木質部內物質上升的原理 (Xylem)
臺北市立建國高級中學生物科朱芳琳老師/國立臺灣師範大學生命科學系張永達副教授責任編輯

當水分進入植物根部中柱內的木質部後，便開始進行長程的運輸，這段運輸的過程可能長達數十公尺，例如在澳洲，曾記錄過有樹高超過130公尺的尤加利屬植物。 Continue reading →

細胞週期的調控 (Cell Cycle)
臺北市立建國高級中學生物科劉翠華老師/國立臺灣師範大學生命科學系李冠群助理教授責任編輯

細胞週期(Cell cycle)是一連串有規律的步驟，使細胞成長，而後分裂為兩個子細胞。細胞週期可分為細胞生長期和有絲分裂期。細胞生長期(間期)可分成三個時期：(1)第一間期(Gap 1 (G1) phase)：是細胞生長的時期，此時細胞代謝活化，複製所需胞器以及一些細胞質的組成，以供下一階段複製染色體使用；(2)合成期(Synthesis (S) phase)：DNA進行複製的時期；(3)第二間期(Gap 2 (G2) phase)：此時細胞已具有兩倍的遺傳物質，並為有絲分裂期做準備。接著進入分裂期(Mitosis (M) phase)，進行核裂(染色體分離)和質裂(細胞質分裂)的階段。另外還有個G0 phase，為細胞離開細胞週期並且停止分裂的時期。

細胞週期所需要的時間，依細胞的種類和環境而有所差異，可由數分鐘到數年不等，一般培養中的哺乳類動物細胞的細胞週期約為12-24小時。有些細胞可以持續進行分裂，如植物分生組織及人的皮膚細胞等；有些細胞一但分化成熟，便不再進行分裂，處於G0 phase，例如神經細胞；當環境改變時，有些細胞會重新生長進入G1 phase，恢復分裂的能力。 Continue reading →

共軛焦顯微鏡 (Confocal Microscope)的使用原理
國立臺灣師範大學生命科學系葉柏安博士生

由於傳統的螢光顯微鏡，焦距面較廣，景深較深，造成有些分子觀察起來會有模糊的現象。為了克服這個問題，顯微鏡在擷取影像的裝置前，發展出Pinhole（針孔）來過濾非焦距面的影像，產生相當淺景深且清晰的影像。這便是共軛交顯微鏡的基本原理（圖一）。這些針孔越小，影像的解析度越高，但需要較長時間的掃瞄，不利於觀察動態的活細胞。這一點，跟我們一般在用的照相機很像。後來有些廠家，發展出長條形的針孔，透光量較大，可以用來觀察動態的細胞，但影像品質較差。然而，共軛焦顯微鏡的光源，也是百家爭鳴，有些仍沿用傳統螢光顯微鏡的汞燈光源，有些則開發出單色光波雷色光源。不論如何，影像畫質會比傳統螢光顯微鏡還好（圖二）。 Continue reading →

螢光顯微鏡 (Fluorescence Microscopy)在生物學上的應用
國立臺灣師範大學生命科學系葉柏安博士生

顯微鏡是研究生物學必備的工具。其實，拜工業科學的進步，許多材料工業和電子晶片的生產與研發，也需要顯微鏡的幫忙。所以，目前已經不是研究生物學的領域才需要使用顯微鏡。本文章將說明螢光顯微鏡的原理，以及在生物學上的應用。

傳統的光學顯微鏡，不論正立或倒立，或是解剖顯微鏡，都是藉由一般的滷素燈泡光源，來觀察物體。而螢光顯微鏡的光源，則是藉由全光汞燈源（包括紫外線白光），並藉由特殊的濾片來觀察生物體的螢光物質，或是經由人為染色的分子。而這種螢光顯微鏡，已經擴展到實體顯微鏡（解剖顯微鏡）、正立顯微鏡和倒立顯微鏡。

螢光顯微鏡的基本原理，是藉由一個高能量波長的光線，激發出一個較低能量波長的螢光。一般而言，藍、紫色的波長較短，能量較高，可以激發出綠色或紅色的低能量螢光（圖一，A）。加上適當的濾鏡組，便可清晰的看到或擷取螢光影像（圖二，B）。像植物細胞的葉綠體，內含葉綠素，接收到藍光或紫光，這種高量的光，會激發出紅色的螢光（圖二）。

還有來自水母（Aequorea victoria） 的綠螢光蛋白Green fluorescence Protein (GFP) (Shimomura et al., 1962)，接受到高能量的藍光或紫光激發，會產生綠色的螢光（圖三）。GFP 這種螢光蛋白，經過多年的研究，已經生產許多人為變異的螢光蛋白，如黃螢光或紅螢光等。以上這些螢光物質，不需要外加染劑染色，所以細胞不會經由人為染色殺死，甚至可以作生物活體觀察，相當方便好用 (Jouvenet et al., 2008)。

再者，細胞內的分子與胞器，必須藉由特殊的染劑來標示該分子或胞器的所在位置。最常用的染劑是抗體。特殊的抗體可以標定特殊的分子。若該抗體再以人為的方法鍵結螢光物質，就可以再以螢光顯微鏡，來觀察該分子或胞器在細胞內的行為或形態。

圖片說明：
圖一
螢光顯微鏡基本原理
（A）一般而言藍紫色短波長的色光，能量較高。紅光，長波長的色光，能量較低。 （B）螢光顯微鏡，在光源前和影像觀測前，會有特殊濾片，以產生特定的激發光波，並且觀察到螢光。不過，現代的顯微鏡，已經將此兩片鏡組合而為一。

圖二
葉綠素經由藍光照射，會激發出紅色螢光，藉此，可觀察植物活細胞內的葉綠體型態。A，B：觀音座蓮原葉體。 C，D：阿拉伯芥。A，C：可見光下的植物細胞和葉綠體型態。B，D： 螢光顯微下的葉綠體型態。D圖中的插圖，為共軛經顯微鏡的影像，較為清晰。

圖三
綠螢光蛋白（GFP），在生物活體上的觀察。
麻醉的果蠅，在藍光的激發下，顯示綠螢光蛋白。A：為對照組，沒有GFP基因轉殖的果蠅。B： 為GFP轉殖基因果蠅。

Reference
Jouvenet, N., Bieniasz, P. D. and Simon, S. M. (2008). Imaging the biogenesis of individual HIV-1 virions in live cells. Nature 454, 236-40.
Shimomura, O., Johnson, F. H. and Saiga, Y. (1962). Extraction, purification and properties of aequorin, a bioluminescent protein from the luminous hydromedusan, Aequorea. J Cell Comp Physiol 59, 223-39.

美國第一種核准上巿的人造油脂 (Olestra)
高雄市高雄女子高級中學生物科蔡佩珊實習老師/國立臺灣師範大學生命科學系李冠群助理教授責任編輯

一、前言 :

Olestra是一種合成的食用油脂，用Olestra製備的食物，無論是煎、炒、煮、炸或是做生菜沙拉，其色、香、味幾乎與傳統油脂製備的食物一模一樣，惟一不一樣之處則是此種油脂在攝食之後，不會被人體的消化道所吸收，因此就人體的吸收角度而言，Olestra可視作是”無脂的油脂(fat-free fat)”。因此以Olestra烹調的食物與傳統油脂烹調食物之間的最大差異就在，前者沒有油脂而來的熱量，所以可將此種食物視作低脂餐食”low-fat diet”。 Continue reading →

植物抵抗低溫的生理機制—抗凍機制 (Adaptation to Freezing)
國立台中第二高級中學龔雍任實習老師/國立台灣師範大學生命科學系張永達副教授責任編輯

1.木本植物抗凍機制：超冷現象(supercooling)以及冷馴化

超冷現象(supercooling)的發生是因為組織中的水缺乏缺乏具核(nuleation)的物質使冰晶形成，若以純水做實驗，純水中缺乏核，因此可以降溫到-38℃還不會發生凝固的現象，而在一般的木質化組織中，超冷現象可低至-15℃。有些組織，例如裸子植物的幼芽，會進行深度超冷現象(deep supercool)，可到-40℃還不凝固，目前已被記錄的最低溫是-47℃在木質部中。雖然不是所有植物都具有此機制，但是在許多溫帶植物的莖以及木本植物在越冬時都可有超冷現象。深度超冷現象是一套有效率的抗凍機制，但還是有其適用的範圍，若溫度低於-40~-50℃，細胞內還是會凝固，造成細胞的壞死；例如美國以及加拿大東部每年會有一次-40℃的寒冷，常會造成植物中木質部射髓薄壁細胞的死亡，而會受到微生物感染，造成樹木的死亡。 Continue reading →

植物抵抗低溫的生理機制—冷馴化(Cold Acclimation)
國立台中第二高級中學龔雍任實習老師/國立台灣師範大學生命科學系張永達副教授責任編輯

植物生長受到自然環境之影響甚大，各種影響因子中，溫度對於植物生長與分佈扮演相當重要的角色，；一般氣溫於零度以下時，植物之生長活動性均減退。低溫的環境可能造成細胞代謝的減緩，影響生長，更甚者若氣溫在零下的環境，還會造成細胞內水分凝固，造成細胞死亡。不過經過長久演化後，植物已經衍生出許多抗寒的機制。

植物對低溫之適應抗力主要依賴細胞原生質，其能避免低溫引起的凍害，且發生強化(hardening)現象，此為溫帶地區之二年生及多年生植物所具有特性之一，且是一種馴化的過程。可以利用人為的操作造成強化，作法是先將植物置於低溫冷凍或乾旱(drought)狀態數小時便可獲得，例如甘藍及紫花苜蓿。由氣候因子造成的強化除了低溫以外，尚有短光期亦能促成，其中可能有光敏素的參與。強化現象發生期間，細胞的原生質黏度降低，可溶性蛋白質以及糖類含量增高，兩者均會導致組織的冰點下降；而強化的程度，因不同種類植物對於環境適應性而迴異。 Continue reading →

美國第一種核准上巿的人造油脂（Olestrax）
高雄市高雄女子高級中學生物科蔡佩珊實習老師/臺灣師範大學生命科學系李冠群助理教授責任編輯

一、前言
Olestra是一種合成的食用油脂，用Olestra製備的食物，無論是煎、炒、煮、炸或是做生菜沙拉，其色、香、味幾乎與傳統油脂製備的食物一模一樣，惟一不一樣之處則是此種油脂在攝食之後，不會被人體的消化道所吸收，因此就人體的吸收角度而言，Olestra可視作是”無脂的油脂(fat-free fat)”。因此以Olestra烹調的食物與傳統油脂烹調食物之間的最大差異就在，前者沒有油脂而來的熱量，所以可將此種食物視作低脂餐食”low-fat diet”。

二、Olestra的結構
Olestra是一個蔗糖分子(sucrose)連接八個分子的脂肪酸，這種合成的新化合物就稱為蔗糖聚酯(sucrose polyester)。
酯類在人體小腸中否被分解，主要取決於酵素(脂肪酶,lipase)是否可進入酯類的分子結構中，以三甘油酯為例，lipase可輕易進入其結構中並將之分解成脂肪酸及甘油(醇)，這些分解後的成分經由小腸的微血管吸收進入人體。但是蔗糖聚酯在進入小腸之後，由於聚酯結構較三甘油酯為緊密，因此小腸中的lipase並無法進入聚酯結構中進行切割，因此蔗糖聚酯在未被小腸吸收的狀態下經由腸道排出體外，因為聚酯沒有被吸收，自然不會產生任何熱量。 Continue reading →