低溫加上冷凍劑對植物之影響

專題名稱低溫加上冷凍劑對植物之影響

專題描述科幻電影中我們常常看到主角利用「冷凍休眠艙」來進行長時間的星際旅行，而以我們現在的技術是可以達成的嗎?如果不行又要如何進行長時間的星際旅行呢?我因為好奇這些問題所以做了這篇小論文。這篇論文探討了冷凍休眠不可行的原因，還有如何可以加長冷凍休眠的時長，像是刺激人體的休眠神經、加壓、將人體水分替換成不易結冰的水......。還有動植物是如何度冬休眠的，像是植物脫落葉子減少水分流失、昆蟲結蛹過冬、動物儲存食物......，這些和人體冷凍休眠都有一些關係。或許可以透過這篇小論文，在未來達到長期的冷凍冬眠的相關應用。

隊伍名稱星雲

指導老師胡峻毓　蘇麗美

參賽學生陳逸芸　闕佑芯　　

序號檔案內容上傳者最後修改
3作者 Peggy Sha
來源 泛科學
描述 想死而復生，先冰起來就對了……嗎？史上第一個冷凍人
James Bedford是世界上第一個冷凍人，在他死後幾小時，他被注射了作為抗凍劑的二甲亞碸，在當時被認為對於長期冷凍很有效用，接者他便被保存進液態氮中。冷凍時，體內的水分形成大型冰晶很容易會造成細胞損傷，所以才要循序漸進並加入抗凍劑，讓細胞不至於在冷凍時受到太大的損傷。
陳逸芸2023/9/27 下午 09:56:56
2作者 李秋容
來源 泛科學
描述 像《星際效應》讓人進入冬眠
有位35歲的日本男性失蹤24天後，在雪山山坡被成功搜救，離奇的是他似乎是以近乎假死的狀態生存了下來，可能是所有人類都具備的潛在能力－休眠。在一項實驗中，研究人員利用高劑量的氣化硫化氫（hydrogen sulfide），讓實驗鼠吸入，成功引發了冬眠反應，並且當科學家使用正常空氣替換氣化硫化氫時，實驗鼠並沒有顯現任何不良反應。期許有一天，這種氣體能使用於誘發人類的休眠反應，甚至應用於長途的太空旅行中。
陳逸芸2023/9/27 下午 09:53:33
1作者 邱金春
來源 農試所鳳山分所
描述 植物遺傳資源的妥善保存與有效利用，可以永續生產安全及足夠的糧食避免飢餓和貧窮，並在農業生產過程友善我們居住的生態環境，近年來氣候環境變遷加劇，許多現有作物有瀕臨絕種或被取代、退化的疑慮，更突顯種原保存技術的重要性，將種子儲藏於種子庫是傳統的種原保存方式，然而無性繁殖作物及很多熱帶、亞熱帶植物無法以種子保存遺傳資源。目前已知利用組織培養技術進行植物體外保存(in vitro conservation)及超低溫冷凍保存(cryopreservation)，不但能減少保存種原耗用的土地空間和人力成本，也能避免外在環境如溫度、降雨、日照、病害或蟲害等因子的干擾，分子生物檢測技術輔助下，為安全且有效的中、長期保存方法。		陳逸芸2023/9/26 下午 09:50:18

序號封面照內容說明上傳者最後修改
3類別 相簿集
名稱 在水蘊草加入抗凍劑(甘油+水)或水，拿去冷凍後解凍，觀察水蘊草有無變化
說明
1.根據實驗2，得知水蘊草可以存活的最高濃度為
2.將幾株水蘊草放入不同濃度的甘油水溶液中(使用實驗3已放好幾天的水蘊草)，另幾株放入水中
3.放入冷藏5小時(適應溫度)
4.放入冷凍5小時
5.放入冷藏解凍5小時
6.完全解凍後，放回清水觀察7天
7.觀察水蘊草變化
結論:
濃度,是否存活
0%,是
10%,是
20%,否
30%,否
陳逸芸2023/9/27 下午 10:41:49
2類別 相簿集
名稱 水蘊草能承受的冷凍劑(甘油+水)濃度(實驗2)
說明
1.調配不同濃度甘油水溶液
2.將水蘊草放入不同濃度的甘油水溶液中
3.7天後觀察水蘊草是否可以存活
結論:
濃度,是否可以承受
0%,是
10%,是
20%,是
30%,是
陳逸芸2023/9/27 下午 10:38:34
1類別 相簿集
名稱 冷凍劑(甘油+水)，不同濃度結冰溫度
說明
1.將甘油和水條配成不同比例(以25%為單位，從0%依序增加)
2.放入冰箱冷凍庫5小時(溫度 -5℃)
3.拿出觀察結冰情形
4.拍照並記錄
結論:
濃度 ,是否結冰
0%,是
25%,是
50%,否
75%,否
100%,否		陳逸芸2023/9/26 下午 09:16:21

序號內容上傳者最後修改
3作者 闕佑芯
標題 冷凍劑不同濃度結冰溫度實驗
內容
在這個實驗中，首先要準備好大小相同的瓶子，洗淨擦乾後，才可倒入甘油和水，運用重量百分比濃度法來算出濃度，再用漏斗將甘油和水分別倒入同一個瓶子中，蓋上蓋子後在蓋子上註明清楚濃度，最後將每個瓶子的甘油都搖晃均勻，確保底下沒有殘留的甘油，就可以和溫度計一同放入冰箱冷凍。

闕佑芯2023/9/26 下午 09:02:27
2作者 陳逸芸
標題 水蘊草在甘油不同濃度適應之實驗心得
內容
在這個實驗中，因為我一開始加完甘油後，是放在陰涼處，並沒有直射，所以當我再次觀察時，甘油水溶液上表面已經長滿了黴菌，但是水蘊草的生長並沒有被影響，但是最後觀察時可能因為陽光被遮擋住了，無法有效行光合作用，所以葉子都有些微泛黃，但是在所有的濃度中，水蘊草都有成功存活下來。

陳逸芸2023/8/31 下午 07:20:34
1作者 陳逸芸
標題 小論文製作心得
內容
在這個小論文的製作當中，我原本以為只要打打字、查查資料就好了，沒想到還要做各種不同的實驗，在設計實驗時還要考慮各種因素，像是將水蘊草放入冷凍時，究竟要以多快速度呢?速度快還是速度慢去冷凍會對生物比較好呢?怎樣才算是存活?這些問題都是設計實驗時要考慮的，所以科學家真的很偉大。

陳逸芸2023/8/31 下午 07:19:55

序號封面簡介（摘要）上傳者最後修改
4書名 世界科技百科：仿生試驗
作者 宋濤
出版社 南文博雅
簡介（摘要）
科學是人類進步的第一推動力，而科學知識的普及則是實現這一推動的必由之路。對迅猛發展的高新科學技術知識的普及，不僅可以使青少年了解當今科技發展的現狀，而且可以使之從小樹立崇高的理想：學好科學知識，長大為人類文明作出自己應有的貢獻。本書全面介紹了仿生試驗科技的發展過程、科學原理、發展方向和應用前景等，具有很強的科學性、知識性、前沿性、可讀性和系統性。
導讀
低溫生物技術要解決許多難題,其中冷凍速度是很關鍵的。冷凍速度過快,生物胞內的水分會結冰,把細胞漲破;冷凍速度過慢,細胞會脫水而使鹽分增加,蛋白質分解。各種細胞的組成成分和含水量都不一樣,所以,對於各種器官組織、各種細胞組合成的生物機體,要確定一個最適宜的冷凍速度是非常困難的事。類似的難題還有掌握復溫的速度、避免細胞器的低溫損傷等等。由於低溫生物技術凝集著人類巨大的興趣和期望,所以近20年來發展很快。根據生理醫學專家預測,到2050年,人類有可能第一次對冰凍保存的人體施行解凍復甦手術。在21世紀內,人類通過用各種冬眠技術斷斷續續地放慢機體的生理作用,會使人生命的跨度放大20倍。		陳逸芸2023/9/26 下午 09:36:34
3書名 人體冷凍: 讓我們將屍體冷凍,然後儲存,最後復活,當您將來想在人體冷凍設施內醒來時
作者 作者:Fouad Sabry 譯者:Jin Tsui
出版社 One Billion Knowledgeable
簡介（摘要）
冷凍保護劑是用於保護生物組織免受低溫(即由於冰形成引起的)有害影響的物質。冷凍保護劑,也稱為防凍化學品和防凍蛋白,在北極和南極昆蟲、魚類和兩棲動物體內生產,以減少冬季冷凍造成的損害。冷凍保護劑還用於保存生物研究以及保存食品的活體材料。
導讀
乙二醇、乙二醇和丙二醇是常規冷凍保護劑中使用的乙二醇類型的示例。乙二醇是包含至少兩個羥基的醇。丙二醇已被證明可以最大限度地減少霜淇淋中冰晶的發展,而乙二醇通常用於生產汽車防凍劑。二甲基亞硯以其首字母縮略詞DMSO廣為人知,是另一種常用的冷凍保護劑。冷凍生物學家多年來一直在使用甘油和 DMSO,以防止冷凍並儲存在液氮中的精子和胚胎中形成冰晶。常規冷凍保護劑用於動物遺傳資源的低溫保存過程。這種方法的目標是保存遺傳物質,以便將來可能的複活。海藻糖是一種不會還原的糖,由酵母和昆蟲大量產生。已經頒發了許多專利,將其用作商業系統中的冷凍保護劑。		陳逸芸2023/9/26 下午 09:35:03
2書名 一粒細胞見世界（新版）
作者 作者:倫斯伯格 譯者:涂可欣
出版社 遠見天下文化出版股份有限公司
簡介（摘要）
這項課程的籌劃者有個遠見,即開放一些學員名額給新聞記者及科學作家,讓這些文科人士也能浸潤在細胞學的趣味之中。在1987年,這項「陰謀」果然逮到《華盛頓郵報》記者倫斯伯格,他因之受到雙重的魔咒,不但愛上了細胞學,更與一位同班上課的細胞學研究生墜入情網。從1989年他就辛勤的為這份柏拉圖之愛而東奔西走,進行訪問、撰寫、拍照、思考,終於在六年後,把他「愛的結晶」呈現給讀者,就是您手中這本《一粒細胞見世界》。
就因作者不是職業科學家,所以反而較重視一般內行人習以為常的科學觀念,也較能透過刻意的說明,讓各種理解層次的讀者,都能一窺科學的堂奧,不論中學生、大學生或研究生,都能從本書的閱讀中受到啟發。
導讀
直到1949時,才由英國生物學家帕克斯爵士(Sir Alan Parkes,1900-1990)發展出一套全新保持細胞的方法——冷凍細胞。許多研究人員已為此嘗試有數十年之久,特別是如何保存得獎公牛的精子,這樣即使在公牛死後,依然能利用人工受精的方法維持優良品種。可是研究人員發現,冷凍過程會殺死細胞,即使有少數細胞在解凍後還存活,但卻已奄奄一息;直到帕克斯發現:在營養液中加入一些抗凍劑,並以非常緩慢的方式冷卻細胞,就可使細胞進入休止期,且在回溫後仍能恢復活力。
使帕克斯成功的,是也被用於汽車抗凍劑的無色糖漿狀液體:甘油。現今更好的替代品是二甲亞碸(DMSO, dimethyl sulfoxide),這是一種無色液體,為製造紙漿的副產品,可用來除去油漆,或做為抗炎藥品。		陳逸芸2023/9/26 下午 09:33:09
1書名 2015年12月號 HOW IT WORKS 知識大圖解中文版 全球怪異天象大集合－揭開火彩虹、青蛙雨和其他天候現象的原因
作者 LiveABC編輯群
出版社 希伯崙股份有限公司
簡介（摘要）
隨著科技發展，人類的生活一天比一天便利，逐漸習慣安逸的人心也開始萌生—錯覺：我們能掌控自然，往往直到天候突然之間失去控制，才知道自己原來太過樂觀。
導讀
超低溫保存法
在極低温之下，生物程序會近乎停止；缺乏熱能導致酵素活性趨緩，活细胞機乎能被無限期保存。
不過，活細胞的超低溫保存準備工作絕非易事。細胞的微觀結構相當脆弱，因此可能在低溫時被內部膨脹的水份脹破、變成碎片；當水形成冰後，溶解出的離子、鹽分和其他分子也會濃縮、擾亂細胞內原本的化學平衡。
低溫保護劑(cryoprotectant)這種化學物質會被用來保護細胞,以避免上述的情況發生；其中的甘油、二甲基亞碸(dimethyl sulfoxide,簡稱DMSO)或糖會被用來取代水分,阻止冰晶形成，或改變其形狀與大小。接著會用液態氮迅速冷卻細胞，使其越過所謂的玻璃轉化溫度(glass transition temperature),之後水分就會結成一種像玻璃而不像冰的固體，然後這些細胞就能安全地儲存在低溫的液體狀態蒸氣裡。
許多植物組織能以極低的溫度儲存。但植物和動物細胞一樣容易受到極低溫度的傷害,因此必須在冷凍前先做好準備。許多植物已經具有抵抗霜害的機制,對不同植物的處理方式也各不同,其中包括風乾以除去濕氣,接著沉浸在低溫保護劑裡。
陳逸芸2023/9/26 下午 09:30:40

序號截圖網站簡介上傳者最後修改
3網站名稱 PubMed
網址 https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/25428001/
網站簡介
冷凍保存是利用極低的溫度來保存結構完整的活細胞和組織。無保護的冷凍通常是致命的，本章旨在分析所涉及的一些機制，並展示如何利用冷卻來產生維持生命的穩定條件。使得開發保存多種細胞和某些組織的有效方法成為可能；這些方法在生物學和醫學中得到了廣泛的應用。這使得開發保存多種細胞和某些組織的有效方法成為可能；這些方法在生物學和醫學中得到了廣泛的應用。		陳逸芸2023/9/26 下午 09:43:38
2網站名稱 Wikipedia
網址 https://en.wikipedia.org/wiki/Cryopreservation
網站簡介
冷凍保存或低溫保存是一種將生物材料（細胞、組織或器官）冷凍以長期保存材料的過程。在低溫下（通常使用液氮為 -80 °C (-112 °F) 或 -196 °C (-321 °F)），任何可能對相關生物材料造成損害的細胞代謝都會被有效停止。冷凍保存是長距離運輸生物樣本、長時間保存樣本以及為用戶創建樣本庫的有效方法。分子，稱為冷凍保護劑添加 (CPA) 是為了減少細胞在冷凍過程中遭受的滲透壓休克和物理應激。研究中使用的一些冷凍保護劑的靈感來自於自然界中的植物和動物，它們具有獨特的耐寒性，可以在嚴酷的冬季生存，包括：樹木、木蛙和緩步動物。		陳逸芸2023/9/26 下午 09:42:14
1網站名稱 The Engineering ToolBox
網址 https://www.engineeringtoolbox.com/glycerine-boiling-freezing-points-d_1590.html
網站簡介
甘油水混合物的沸點隨著甘油量的增加而降低。降低凝固點直到甘油濃度為66.7%。將甘油濃度提高到 66.7% 以上會提高凝固點。		陳逸芸2023/9/26 下午 09:39:20

序號書面報告說明上傳者最後修改
1說明 本報告呈現了我過去獲得的知識和我所做的實驗內容心得，包含:(1)甘油不同濃度的結冰狀況。(2)水蘊草養在甘油的適應情形。(3)水蘊草放入冷凍劑後冷凍的生長情形。陳逸芸2023/9/28 上午 12:15:32