绿波荡漾-绿藻间讯息的传递.doc

綠波盪漾－綠藻間訊息的傳遞 摘要 人類為了解決地球暖化、能源枯竭，及提升水資源的品質而開始探索藻類產氫的最佳化條件及其群體的行為，藉由對一群綠藻施以二氧化碳、光、電、磁場、葡萄糖、 養分及生物毒素等外界的刺激所得之綠藻群聚的密度變化，來建構綠藻單細胞之間互動的模型，並觀察是否有明顯而特定的密度波動模式。因此，我們利用自製光敏電阻式的密度感測器、微量氣體動態檢測模組及電場盒、磁場盒等器材及相對應的實驗方法，成功的發展出一套簡易而有效的觀測方法，來進行綠藻互動模式的分析工作。在這次的探索中，我們認識到綠藻在接受到好訊息時不會通知同伴，可能是個自私的傢伙；在惡劣的環境中，還沒有足夠的鑑別資訊去證明綠藻會不會報憂不報喜。 貳、 研究動機 人類為了解決地球暖化、能源枯竭，所以絕大部分的生物能源科學家想到要探索綠藻產生燃料電池中的一項要素----氫氣的條件。然而我們卻希望藉由另一個探索的角度：深入而系統性的探索綠藻之間是如何互動的問題，去瞭解綠藻之間互動的秘密。期望能幫助科技界建構出綠藻產氫的最佳生態環境，也可以利用這些資訊減緩水質優養化，提升水資源的品質。 參、 研究目的 藉由對一群綠藻施以二氧化碳、光、電、磁場、葡萄糖、 養分及生物毒素等外界的刺激所得之綠藻群聚的密度變化，來建構綠藻單細胞之間互動的模型。並觀察是否有明顯而特定的長時間密度波動模式----生物波的現象。 肆、 研究問題 一、二氧化碳是否會造成綠藻群體互動模式的變化？ 二、光是否會造成綠藻群體互動模式的變化? 三、電場是否會造成綠藻群體互動模式的變化？ 四、磁場是否會造成綠藻群體互動模式的變化？ 五、養分（葡萄糖 、鐵、硫）是否會造成綠藻群體互動模式的變化？ 六、生物毒素是否會造成綠藻群體互動模式的變化？ 伍、 研究器材 數據採集器、電表、電流電壓供應器、本氏液、亞硫酸鈉、鹽化第二鐵、硫酸第一鐵、硫化鈉、硫酸鋅、硝酸鉀、氯化鉀、雙氧水、醋酸、二氧化碳、氧氣、廣用試液、金線、銅片、鋅片、O-ring、矽膠管、玻璃管、超輕土、滴管、焊錫、易施肥、拋棄式牙科器材、熱熔槍、葡萄糖、鹽橋、剪刀、廣告顏料、電焊槍、顯微鏡、蒸餾水、厚紙板、保鮮膜、綠藻、銀線、自製光敏電阻式的密度感測器、自製微型氧氣產生器、筆記型電腦、打氣機、酸鹼感測用米粒、衛生紙、西卡紙、蘋果、培養箱、檯燈。 ↑酸鹼感測用米粒(圖一 ) ↑檯燈(圖二) ↑筆記型電腦(圖三) ↑電焊槍,蒸餾水,厚紙板,保鮮膜(圖四) ↑銀線(圖五) ↑檯燈,綠藻,光敏電阻式密度感測器(圖六) ↑易施肥,熱熔槍,牙科用具,剪刀,焊錫,廣告顏料,葡萄糖,鹽橋(圖七) ↑電表,數據採集器,電流電壓供應器(圖八) ↑鋅片,銅片,O-ring,玻璃管,滴管,超輕土,金線,塑膠管(圖九) ↑從左到右：硝酸鉀,硫酸鐵,鹽化鐵,廣用指示液,本氏液,醋酸,雙氧水,亞硫酸鈉,硫化鈉(圖十) 陸、 研究方法與過程 研究方法 一、 培養綠藻的方法 (一) 將取得之純化綠藻(單胞藻、有鞭毛、行動快速，十五分鐘約可游四公分)，放入玻璃培養箱中(18cm x12cm x20cm)，使用打氣機打入空氣（含二氧化碳 及氧氣），讓水中綠藻流動，每週加入一滴培養液。 2. 培養箱頂以透明的軟質塑膠片覆蓋，塑膠片上用刀片劃上幾道孔隙作為通氣及防止空氣中漂浮的菌類孢子進入之用，且培養箱絕大部分為透明，故環境中的漫射日光可射入箱中幫助綠藻行光合作用。 3. 如培養箱的綠藻有團聚、固化、或沉澱(可能是異種菌類混入感染) 則須將沉澱固化部分取出或濾除以免感染擴大。 二、 測量綠藻密度分布的方法 1. 如圖六，將六個光敏電阻排列在塑膠架上，並接上電流放大之電路，作成光敏電阻式的密度感測器。 2. 以固定強度的水平日光燈管，作為校正光源以校正密度感測器上每個光敏電阻相對敏感度。 3. 若培養箱中的綠藻密度分布不同時，且以相同強度的光源照射時，透光量將會不同，所得的光敏電流值亦不同。據此，可作為測量綠藻密度分布的方法。 三、 微型生態互動觀測法 1. 顯微鏡：把綠藻滴在載玻片上，加上電場、磁場、養分、生物毒素等變因，置於顯微鏡下，觀察它對上列變因的反應模式。利用此方法可以在短時間內對綠藻對外界的反應取得定性的認識(綠藻可在15鐘內移動約4公分)。 四、 微量氣體濃度動態檢測法 1. 二氧化碳：將米粒浸入廣用試液十分鐘後，將其撈起，用風吹乾，塞入圖九中的玻璃管中，並用保鮮膜將其封住(玻璃管中用熱熔膠填入後塞入黏土，待熱熔膠硬化後取出黏土，以造出空間置入米粒)，將玻璃管尖端伸到需檢測二氧化碳的區域用細鈎在保鮮膜上戳ㄧ小孔，讓部分溶液進入到米粒表面後快速將玻璃管取出，再套上另一個保鮮膜，靜置十分鐘後觀察米粒上廣用試液的顏色，據以比較二氧化