季有紋黃蝶族群記錄；武陵農場則是每次調查都有記錄。本研究利用分子技術（序列分析、SeAFLP、微衛星）探討低海拔個體來源。從COI、EF-1α序列資料，顯示族群間遺傳多樣性低，定序資料無法提供解決；而透過SeAFLP和微衛星實驗，得知台灣低海拔和中海拔族群間缺乏分化（Fst < 0.05），反應基因交流頻繁，可推測兩族群間的阻礙小、移動頻繁。

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第十七型脊髓小腦共濟失調症(SCA17)細胞模式的新穎化合物篩檢及氧化壓力研究

第十七型脊髓小腦運動失調症(spinocerebellar ataxias 17，簡稱SCA17)是起因於TATA-box binding protein (TBP)基因上的CAG三核苷重複序列重複擴增，導致轉譯出異常的polyQ蛋白。在正常人族群中polyQ蛋白重複的數目約25到42之間，而SCA17疾病的患者polyQ蛋白重複數目擴增至43到66之間。polyQ蛋白擴增會造成多胜肽的構型改變，促使蛋白質錯誤摺疊和聚集(aggregation)，並進ㄧ步形成不溶性的蛋白包涵體(inclusion)。隨著對疾病致病機轉的瞭解增加，也使疾病治療的發展有很大的進展。本論文即建立表現EGFP標記、polyQ擴增的TBP N端蛋白的293細胞，處理合成的indole、quinoxaline化合物(由化學系姚清發和陳焜銘老師所提供)，藉計算包含聚集物的細胞的比例，及不溶性TBP-EGFP融合蛋白定量，來檢測化合物對抑制polyQ蛋白聚集的效果。結果顯示338化合物降低融合蛋白聚集的程度比SAHA略好(64.3% vs. 66.1%；70.7% vs. 77.4%)。而且338的IC50 (396 μM)遠高於SAHA (31.4 μM)，可能作為未來發展治療SCA17疾病的參考藥物。此外，由於擴增的polyQ蛋白會造成氧化壓力，增加粒線體功能損傷，本研究亦利用年齡與性別配對的淋巴細胞株，來檢測氧化壓力在SCA17疾病上扮演的角色，結果發現SCA17病人細胞較正常人細胞對氧化壓力的耐受性差。 關鍵字：第十七型脊髓小腦運動失調症、polyQ蛋白、氧化壓力

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三斑虎灰蝶Spindasis syama（Horsfield, 1829）生物學及喜蟻關係之探討

本研究以三斑虎灰蝶Spindasis syama（Horsfield, 1829）為題材，探討其與阿美舉尾家蟻Crematogaster amia Forel, 1913的共生關係。研究範圍為共生蟻對雌蝶產卵行為、幼生期成長發育表現與幼蟲野外存活的影響，進而討論三斑虎灰蝶在共生蟻與天敵共同作用下，所表現的食性利用範圍。 　　研究結果發現三斑虎灰蝶在產卵率及產卵量表現皆因共生蟻的存在而顯著提升，且在共生蟻種存在狀況下，植物種類在產卵選擇偏好上並無顯著差別；幼蟲透過與共生蟻的互動，可達到減少幼蟲期發育時間與提升自然環境中的存活表現，以上特性顯示三斑虎灰蝶是屬於一種絕對型共生（obligate mutualism）喜蟻性灰蝶（myrmecophilous lycaenid butterfly）。喜蟻性灰蝶幼蟲為降低在自然環境遭受的高捕食壓力，雌蝶產卵往往不若多數植食性昆蟲以植物種類與品質做為選擇依據，取而代之的是以共生蟻存在與否做為最為主要考量條件，以提升整體的適存度（fitness），這種用來降低天敵捕食壓力的策略被稱為enemy free space（EFS）。這樣受到天敵捕時壓力影響的產卵偏好，雖可能將卵產於幼蟲無法利用的植物，卻也同時間增加幼蟲利用多種植物的機會，進而使喜蟻性灰蝶寄主植物利用範圍的擴張。

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高中學生生命科學實驗設計能力之研究

本研究使用問卷調查法，探討台北市高中二年級學生的設計實驗之知識與應用能力現況，並調查學生是否能了解設計實驗之重要性。研究工具為自編之「高中學生生物實驗設計能力問卷」，分層隨機叢集取樣抽樣台北市公立高中二年級學生，總計發出問卷1100份，回收1087份，有效問卷為1046份。所得資料以描述性統計分析、獨立樣本t檢定、單因子變異數分析、皮爾森積差相關分析、雪費法進行資料處理。研究結果發現台北市地區高中學生設計實驗的學習主要是在學校和科普書籍。學生的設計實驗知識整體以及整體的應用能力表現尚可。高PR值的學校的學生在整體知識與應用能力會表現比較好；女生在整體的知識與應用能力的表現比男生好；選讀第三類組的學生在整體知識與應用能力表現較好；學生喜歡生物科程度也會對整體知識與應有能力產生影響；學生在班上的成績排名以及將來欲選讀的大學科系也會對整體應用能力產生影響；知識與應用能力呈現正相關。本研究之結果可作為教育者編寫教材之參考，以增進學生設計實驗組和對照組之相關知識與應用能力。

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斑馬魚仔魚側線毛細胞上的TRP通道之研究

魚類的側線系統是由毛細胞(hair cells)和支持細胞組成的機械性感覺器官，負責感覺外在水體的流動。毛細胞的纖毛束在受到機械性刺激時會開啟非選擇性的陽離子通道，對於鈣離子有較高的選擇性。流入細胞的鈣離子會引發胞內的訊息傳導，使毛細胞傳出感覺訊號。 然而脊椎動物內耳與魚類側線毛細胞上的機械性感覺通道的分子組成仍具爭議性，目前主要認為transient receptor potential (TRP) channels家族的蛋白較可能是參與的分子，但證據仍有所欠缺。本研究利用斑馬魚胚胎為模式動物，進一步研究側線毛細胞上參與機械性感覺的分子。我們利用掃描式離子選擇性電極技術scanning ion selective electrode technique (SIET)在活體胚胎毛細胞上測得鈣離子流入，並證實這個通道會被neomycin、gentamicin、La3+及BAPTA所抑制。利用morphlino gene knockdown技術將TRPA1、TRPN1及TRPV4表現弱化，發現TRPA1及TRPN1弱化後毛細胞上鈣離子流入顯著降低。免疫染色也顯示這三個蛋白質在纖毛上表現，並且在基因弱化後，表現量明顯下降。本研究結果顯示，斑馬魚側線毛細胞上的TRPA1與TRPN1通道扮演著機械性感覺的角色。

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以SCA3誘導細胞模式進行潛力新藥之篩選

小腦脊髓運動失調症第三型(spinocerebellar ataxia type 3; SCA3)，亦稱Machado–Joseph disease (MJD)，為小腦脊髓運動失調症眾多亞型中最常見的一型，屬於晚發性自體顯性遺傳的神經退化性疾病。主要是因為座落於14q24.3-q32的MJD1基因發生CAG三核苷酸過度擴增的現象，這些擴增的CAG序列會轉譯出含多麩醯胺酸(polyglutamine; polyQ)序列的蛋白質產物ataxin3 (AT3)，突變的AT3會在細胞內聚集，透過蛋白質水解機制切割後，在細胞核內形成包含體(nuclear inclusions; NIs)產生細胞毒性使得細胞死亡。目前SCA3實際的致病機轉尚未明瞭，為了解AT3與SCA3病程中的致病機制，我們建立AT3誘導表現的PC12細胞模式。我們發現75Q細胞在氧化壓力以及蛋白質酶抑制劑處理過後會比27Q細胞更容易產生蛋白質聚集在細胞核以及細胞和周圍的現象，對於壓力藥物的耐受性也比27Q細胞要低許多。因此我們藉由建立的SCA3細胞模式做一系列新穎組蛋白去乙醯酶抑制劑(histone deacetylase inhibitors; HDACi)藥物篩選，結果發現某些抑制劑藥物確實能保護SCA3細胞，提升細胞存活率以及神經細胞分支生長，降低氧化壓力以及蛋白質聚集的現象，並增加組蛋白(histone)乙醯化及活化許多具神經保護性的訊息傳遞路徑例如Hsp27、ERK、 MnSOD 和NF-κB等。因此，組蛋白去乙醯酶抑制劑藥物或許可成為治療SCA3的良好候選療法。

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水通道蛋白(aqp1a)在斑馬魚胚胎表皮參與二氧化碳的運送

水通道蛋白(aquaporins, AQPs)是一群執行水分子通透的細胞膜蛋白。此外，有些AQPs也被發現具有二氧化碳、甘油、氨與尿素的通透性。因此AQPs 依其功能又區分成三亞群，分別為aquaporins, aquaammoniaporins, 與 aquaglyceroporins三群。在哺乳類研究發現，AQP1缺失的紅血球會降低二氧化碳通透性。最近研究將斑馬魚(Danio rerio) aqp1a表現於蛙卵會增加細胞膜對二氧化碳通透性。然而，目前仍沒有活體的實驗證實AQPs在動物體內參與二氧化碳(carbon dioxide, CO2)通透。本研究利用斑馬魚仔魚為模式動物，探討aqp1a在仔魚表皮細胞上的分佈與功能。將1 % CO2馴養一週的仔魚以real-time PCR分析，結果顯示aqp1a mRNA表現量增加。利用原位雜交與抗體染色標定，發現aqp1a大量表現於卵黃囊表皮上的H+-pump-rich cell與Na+ -pump-rich cell，其他表皮細胞則有少量的表現。利用morpholino knockdown弱化aqp1a蛋白的表現再利用離子選擇電極技術(SIET)分析碳酸排放，發現aqp1a基因弱化的仔魚碳酸的排放減少，顯示aqp1a在胚胎體表細胞扮演CO2通透的功能。

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以癌細胞株與動物模式探討吲哚結構化合物對於腫瘤細胞的生長抑制及其機轉

背景：前人研究指出，多種吲哚類化合物具有抑制細胞分裂的效果，進而導致癌細胞的細胞週期停滯和細胞凋亡。我們實驗室先前的研究證明，3-indole這個新穎的吲哚結構化合物可在30M的濃度下，藉由粒線體途徑（mitochondrial pathway）引起肺癌細胞凋亡，並在動物模式中抑制腫瘤生長。目的：本篇研究探討低濃度3-indole（10M）對癌細胞造成的生長抑制及其分子機轉。另外，我們也發展了另一個新穎的吲哚類化合物—SK228。我們利用細胞及動物模式，探討其對癌細胞生長的影響及其分子機轉。結果：在以10M 3-indole處理A549、CL1-1及H1437肺癌細胞株之後，發現癌細胞生長被抑制，並且造成細胞週期停滯於G1期。3-indole引起的DNA損傷由Comet assay所驗證，並且數種DNA損傷反應蛋白質及G1期調控蛋白質（例如RB、p53、p21和 SMAD3）在3-indole處理後表現量增加。我們進一步發現，3-indole也會引起DNA損傷反應路徑—ATM/ATR路徑的活化；另外，活性氧自由基（reactive oxygen species, ROS）的抑制劑rotenone能降低3-indole引起的DNA損傷和ATM/ATR反應路徑的活化。這些結果指出，ROS在3-indole引起的癌細胞生長抑制中，扮演重要的角色；動物異種移植（xenograft）實驗進一步證明，3-indole在細胞模式中活化的反應路徑，亦可見於動物模式中。在SK228的研究中，我們發現該化合物可有效的抑制肺癌及食道癌細胞生長，而對於正常肺纖維母細胞則無明顯影響。在以SK228處理過的細胞中，觀察到代表細胞凋亡的「細胞膜內膜外翻」的現象，指出SK228會引起細胞凋亡。我們進一步驗證了，SK228藉由與DNA的結合、鑲嵌及產生ROS而造成DNA的結構改變及損傷。SK228的處理會促進cytochrome c從粒線體釋放至細胞質中，以及caspase-3 和 caspase-9的活化，但不影響caspase-8的活性，並且這些反應可被ROS的抑制劑rotenone所抑制。另外，BCL-2家族的蛋白質表現量及粒線體外膜的完整性，亦受到SK228的影響。我們更進一步發現，SK228藉由降低FAK/paxillin路徑及RhoA的活性而抑制癌細胞的轉移能力。另外，動物實驗也證明SK228可有效抑制腫瘤細胞的生長，並且沒有引起明顯的體重變化或血液學、生化學上的明顯傷害。而且，藉由TUNEL assay和免疫組織化學染色證明，SK228可在動物模式中誘發癌細胞的細胞凋亡，進而抑制腫瘤生長。結論：本實驗證明，低濃度3-indole會藉由產生ROS而造成DNA損傷，並引起ATM/ATR路徑和TGF-β/SMAD路徑的活化，進而使細胞產生細胞週期G1期停滯現象。另外，SK228會藉由造成DNA損傷及ROS的產生而誘使癌細胞經由粒線體路徑進行細胞凋亡，並且也證明SK228可以在低濃度下有效抑制癌細胞的轉移能力。

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以微矩陣比較基因體雜合方法偵測東西方肺癌族群新穎致癌基因及其機制與臨床探討

近年研究顯示，腫瘤形成基因於不同種族之間存在差異性。因 此，鑑別各人種族群之間共通及具有差異性的基因群，是近代研究腫 瘤形成的重要課題。為了進一步探究腫瘤形成相關基因的分子機制， 本研究收集了40 對來自於臺灣肺癌病人（由台北榮民總醫院胸腔外 科許瀚水醫師提供檢體）及20 對來自於美國白種肺癌病人（由美國 芝加哥大學附設醫院胸腔外科Dr. Ravi Salgia 醫師提供檢體）的東西 方肺癌族群樣本，對其進行微矩陣比較基因體(array-comparative genomic hybridization, array-CGH) 的圖譜分析。本研究發現，於東方肺癌群族偵測到17 段染色體變異區域，涵蓋註解基因數為476；並 於西方肺癌群族偵測到20 段染色體變異區域，涵蓋註解基因數為 459。進一步針對本研究室先前分析出的expression array 基因群進行 一致性比對，篩選214 個於肺癌族群中基因結構變異及基因表現異常 趨勢相符的候選基因，並對候選基因進行基因已知功能的資料庫搜 尋。這些候選基因包含位於6p22.1 參與MAPK 路徑的 ZNF322A 基 因、位於10q24.1 參與Rho GTPase 路徑的 ARHGAP19 基因、位於 10q24.1 參與Wnt 路徑的 FRAT2 基因、以及位於17p13.3 功能與 motility 相關的 PAFAH1B1 基因。本研究對這四個極具潛力的候選 基因進行即時定量聚合酶鏈鎖反應系統、chromogenic in situ hybridization 方法、反轉錄即時定量聚合酶鏈鎖反應系統及免疫組織 染色法，確認候選候選基因於臨床肺癌樣本及肺癌細胞株中的基因變 異情形，其結果顯示候選候選基因其基因體套數及其 mRNA 表現量 皆於肺癌組織中高於正常組織 (P<0.001~P=0.06)。本研究亦利用反轉 錄即時定量聚合酶鏈鎖反應 及免疫組織染色法對101 位肺癌族群檢 測 PAFAH1B1 基因其 mRNA 及蛋白層次變異情形。結果發現 PAFAH1B1 基因於 mRNA 層次的過度表現頻率為62.4%，於蛋白層 次過度表現頻率為57.4%，且此基因於mRNA 及蛋白層次的過度表 現皆與病人的晚期具有相關性 (mRNA：P=0.008，蛋白層：P=0.008)， 且屬於腺細胞癌 (P=0.020) 及男性 (P=0.049) 的病人於蛋白層次的 過度表現具有較差的預後，顯示PAFAH1B1 基因於肺癌族群具有過 度表達的變異；細胞及動物實驗顯示過度表達PAFAH1B1 且可能促 進肺癌細胞轉移能力。本研究提供了第一個東西方肺癌族群新穎基因 變異資料庫，並以細胞、動物及臨床模式探討基因變異之致癌機轉。