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病菌概念與心智模式--學生與成人對病毒與細菌的瞭解

本研究研究以質性研究的觀點探索成人與學生對於病菌的概念與呈現的心智模式類型。生物教育的研究焦點經常專注在學齡中的學生，但對於成人病菌概念的研究文獻稀少，因此本研究期望能為關於成人與學生病菌概念差異的研究提供參考。 研究以訪談方式進行，並要求受訪者畫出想像中的「病菌」。訪談的文稿及繪圖以兩位研究者各自對研究資料進行編碼，以期獲得較高的研究信度。研究結果發現理組背景的成人比起文組背景成人，保有較接近科學模式的概念。但未曾接觸病毒相關教育的文組背景成人則具有許多的另有概念，成人與高中生間的概念並沒有隨著年齡的增長而越接近科學模式。 此外只有非常少數的成人與學生能夠瞭解病毒的繁殖過程，因此即使能區分病毒與細菌的差異，也不全能以科學的模式進行兩者差異的解釋。本研究歸納出六種心智模式，其中無法區別病毒與細菌的心智模式有：1. 類動物的病菌模式；2.類細菌的病毒模式。能區分病毒與細菌差異的心智模式則有：1.病毒自然發生模式；2.類普恩蛋白的病毒模式；3.準科學模式；4.科學模式。其中只具有科學模式的部分受訪者對抗生素能持有科學概念。

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四種入侵性不同的豆科野百合屬歸化植物之生理特徵比較

入侵性(invasiveness)指外來物種進入非其原生地後，在當地擴散並建立族群的能力。過去的研究顯示，臺灣豆科野百合屬(Crotalaria)四種歸化植物：南美豬屎豆(Crotalaria zanzibarica Benth)、黃野百合(C. pallida Ait. var. obovata (G. Don) Polhill)、黃豬屎豆(C. micans Link)和恆春野百合(C. incana L.)，其入侵性的強弱顯著不同：南美豬屎豆(Cz)＞黃野百合(Cp)＞黃豬屎豆(Cm)＞恆春野百合(Ci)。 本研究採收該四種野外生長的野百合屬植物的種子，進行溫室實驗以比較並分析這些同屬的外來植物其生理、形態、繁殖等特徵差異，討論這些生物特徵與其入侵性的相關性，以期找出影響入侵性強弱表現的生物特徵。 本研究提出下列假說來檢驗這四種野百合屬歸化植物的生長及生理特性：入侵性較強的物種(1)其種子可在較廣的溫度範圍和較廣的土壤深度條件下發芽；(2) 其種子小苗相對生長速率較快；(3)擁有較多的葉片數量、葉面積；(4)總生物量(biomass)值較高，也會將較多的生物量投資在葉片部位；(5)有較高的植株高度；(6)單位葉片面積擁有較高的最大光合作用速率。 結果顯示這四種野百合屬歸化植物生理和生長特性與入侵性強弱趨勢如下：在發芽試驗結果中，最適合發芽(＞50％發芽率)的土壤深度範圍依序為恆春野百合(Ci)＞黃野百合(Cp)＝南美豬屎豆(Cz)＞黃豬屎豆(Cm)，與入侵性不相符；最適發芽溫度範圍大小依序為南美豬屎豆(Cz)＝黃野百合(Cp)＝恆春野百合(Ci)＞黃豬屎豆(Cm)，也不符合先前預測的入侵性。在小苗生長速率與入侵性方面，發現葉片數量與小苗相對生長速率相關，但並不符合入侵性趨勢。成熟植株的生物量及葉片生物量，以及總葉片面積趨勢與入侵性相符。葉片特徵部分在單位乾重葉面積指數、水含量比例以及總氣孔密度上種間有顯著差異但與入侵性趨勢不相符；葉片單位面積的光合作用能力趨勢與入侵性趨勢也不符。 綜合上述，三個月成熟植株總生物量，葉片生物量以及植株葉片總面積與入侵性趨勢相符。結果支持上述第(3)及(4)的假設。

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台灣族群帕金森氏症Leucine-Rich Repeat Kinase 2 (LRRK2) 基因變異的分子功能研究

PARK8基因座的LRRK2 (全名leucine-rich repeat kinase 2)基因，其突變會導致體染色體顯性的帕金森氏症。LRRK2蛋白具有多個功能區域，於神經系統、大部份器官及淋巴細胞等都有表現。新穎的R767H、S885N變異及已報導過的R1441H變異，是本實驗室在臺灣帕金森氏症患者發現的突變點，R1628P和G2385R兩變異則是華人帕金森氏症的危險因子。本論文首先建構EGFP標記的野生型及R1441H、R1628P、G2385R變異的LRRK2質體(含S1647T、M2397T多型性)，送到HEK-293T細胞中表現，經共軛焦顯微鏡觀察、西方轉漬分析研究，顯示上述變異對LRRK2蛋白在細胞內的位置及合成皆無受到影響。其次選殖α-synuclein cDNA，與R767H、S885N、R1441H、G2019S (白種人常見，作為對照)突變的LRRK2質體共轉染入SK-N-SH細胞，經細胞免疫螢光染色及共軛焦顯微鏡觀察，顯示野生型LRRK2廣泛分佈在細胞質並與α-synuclein有些微連繫。突變的R767H、S885N、R1441H、G2019S亦主要分佈在細胞質，R1441H和G2019S的LRRK2容易形成不含α-synuclein且鄰近細胞核的聚集。進一步的表現上述LRRK2質體於HEK-293T細胞二至六天後，螢光顯微鏡觀察及定量統計結果顯示R1441H和G2019S較野生型的LRRK2顯著地容易誘導更多的包涵體。最後，選殖V5標記的ARHGEF7 cDNA，並建構不含S1647T、M2397T多型性的Myc-His標記的LRRK2質體，共轉染入HEK-293T細胞，進行免疫共沉澱與GTP結合能力試驗的分析，結果發現S885N、R1441H、G2019S等突變影響LRRK2蛋白與ARHGEF7的交互作用。

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不同光質對甘藷小苗光合作用效率、碳水化合物代謝及抗氧化能力之影響

甘藷（Ipomoea batatas (L.) Lam.）葉是重要的抗氧化蔬菜，發光二極體（Light Emiting Diode, LED）則由於可改善傳統燈具壽命短、發熱大和發光效率差等缺點，並提供包括光質、光量、給光頻率及工作比等特定給光條件，成為近年來積極開發之新興人工光源。本論文利用LED提供甘藷小苗藍光（470 nm）與紅光（660 nm），除了探討抗氧化特性外，亦分析光合效率與碳水化合物的代謝受不同光質的影響情形，探討不同光質對甘藷小苗生理之影響。 透過葉綠素螢光數據，經藍光、紅光或全光5天照射處理後，皆不至於對甘藷小苗光合系統Ⅱ造成破壞。由於紅光組甘藷小苗葉片之NPQ明顯低於藍光或全光處理，根據前人指出NPQ與zeaxanthin具正相關性，推測紅光會降低甘藷葉生合成zeaxanthin。 抗氧化能力上，經藍光、紅光和全光處理後之甘藷小苗葉片在glutathion還原態（GSH）及氧化態（GSSG）的含量、ascorbate peroxidases（APX）活性和superoxide dismutase（SOD）活性上並未呈現顯著差異，但藍光處理之葉片表現較高的catalase（CAT）活性，且經藍光或紅光處理後之葉片H2O2含量均較全光低，推測藍光組可透過CAT降低活氧化物的累積。 經測定可溶性醣類含量、澱粉含量與醣類代謝相關酵素活性，顯示不同光質雖未在澱粉含量造成影響，但藍光處理之葉片內葡萄糖、果糖及蔗糖含量皆明顯高於紅光處理，推測與藍光組較紅光組有較高之sucrose phosphate synthase（SPS）和invertase（INV）活性有關。此外全光處理之葉片具較高之acid INV和alkaline INV活性，紅光處理的acid INV和alkaline INV活性則均較藍光處理為低。不同光質下醣類代謝相關酵素活性以SPS和INV表現出顯著差異，但Real-time PCR偵測各酵素基因表現強度並無差別，推測此二者活性應受後轉譯調節所影響。不同光質5天照射雖未對葉片氣孔密度造成影響，但以藍光組氣孔開啟比例最高。 總體而言，藍光處理之甘藷小苗生長良好、有較高之抗氧化能力，葉片內葡萄糖、果糖及蔗糖含量均較高，也具有較高的氣孔開啟比例，顯示在甘藷小苗生長上，藍光較全光、紅光為佳。

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granulocyte colony-stimulating factor 在脊髓小腦運動失調症第十七型動物模式之療效評估

SCA17為一種體染色體顯性遺傳之神經退化性疾病。目前已知SCA17致病原因與TBP基因之三核苷CAA/CAG重複序列擴增有關，正常族群之重複次數為25到42個，患病者則擴增為47到55個，一般推測三核苷重複不正常擴增所轉譯出之多麩醯胺可能影響到蛋白質結構的正確摺疊，使得蛋白質無法發揮其正常功能，最後導致細胞死亡。為了探討TBP蛋白Ｎ端多麩醯胺擴增與神經退化的關係，本研究室先前已利用基因轉殖小鼠技術，將含有109個CAA/CAG重複之人類TBP基因利用小腦Purkinje細胞專一性表現之Pcp2/L7啟動子建立SCA17之疾病動物模式，外觀及行為分析實驗發現，hTBP109Q小鼠有出現運動失調之症狀。本論文即進一步對小鼠腦部進行免疫組織化學染色分析，結果顯示基因轉殖小鼠小腦中的Purkinje cells 有明顯丟失之現象。進一步進行微陣列資料分析及西方墨點法確認後發現小腦中calbindin、inositol 1,4,5-triphosphate receptor 1 (Itpr1)及Cacna1g 表現量明顯降低，此結果指出hTBP 109Q在小鼠腦中可能造成鈣離子恆定上的失調，進一步造成細胞毒性增加、行為上的共濟失調及腦部的損傷；另外GFAP及Iba1表現量明顯增加，表示SCA17的小鼠腦部發生神經膠質細胞纖維化及神經發炎反應。我們進一步利用此SCA17小鼠作為藥物測試平台, 希望能提供更多SCA17致病分子機制及篩選具有治療性潛能藥物。本研究所選擇的藥物為granulocyte colony-stimulating factor (G-CSF)，我們發現，在SCA17小鼠發生症狀後施予G-CSF可以活化p-ERK存活相關的調控路徑，提供神經保護的作用。我們進一步針對發生症狀前的小鼠給予G-CSF，發現熱休克蛋白70表現量增加，病理上亦有所改善，可能藉由提升熱休克蛋白70的表現而達到神經保護的作用；另外，症狀前給藥也發現LC3-II/Actin的比值增加，表示細胞內自體吞噬作用活性提高，此現象增加SCA17蛋白的清除。我們的結論是不論於症狀前期或後期給予G-CSF 藥物皆有神經保護的效果，因此G-CSF對SCA17可能是一個具有潛力的藥物。

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台灣及鄰近地區鈍頭蛇屬系統分類研究

鈍頭蛇科（Pareatidae）是近年由黃頷蛇科（Colubridae）中獨立的類群，由於擁有特化的食蝸食性，在生態、行為與演化上均具有高度的研究價值。在20世紀早期，Van Denburgh以及牧茂市郎先後發表台灣鈍頭蛇（Amblycephalus formosensis）以及駒井氏鈍頭蛇（A. komaii），兩者皆為台灣特有種。其後在1931年經歷了分類變革，鈍頭蛇屬的學名從原先的Amblycephalus改成Pareas。1997年，日籍學者太田英利教授認為台灣只產有一種鈍頭蛇，而根據命名法則稱作較早發表的名稱：台灣鈍頭蛇（Pareas formosensis）。然而，近來我們發現台灣的鈍頭蛇中存在著不連續的外部型態差異，顯見此類群在分類上仍有待釐清。為了探討台灣及鄰近地區鈍頭蛇的系統分類及演化關係，我們同時進行外部型態的檢測及遺傳的分析，並納入產於沖繩的八重山鈍頭蛇（P. iwasakii）進行比對。外部形值方面，我們記錄了身長各項比例、鱗脊、鱗片數量、眼色等數據。遺傳標記方面，則利用PCR增幅粒線體cytochrome b及核染色體的c-mos基因片段，並利用序列建構親緣關係樹。結果從粒線體DNA的序列中發現台灣至少存在三個遺傳上差異明顯的系群，彼此並不成為單系群。其中，台灣鈍頭蛇（P. formosensis）和漢氏鈍頭蛇（P. hamptoni）聚合為遺傳距離非常相近的一群，屬同種範圍。根據漢氏鈍頭蛇的原始描述文獻，我們發現漢氏鈍頭蛇和台灣鈍頭蛇在背部鱗片上有些許差異，據此我們建議將台灣鈍頭蛇歸於漢氏鈍頭蛇的一個亞種（P. hamptoni formosensis）。由核染色體的遺傳標記顯示台灣島內的鈍頭蛇即使處於共域分布的地區，也完全沒有任何的遺傳交流，而且三者均具備可資明顯鑑別的外部形態特徵。由於多組證據相互吻合，我們認為台灣的鈍頭蛇總共存在三個有效的分類群。比對正模標本的外部形值之後，我們認為駒井氏鈍頭蛇應該回復為一個有效種，意即，台灣目前存有三種鈍頭蛇：漢氏鈍頭蛇台灣亞種，駒井氏鈍頭蛇，以及一個未發表的隱藏種。

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永澤蛇眼蝶生活史及蛇眼蝶屬近緣類群之分子親緣關係研究

永澤蛇眼蝶Minois nagasawae (Matsumua)屬於鱗翅目(Lepidoptera)蛺蝶科(Nymphalidae)蛇眼蝶屬(Minois)。蛇眼蝶屬隸屬於眼蝶系列(‘Satyrus series’)，大多數種類主要分布在古北區(Palaearctic zoon)。永澤蛇眼蝶則是分佈在臺灣3000 公尺以上高山的孑遺物種。本研究分為三個章節，分別針對永澤蛇眼蝶的生活史及生態學、永澤蛇眼蝶的眼紋多形性之地理模式，及蛇眼蝶屬及眼蝶亞族的分子親緣關係進行探討。 第一章針對永澤蛇眼蝶的寄主植物、生物學及幼生期形態進行詳細探討。幼蟲寄主植物部分，兩種禾本科植物(Poaceae)包括川上氏短柄草(Brachypodium kawakamii)及髮草(Deschampsia caespitosa)為幼蟲寄主植物。雌蝶產卵行為方面，卵粒產下時自由掉落且未黏附於任何物體上。幼蟲發育歷經五個齡期，且具有休眠越冬行為，休眠齡期通常在一齡及二齡。永澤蛇眼蝶的生物學相較於分佈在溫帶地區的近緣種類蛇眼蝶M. dryas (Scopoli)具有一致性，顯示永澤蛇眼蝶即使分佈在以亞熱帶氣候為主的島嶼，仍保留了適應寒冷氣候棲地的生物特徵。 第二章進行永澤蛇眼蝶的眼紋多形性之地理模式研究，由於鱗翅目的眼紋形成與演化受到許多基因調控、環境因子及選汰作用的影響，長久以來受到許多不同生物學研究領域關切。永澤蛇眼蝶為一年一世代眼蝶，分布在臺灣3000公尺以上高海拔，成蝶主要發生於秋季，眼紋數目及大小呈現多型性。永澤蛇眼蝶為一世代性眼蝶，眼紋多型性顯然並非源自季節適應現象。研究於2003-2010年期間採集477隻永澤蛇眼蝶，分別來自中央山脈、雪山山脈及玉山山脈共15個地點，經由線性迴歸分析眼紋大小、眼紋數目及鳥啄痕數目與緯度、性別及環境因子(十年均溫、十年平均雨量及十年每月平均日照時數)之關係。結果顯示眼紋大小顯著具有緯度效應，緯度愈高眼紋愈大；眼紋數目與鳥啄痕的分析中，緯度與性別因子顯著具有交互作用，高緯度地區雌蝶的眼紋數和鳥啄痕數目較雄蝶多；十年均溫、十年平均雨量及十年每月平均日照時數顯著影響眼紋大小與數目的變異。永澤蛇眼蝶平均有42%個體具有鳥啄痕，野外觀察發現6種鳥類天敵，包括高海拔數量優勢之一的臺灣噪眉(Garrulax morrisoniana)，顯示永澤蛇眼蝶面臨相當程度的鳥類捕食壓力。本研究認為環境因子與鳥類天敵捕食壓力是造成眼紋大小與眼紋數目地理分布模式的因素。 第三章探討蛇眼蝶屬及眼蝶亞族之分子親緣關係。蛇眼蝶屬(Minois)為眼蝶亞族成員，該亞族成員廣分布於舊北區溫帶、亞寒帶至寒帶地區，是一群適應寒冷氣候的眼蝶。本研究利用粒腺體COI及COII基因及核染色體Ef-1α基因序列，並參考已發表之相關研究，新增蛇眼蝶屬、林眼蝶屬(Aulocera)、擬洒眼蝶屬(Paroeneis)及Karanasa latifasciata obscurior樣本建構眼蝶亞族之分子親緣關係。合併分析COI+COII+Ef-1α序列所得之MP、ML和BI樹形圖外觀大致上一致，但樹基部的節點支持度低，眼蝶亞族不同屬之間可分為5群，包括Aulocera+Paroeneis group、Neominois+Oeneis group、Brintesia+Arethusana+Minois group、Satyrus+Chazara+Pseudochazara group、Berberia+Karanasa+Hipparchia group。分佈於亞洲大陸Paroeneis屬的P. sikkimensis與林眼蝶屬(Aulocera)成員形成單系群，其中小型林眼蝶(Aulocera sybillina)與Paroeneis屬的P. sikkimensis的親緣關係較其他同屬成員為近，此一結果暗示林眼蝶可能為並系群(paraphyletic groups)，根據分析結果，我認為Paroeneis屬應與林眼蝶合併。各樹形圖皆支持蛇眼蝶屬為一單系群，永澤蛇眼蝶的姐妹群為蛇眼蝶(Minois dryas)，蛇眼蝶屬最近緣類群為Brintesia，其次為Arethusana，與Satyrus的關係較前兩者遠，此一結果支持了前人根據卵粒形態及落卵式(egg-dropping)產卵行為所提出的假說，証明在眼蝶亞族當中，落卵式產卵行為的演化為一次發生事件。

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頭部外傷所誘發的腦水腫中TRPV4在海馬迴所扮演的角色

創傷性腦損傷又稱為頭部外傷，為最常見的意外事故傷害，其死亡率及致殘率也高踞首位，造成極大的經濟損失及社會福利負擔。前人研究證實鈉-鉀-氯共同轉運蛋白 (NKCC) 經由調控有絲分裂活化蛋白質激酶 (MAPK) 訊號傳遞路徑，於頭部外傷誘發的腦水腫中扮演著重要的角色。然而近年來發現瞬時受體電位香草酸亞型通道 (TRPV4) 與發炎、痛覺傳遞和滲透壓調節息息相關，因此本研究將探討TRPV4在頭部外傷誘發的神經損傷中所扮演的角色，以及相關訊號傳遞路徑。本研究採用改良自Marmarou等人創立之頭部外傷動物模式，將重量450克砝碼自180公分之高度垂直落下，誘發雄性大白鼠產生頭部外傷，並分別於誘發頭部外傷後零、二、四、八、十二及二十四小時後將大白鼠予以犧牲。利用西方墨點法探討不同時間點海馬迴中TRPV4通道之表現，並比較控制組、頭部外傷組、頭部外傷合併給予TRPV4抑制劑或NKCC1抑制劑組別間之腦水腫情形。實驗結果顯示，在誘發頭部外傷八小時後，海馬迴中TRPV4通道之表現量達到最高峰，此外，MEK、ERK及Akt之磷酸化亦顯著增加；誘發頭部外傷後合併投予ruthenium red (TRPV4抑制劑)或bumetanide (NKCC1抑制劑)，均可有效減少MEK、ERK及Akt之磷酸化，以及減緩腦水腫的發生。由於投予bumetanide之大白鼠，其TRPV4通道之表現會受到抑制，而投予ruthenium red卻不會影響NKCC1之表現，顯示NKCC1應位於TRPV4之上游。綜合上述結果，本研究證實頭部外傷後，促使NKCC1活化而增加TRPV4表現，透過有絲分裂活化蛋白質激酶磷酸化訊號傳遞路徑，引起嚴重的神經損傷以及腦水腫的產生。

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PPP2R2B：外遺傳研究暨藥物篩檢模式的建立

Protein phosphatase 2A (簡稱PP2A)是細胞內重要的蛋白去磷酸化酵素，其次單元B調控PP2A在細胞內作用的位置及催化的受質種類。PPP2R2B是表現在腦神經細胞中的PP2A調控次單元B。腦部表現的PP2A調節tau蛋白的磷酸化。Tau蛋白過度磷酸化和PP2A活性下降，皆和阿茲海默氏症(AD)相關。本實驗室的研究亦發現PPP2R2B的低啟動子活性，和國人的阿茲海默氏症顯著相關。本研究第一部份是以PPP2R2B啟動子接上EGFP報導基因，來建立人類胚胎腎HEK-293及神經腫瘤SK-N-SH細胞，轉染入轉錄因子SP1及CREB1後，分析綠螢光量變化，並未呈現預期的調控情形。第二部分為探討PPP2R2B DNA甲基化的外遺傳調控，與阿茲海默氏症的相關性。選取五組年齡及性別配對的病人及正常人DNA樣品，經Bisulfite定序，結果發現AD病人的PPP2R2B的5'端甲基化程度有高於正常人的趨勢，尤其是-311及-310的位置，雖然並沒有到達顯著差異。進一步的神經(SK-N-SH、SH-SY5Y)及非神經(HEK-293)腫瘤細胞PPP2R2B啟動子定序，顯示HEK-293細胞PPP2R2B啟動子上的甲基化，但以去甲基化藥物5-aza-dC處理HEK-293後，PPP2R2B表現量並未顯著上升，MeCP2的抗體的染色質免疫沈澱亦未看到MeCP2蛋白結合到PPP2R2B啟動子上。

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臺灣山椒魚與楚南氏山椒魚棲地及食性資源利用區隔之比較研究

資源利用的區隔，常被視為共域的相似物種之間能夠達成共存的方法，透過比對群聚間在共域及異域分布時對資源利用區隔的情況，有助於瞭解物種競爭的機制作用在哪些層面。本研究自2009年6月至2011年5月間，於合歡山、能高山、雲稜及小雪山等地區調查研究臺灣山椒魚(Hynobius formosanus)與楚南氏山椒魚(Hynobius sonani)兩物種彼此間在棲地選擇及食性方面的資源利用之差異，並探討這兩種山椒魚群聚間資源利用區隔的策略。研究結果顯示，不論是在共域或異域分布區，臺灣山椒魚與楚南氏山椒魚彼此間利用的棲地林相類型皆存在著資源利用區隔的現象，而在棲地遮蔽物大小、基質類型及食物類型的利用則沒有顯著的差異。楚南氏山椒魚在異域分布區的林相棲位寬度較窄 (Ba=0.000)，在共域分布區則較寬 (Ba=0.973)，顯示楚南氏山椒魚在共域分布區的族群，其利用特定棲地林相類型之專一性降低。在生態棲位重疊度方面，共域分布的臺灣山椒魚與楚南氏山椒魚彼此間以林相棲位重疊度最小 (O=0.772)，但是物種在資源利用上可能受限於環境資源的可得性，因此生態棲位重疊度可能與物種的棲息環境有較高的關聯性，而與個體自身對資源之選擇的關聯性較低。