壹、研究動機

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戌顾
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1 作品名稱 : 茄苳樹對 E. coli BL21(DE3) 的抗菌能力之探討與應用摘要第一我們取得 11 種植物的葉部萃取液, 利用所培養的大腸桿菌 E. coli BL21(DE3), 再透過酶聯結免疫吸收讀取儀 Enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA) 和瓊脂紙錠法來觀察其抗菌能力, 結果發現母茄苳樹與公茄苳樹的葉部萃取液具有較佳的抗菌能力第二將母茄苳樹與公茄苳樹的葉部萃取液, 分別進行不同劑量和不同濃度對抗菌能力影響的實驗, 結果我們發現不論是母茄苳樹或公茄苳樹在使用不同劑量的萃取液時, 對抗菌能力均不產生影響 ; 但在使用不同濃度的萃取液時, 兩者皆是濃度越低, 抗菌能力越差另外, 透過氣相層析質譜儀 (GC-Mass), 得到母茄苳樹的萃取液含有三種成份 : 糠醛 N- 甲基苄胺和羥甲基糠醛 ; 而公茄苳樹的萃取液含有二種成份 : 糠醛和羥甲基糠醛基本上, 糠醛和羥甲基糠醛都具有殺菌的能力! 第三我們利用茄苳樹的抗菌性來自製抗菌乳液, 以大自然的植物萃取液取代化學防腐劑在乳液製程中的使用也利用茄苳樹汁液含有較高濃度的電解質來自製固態瓊脂電池, 並成功地啟動計時器 LED 燈泡和音樂響鈴 1

2 壹研究動機在理化課堂中, 聽到老師正在講一個關於銀的故事 : 在古希臘時代, 有一位戰績彪炳的皇帝, 名叫亞歷山大帝, 有一次他率軍出征, 長途跋涉, 甚至已入侵印度, 但是行軍部隊突然被不明病因所困擾, 相對於此, 軍官們卻相安無事後來查明原因之後, 發現軍官使用的器皿和酒杯都是用銀做的, 銀具有抗菌的功能 ; 相反的, 士兵們的器皿和酒杯皆是錫做的, 而錫則沒有抗菌的功能聽到這個故事之後, 令我感覺非常有趣, 突然靈光乍現, 心中產生許多念頭還有其他金屬也有抗菌的功能嗎? 精油可以殺菌嗎? 大自然中有植物可以抗菌嗎? 諸如此類的想法一個接一個! 近幾年來, 人類因細菌或病毒感染, 所帶來得的疾病, 不僅次數越來越頻繁, 而且也越來越嚴重, 就像今年出現在西非的伊波拉病毒, 在台灣出現的新型禽流感病毒, 都令人聞之色變所以我們試想, 假如我們能夠為人類尋找多一些對抗細菌或病毒的方法, 那麼人類的安全與健康就會多一分保障, 於是研究計畫就此產生, 我們想要從大自然中尋找具有抗菌能力的植物, 並將它開發成日常生活用品, 就像是乳液在與老師討論研究內容後, 於是開始行動! 貳研究目的我們將研究分成三個部分, 第一部份研究是從 11 種校園植物中尋找抗菌能力較佳的植物, 所以我們必須先取得其葉部的萃取液, 然後透過 ELISA 與瓊脂紙錠法, 觀察這些萃取液對大腸桿菌所產生的抗菌效果, 才能決定何種植物抗菌能力最佳, 以利後續的實驗第二部份研究是將抗菌力最強的植物, 進行觀察不同劑量和不同濃度的萃取液, 對大腸桿菌抗菌能力影響的實驗, 以找出最佳的比例關係, 如此才能決定在乳液的製程中, 萃取液的比例濃度例外, 我們希望透夠氣相層析質譜儀的分析, 以利探討抗菌之原因第三部份研究是將抗菌力最強的植物, 利用其抗菌性取代化學防腐劑的使用, 以期能製造抗菌乳液 ; 並結合之前科展作品 - 探討植物葉部萃取液在導電性的分析與應用的結果, 希望能夠自製出固態瓊脂電池, 以期能啟動計時器 LED 燈泡和音樂響鈴 2

3 參實驗設備器材一植物表一植物學名及科名俗名矮仙丹福木母茄苳樹學名 Ixora williamsii hort. Garcinia suubelliptica Bisxhofia javanica 圖片俗名鴨腳木蘭嶼羅漢松蘆薈學名 Brassaia actinophylla Podocarpus costalis Aloe vera 圖片俗名觀音棕竹樟樹鵝掌藤學名 Rhapis excelsa Cinnamomum camphora Schefflera arboricola 圖片俗名羅比親王公茄苳樹學名 Phoenix roebelenii O'Brien Bisxhofia javanica 圖片 3

4 二實驗用各式器材濾紙漏斗鐵架 75% 酒精樣品瓶研缽及杵試管刷量筒燒杯塑膠滴管鑷子刮勺微量滴管尖微量滴管培養皿滅菌棉花棒酒精燈電子秤調理棒加熱板 Zn-Cu 導線計時器 LED 燈泡音樂響鈴 4

(MeOH) 溶劑和皆為 60gw 的 11 種校園植物葉片, 分次放入研缽研磨 20 分鐘 ( 如圖一 ),

結果分別得到矮仙丹福木母茄苳樹鴨腳木羅漢松蘆薈觀音棕竹樟樹鵝掌藤羅比親王公茄苳樹等 11

( 如圖三 ), 利用真空系統將汁液中的液體完全抽乾, 目的在使汁液不含甲醇, 以免影響後續實驗的進行

5 肆實驗過程與方法第一部份 : 校園植物對 E. coli BL21(DE3) 抗菌能力的探討實驗一取得植物的葉部萃汁液步驟 1: 各以量筒量取 40ml 的甲醇 (MeOH) 溶劑和皆為 60gw 的 11 種校園植物葉片, 分次放入研缽研磨 20 分鐘 ( 如圖一 ), 使甲醇盡可能地將葉部的成分溶解出來, 如此的方式, 目的在使萃取的方法標準化, 然後過濾汁液所得即為葉部汁液 ( 如圖二 ), 結果分別得到矮仙丹福木母茄苳樹鴨腳木羅漢松蘆薈觀音棕竹樟樹鵝掌藤羅比親王公茄苳樹等 11 種校園植物葉部汁液茄苳樹 : 雌雄異株圖一研磨植物圖二過濾汁液步驟 2: 分別將此 11 種植物葉部汁液置於真空系統下 ( 如圖三 ), 利用真空系統將汁液中的液體完全抽乾, 目的在使汁液不含甲醇, 以免影響後續實驗的進行甲醇會將部分成分帶入有機層, 不利於萃取, 而且還會有殺菌作用圖三真空系統步驟 3: 將此 11 種抽乾後的物質, 分別加入 20ml 的去離子水, 並置於超音波震盪機中震盪 ( 如圖四 ), 使抽乾後的物質盡可能地溶解於去離子水中圖四超音波震盪機 5

福木母茄苳樹鴨腳木羅漢松蘆薈觀音棕竹樟樹鵝掌藤羅比親王公茄苳樹等 11 種校園植物的葉部萃取液 ( 如圖六 ) 在後續的實驗中, 我們就將此 11 種 10 ml 的植物葉部萃取液視為

6 步驟 4: 然後將重新溶解的矮仙丹葉部汁液倒入萃取瓶中, 再利用萃取法, 分三次加入 30ml 20ml 20ml 二氯甲烷 (CH 2 Cl 2 ) 溶劑充分搖晃, 利用二氯甲烷將汁液中不要的成份溶解出來 ( 如圖五 ), 最後僅取得水層的部分, 待完全抽乾後, 再加入 10 ml 滅菌的去離子水, 即得矮仙丹的葉部萃取液圖五萃取技術步驟 5: 分別將其他植物的葉部汁液按照步驟 4 操作, 結果共取得矮仙丹福木母茄苳樹鴨腳木羅漢松蘆薈觀音棕竹樟樹鵝掌藤羅比親王公茄苳樹等 11 種校園植物的葉部萃取液 ( 如圖六 ) 在後續的實驗中, 我們就將此 11 種 10 ml 的植物葉部萃取液視為 100% 的原液! 1. 矮仙丹 2. 福木 3. 母茄苳樹 4. 鴨腳木 5. 羅漢松 6. 蘆薈 7. 觀音棕竹 8. 樟樹 9. 鵝掌藤 10. 羅比親王 11. 公茄苳樹表二 11 種校園植物的葉部萃取液 6

實驗二大腸桿菌 E. coli BL21(DE3) 的大量培養步驟 1:Lysogeny br

) 溶液的配製 - 稱取 15g 的 Tryptone 5g 的 Yeast 和 5g 的 NaCl 與 1L 的蒸餾水, 一起置入血清瓶中充分攪拌,

溶液, 一起加入滅菌後的離心管, 並置於溫度 37, 轉速 250rpm 的培養箱 ( 如圖八 ) 中, 培養 18 小時後使用, 此為原液 (Stock

7 實驗二大腸桿菌 E. coli BL21(DE3) 的大量培養步驟 1:Lysogeny broth(l.b.) 溶液的配製 - 稱取 15g 的 Tryptone 5g 的 Yeast 和 5g 的 NaCl 與 1L 的蒸餾水, 一起置入血清瓶中充分攪拌, 密封後置入高壓滅菌鍋 ( 如圖六 ) 中加熱 30 分鐘, 待冷卻後備用圖六高壓滅菌鍋步驟 2: 在無菌操作台 ( 如圖七 ) 內, 利用微量滴管分別量取 4μl 的 E. coli BL21(DE3) 和 3000 μl 的 L.B. 溶液, 一起加入滅菌後的離心管, 並置於溫度 37, 轉速 250rpm 的培養箱 ( 如圖八 ) 中, 培養 18 小時後使用, 此為原液 (Stock solution) 圖七無菌操作台圖八恆溫培養箱步驟 3: 在無菌操作台內, 取 250μl 的原液與 25ml 的 L.B. 溶液, 一起加入另一支滅菌後的離心管, 再置於溫度 37, 轉速 250rpm 的培養箱中, 並以 Enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA) 每隔 1 小時測量一次, 監測此菌液 ( 如圖九 ), 直到所測光密度 ( 或吸光度 ) 為 0.09~0.1 後, 再進行分裝, 然後加入植物葉部萃取液並觀察抗菌效果 ELISA: 原理在於檢測特定波長的光通過的強度, 光密度 OD=log( 入射光 / 透射光 ) 圖九 ELISA 7

8 實驗三 ELISA 測量 11 種植物葉部萃取液的抗菌能力步驟 1: 在無菌操作台內, 量取 50μl 的矮仙丹葉部萃取液 ( 實驗一所得 ) 和 450μl 且 OD 為 0.09~0.1 的菌液 ( 實驗二所得 ), 一起加入滅菌後的小樣品瓶, 然後置於溫度 37, 轉速 250rpm 的培養箱中, 進行培養步驟 2: 之後上述培養液每隔 1 小時, 立刻量取 250μl 的菌液與 75μl 的 Glycerol 溶液 (87%), 一起加入滅菌後的離心管尖, 再從中取 200μl 的混合液, 放入 96 孔微量滴定板 ( 如圖十 ), 並以 ELISA 測光密度的變化, 重複此方式, 直到 6 小時後方可停止圖十微量滴定板步驟 3: 重複步驟 1 2, 分別將此 11 種含植物葉部萃取液的菌液與未加任何萃取液的菌液作為對照組, 共 12 組, 於同一時間測試完畢, 以避免誤差太大實驗四瓊脂紙錠法觀察 11 種植物葉部萃取液的抗菌能力步驟 1: 將 2.25g 的瓊脂 (Agar) 加入 150ml 的 L.B. 溶液, 充分攪拌後置入高壓滅菌鍋, 加熱 30 分鐘, 待稍微降溫後, 各取 15ml 含有 Agar 的 L.B. 溶液, 然後倒入 10 個滅菌後的培養皿, 待凝固後備用步驟 2: 在無菌操作台內, 將凝固後的的瓊脂培養皿, 每盤塗抹 200μl 的菌液 ( 實驗二所得 ), 此即為含大腸桿菌 (E. coli BL21(DE3)) 之培養基步驟 3: 取 10μl 的矮仙丹葉部萃取液 ( 實驗一所得 ) 滴入紙錠, 置入以塗抹大腸桿菌之培養基上, 經溫度 37 的培養箱, 進行培養 24 小時後, 觀察是否有抑菌圈的產生, 再以量尺量測抑菌圈直徑, 以檢測抑菌效果步驟 4: 重複步驟 3, 分別將此 11 種植物的葉部萃取液與使用滅菌後的去離子水作為對照組, 共 12 組, 於同一時間測試完畢 8

9 第二部份 : 茄苳樹對 E. coli BL21(DE3) 抗菌能力的探討與質譜分析實驗一 ELISA 與瓊脂紙錠法觀察公與母茄苳樹葉部萃取液, 進行不同劑量的抗菌測試步驟 1: 分別取 10μl 20μl 30μl 40μl 的母茄苳樹葉部萃取液 ( 第二部份實驗一所得 ) 滴入紙錠, 置入已塗抹細菌之培養基上, 經溫度 37 的培養箱, 培養 24 小時後, 觀察是否有抑菌圈的產生, 再以量尺量測抑菌圈直徑, 以檢測抑菌效果步驟 2: 重複步驟 1, 進行公茄苳樹葉部萃取液抗菌測試, 此實驗共 2 組實驗組, 並在同一時間測試完畢實驗二 ELISA 與瓊脂紙錠法觀察公與母茄苳樹葉部萃取液, 進行不同濃度的抗菌測試步驟 1: 分別取三種不同濃度 :100% 10% 1% 的母茄苳樹葉部萃取液各 10μl, 滴入紙錠, 然後置入已塗抹細菌之培養基上, 經溫度 37 的培養箱, 培養 24 小時後, 觀察是否有抑菌圈的產生, 再以量尺量測抑菌圈直徑, 以檢測抑菌效果 100% 的母茄苳樹葉部萃取液 : 原液 ( 第一部份實驗一所得 ) 10% 的母茄苳樹葉部萃取液 ::10μl 原液 + 90μl 滅菌後的去離子水 1% 的母茄苳樹葉部萃取液 ::10μl 原液 +990μl 滅菌後的去離子水步驟 2: 重複步驟 1, 再將公茄苳樹葉部萃取液, 進行公茄苳樹葉部萃取液抗菌測試, 此實驗共 2 組實驗組, 並在同一時間測試完畢實驗三母茄苳樹與公茄苳樹葉部萃取液的質譜分析將母茄苳樹與公茄苳樹葉部萃取液以氣相層析質譜儀 ( 如圖十一 ) 來檢測其內所含的成份, 以利探討抗菌之原因圖十一氣相層析質譜儀 9

第三部份 : 茄苳樹的應用實驗一茄苳樹乳液的製作相態種類重量 ( 克 ) 油相乳油木果脂 5 油相甜杏仁油 5 油相蜜蠟 2 油相

然後一起加入於燒杯中 (2) 在燒杯中, 先將去離子水與甘油均勻混合 (3) 將 (1) ( 2) 的物質分別加熱至 70, 再將 (1)

即可裝瓶圖十二調理棒實驗二茄苳樹固態瓊脂電池的製作根據上次我們所發表的科展作品 - 探討植物葉部萃取液在導電性的分析與應用,

的母茄苳樹葉片, 一起放入研缽研磨 20 分鐘, 使其盡可能地將葉部的成分溶解出來, 然後過濾即得母茄苳樹的葉部汁液步驟 2:

10 第三部份 : 茄苳樹的應用實驗一茄苳樹乳液的製作相態種類重量 ( 克 ) 油相乳油木果脂 5 油相甜杏仁油 5 油相蜜蠟 2 油相椰子油 5 油相乳化劑 2 水相去離子水 77 水相甘油 (Glycerol) 3 水相茄苳樹葉部萃取液 1 (1) 分別秤取表中所有油相物質, 然後一起加入於燒杯中 (2) 在燒杯中, 先將去離子水與甘油均勻混合 (3) 將 (1) ( 2) 的物質分別加熱至 70, 再將 (1) 的物質緩緩加入 (2) 的燒杯中, 然後以固定轉速的調理棒 ( 如圖十二 ) 攪拌 5 分鐘, 待降溫至 40 以下, 再加入茄苳樹萃取液充分攪拌, 即可裝瓶圖十二調理棒實驗二茄苳樹固態瓊脂電池的製作根據上次我們所發表的科展作品 - 探討植物葉部萃取液在導電性的分析與應用, 我們發現母茄苳樹的葉部汁液含有濃度較高的電解質, 所以我們將利用它來自製瓊脂電池步驟 1: 以量筒量取 50ml 的去離子水和 60gw 的母茄苳樹葉片, 一起放入研缽研磨 20 分鐘, 使其盡可能地將葉部的成分溶解出來, 然後過濾即得母茄苳樹的葉部汁液步驟 2: 將母茄苳樹的葉部汁液加入自製固態瓊脂容器孔洞 ( 如圖十三 ) 中, 直到淹沒即停止, 並將待測電器 ( 如圖十四 ) 與其連接成通路, 然後觀察其現象圖十三自製固態瓊脂容器固態瓊脂本身並未能導電圖十四待測電器 10

11 伍研究結果與討論第一部份 : 校園植物對 E. coli BL21(DE3) 抗菌能力的探討實驗一取得植物的葉部萃汁液 1. 結果 : 樣品編號與植物種類 Sample 1 Sample 2 Sample 3 Sample 4 Sample 5 Sample 6 矮仙丹福木母茄苳樹鴨腳木羅漢松蘆薈 Sample 7 Sample 8 Sample 9 Sample 10 Sample 11 觀音棕竹樟樹鵝掌藤羅比親王公茄苳樹表三 11 種校園植物的葉部萃取液 2. 討論 : 我們成功取得 11 種校園植物的葉部萃汁液 ( 如表三 ) 實驗二的大量培養 1. 結果 : (O.D) ( hr ) 圖十五 ELISA 測量大腸桿菌培養時的吸收光譜 2. 討論 : 因為時間的限制, 我們僅能利用白天作實驗, 故 ELISA 所測量的吸收光譜僅取 6 個小時, 由圖十五所得的曲線, 得知 6 小時後, 以達 E. coli BL21(DE3) 飽和量, 可進行實驗操作 11

12 實驗三 ELISA 測量 11 種植物葉部萃取液的抗菌能力 1. 結果 : 種類時間 Sd. S.1 S.2 S.3 S.4 S.5 S.6 S.7 S.8 S.9 S.10 S.11 對照組矮仙丹福木母茄苳樹鴨腳木羅漢松蘆薈觀音棕竹樟樹鵝掌藤羅公比茄親苳王樹 0(hr) (hr) (hr) (hr) (hr) (hr) (hr) 表四 ELISA 測量 11 種植物萃取液的菌液之吸光度 ( 未扣掉植物萃取液顏色的吸收 ) (O.D) ( hr ) Standard Sample1 Sample2 Sample3 Sample4 Sample5 Sample6 Sample7 Sample8 Sample9 Sample10 Sample11 圖十六 ELISA 測量 11 種植物萃取液的菌液之吸收光譜 ( 未扣掉植物萃取液顏色的吸收 ) 12

13 種類時間 Sd. S.1 S.2 S.3 S.4 S.5 S.6 S.7 S.8 S.9 S.10 S.11 對照組矮仙丹福木母茄苳樹鴨腳木羅漢松蘆薈觀音棕竹樟樹鵝掌藤羅比親王公茄苳樹 0(hr) (hr) (hr) (hr) (hr) (hr) (hr) 表五 ELISA 測量 11 種植物萃取液的菌液之吸光度 ( 已扣掉植物萃取液顏色的吸收 ) (O.D) ( hr ) Standard Sample1 Sample2 Sample3 Sample4 Sample5 Sample6 Sample7 Sample8 Sample9 Sample10 Sample11 圖十七 ELISA 測量 11 種植物萃取液的菌液之吸收光譜 ( 已扣掉植物萃取液顏色的吸收 ) 13

14 2. 討論 : 由圖十六中, 我們發現對照組 ( 不含萃取液 ) Sample1( 矮仙丹 ) Sample3( 母茄苳樹 ) Sample5 ( 羅漢松 ) 和 Sample11( 公茄苳樹 ) 皆有下降的趨勢, 其中 Sample3( 母茄苳樹 ) 在 4~6 小時後呈現大幅度的下降, 而 Sample11( 公茄苳樹 ) 則一直呈現在較低吸光度的情形為了避免是萃取液本身顏色所造成的影響, 所以我們做了一張已扣掉植物萃取液顏色的吸收光譜, 在圖十七中, 我們發現 Sample1( 矮仙丹 ) Sample3( 母茄苳樹 ) Sample5( 羅漢松 ) 和 Sample11 ( 公茄苳樹 ) 的確有下降的趨勢, 但是 Sample3( 母茄苳樹 ) 的下降是最明顯的因此我們針對此 4 種植物 ( 矮仙丹母茄苳樹羅漢松和公茄苳樹 ) 再進行一次測試, 以避免誤判的發生, 所得的結果如圖十八, 此次結果發現 Sample3( 母茄苳樹 ) 和 Sample11( 公茄苳樹 ) 依然維持較低吸光度的情形, 所以我們初判 Sample3( 母茄苳樹 ) 和 Sample11( 公茄苳樹 ) 具有較好抗菌能力故我們欲再透過實驗四, 相互佐證實驗的結果! (O.D) 圖十八 ELISA 測量 4 種植物萃取液的菌液之吸收光譜 ( hr ) 14

6 5 3 4 抑菌圈大小圖編號 7( 觀音棕竹 ): 直徑 0 公分編號 8( 樟樹 ): 直徑 0 公分編號 9( 鵝掌藤 ):

15 實驗四瓊脂紙錠法觀察 11 種植物葉部萃取液的抗菌能力 1. 結果 : 種類與抑菌圈大小圖編號 1( 矮仙丹 ): 直徑 0 公分編號 2( 福木 ): 直徑 0 公分編號 3( 母茄苳樹 ): 直徑 1.3 公分編號 4( 鴨腳木 ): 直徑 0 公分編號 5( 羅漢松 ): 直徑 0 公分編號 6( 蘆薈 ): 直徑 0 公分抑菌圈大小圖編號 7( 觀音棕竹 ): 直徑 0 公分編號 8( 樟樹 ): 直徑 0 公分編號 9( 鵝掌藤 ): 直徑 0 公分 7 8 編號 10( 羅比親王 ): 直徑 0 公分編號 11( 公茄苳樹 ): 直徑 1.0 公分去離子水 : 直徑 0 公分去離子水表六瓊脂紙錠法觀察 11 種植物之抑菌圈 2. 討論 : 在表六中, 我們發現只有編號 3( 母茄苳樹 ) 編號 11( 公茄苳樹 ) 具有抑菌圈, 大小分別為直徑 1.3 公分和直徑 1.0 公分, 而對照組如我們所預測, 沒有抑菌圈的產生所以我們更加地確定 Sample3( 母茄苳樹 ) 和 Sample11( 公茄苳樹 ) 具有較佳抗菌能力, 因此在下個實驗我們將針對母茄苳樹和公茄苳樹進行不同劑量和不同濃度的抗菌測試, 以找出最佳的比例關係! 15

第二部份 : 茄苳樹對 E. coli BL21(DE3) 抗菌能力的探討與質譜分析實驗一 ELISA 與瓊脂紙錠法觀察公與母茄苳樹葉部萃取液, 進行不同劑量的抗菌測試 1. 結果 : (1) 母茄苳樹 1 ELISA 測吸光度劑量母茄苳樹時間 10μl 20μl 30μl 40μl 0(hr) 0 0 0 0 1(hr) 0.239 0.228 0.195 0.229 2(hr) 0.

16 第二部份 : 茄苳樹對 E. coli BL21(DE3) 抗菌能力的探討與質譜分析實驗一 ELISA 與瓊脂紙錠法觀察公與母茄苳樹葉部萃取液, 進行不同劑量的抗菌測試 1. 結果 : (1) 母茄苳樹 1 ELISA 測吸光度劑量母茄苳樹時間 10μl 20μl 30μl 40μl 0(hr) (hr) (hr) (hr) (hr) (hr) 表七 ELISA 測量不同劑量的母茄苳樹之吸光度 (O.D) ( hr ) 圖十九 ELISA 測量不同劑量的母茄苳樹之吸收光譜 2 瓊脂紙錠法母茄苳樹抑菌圈大小 10μl: 直徑 1.7 公分 20μl: 直徑 1.7 公分 30μl: 直徑 1.7 公分 40μl: 直徑 1.7 公分圖 10μl 20μl 30μl 40μl 表八瓊脂紙錠法觀察不同劑量的母茄苳樹之抑菌圈 16

(2) 公茄苳樹 1 ELISA 測吸光度劑量公茄苳樹時間 10μl 20μl 30μl 40μl 0(hr) 0 0 0 0 1(hr) 0.103 0.091 0.093 0.107 2(hr) 0.1 0.11 0.114 0.14 3(hr) 0.139 0.151 0.161 0.168 4(hr) 0.127 0.143 0.141 0.212 5(hr) 0.182 0.

17 (2) 公茄苳樹 1 ELISA 測吸光度劑量公茄苳樹時間 10μl 20μl 30μl 40μl 0(hr) (hr) (hr) (hr) (hr) (hr) 表九 ELISA 測量不同劑量的公茄苳樹之吸光度 (O.D) ( hr ) 圖二十 ELISA 測量不同劑量的公茄苳樹之吸收光譜 2 瓊脂紙錠法公茄苳樹抑菌圈大小 10μl: 直徑 1.3 公分 20μl: 直徑 1.3 公分 30μl: 直徑 1.3 公分 40μl: 直徑 1.3 公分圖 10μl 20μl 30μl 40μl 表十瓊脂紙錠法觀察不同劑量的公茄苳樹之抑菌圈 2. 討論 : 由以上的圖表顯示, 可知不同劑量的萃取液對公與母茄苳樹的吸收光譜和抑菌圈並未產生影響, 所以我們可以得到一個結果就是 : 不同劑量的萃取液並不影響公與母茄苳樹的抗菌能力 17

實驗二 ELISA 與瓊脂紙錠法觀察公與母茄苳樹葉部萃取液, 進行不同濃度的抗菌測試 1. 母茄苳樹 - (1) 結果 : 1 ELISA 測吸光度濃度母茄苳樹時間 100% 10% 1% 0(hr) 0 0 0 1(hr) 0.239 0.469 0.439 2(hr) 0.256 0.882 0.618 3(hr) 0.269 0.833 0.706 4(hr) 0.261 0.

18 實驗二 ELISA 與瓊脂紙錠法觀察公與母茄苳樹葉部萃取液, 進行不同濃度的抗菌測試 1. 母茄苳樹 - (1) 結果 : 1 ELISA 測吸光度濃度母茄苳樹時間 100% 10% 1% 0(hr) (hr) (hr) (hr) (hr) (hr) 表十一 ELISA 測量不同濃度的母茄苳樹之吸光度 (O.D) ( hr ) 圖二十一 ELISA 測量不同濃度的母茄苳樹之吸收光譜 2 瓊脂紙錠法母茄苳樹 100%: 10%: 1%: 抑菌圈大小直徑 1.7 公分直徑 1.1 公分直徑 0 公分圖承實驗一 10% 1% 表十一瓊脂紙錠法觀察不同濃度的母茄苳樹之抑菌圈 (2) 討論 : 由以上的圖表顯示, 可知不同濃度的萃取液對母茄苳樹的吸收光譜產生了變化, 其中 100% 的萃取液所得到的吸光度最低, 而且在抑菌圈的測試中, 我們也發現抑菌圈的大小會隨著濃度降低而變小, 故不同濃度的萃取液會影響母茄苳樹的抗菌能力 18

2. 公茄苳樹 - (1) 結果 : 1 ELISA 測吸光度濃度公茄苳樹時間 100% 10% 1% 0(hr) 0 0 0 1(hr) 0.103 0.422 0.455 2(hr) 0.1 0.63 0.657 3(hr) 0.139 0.759 0.79 4(hr) 0.127 0.865 0.86 5(hr) 0.182 1.098 1.

19 2. 公茄苳樹 - (1) 結果 : 1 ELISA 測吸光度濃度公茄苳樹時間 100% 10% 1% 0(hr) (hr) (hr) (hr) (hr) (hr) 表十二 ELISA 測量不同濃度的公茄苳樹之吸光度 (O.D) ( hr ) 圖二十二 ELISA 測量不同濃度的公茄苳樹之吸收光譜 2 瓊脂紙錠法公茄苳樹 100%: 10%: 1%: 抑菌圈大小直徑 1.3 公分直徑 0 公分直徑 0 公分圖承實驗一 10% 1% 表十三瓊脂紙錠法觀察不同濃度的公茄苳樹之抑菌圈 (2) 討論 : 在圖表中, 我們發現不同濃度的萃取液對公茄苳樹的吸收光譜也產生了變化, 其中 100% 的萃取液所得到的吸光度最低, 而 10% 與 1% 的萃取液所得的曲線幾乎相同 ; 至於在抑菌圈的測試中,100% 的萃取液所得到的抑菌圈最大, 而 10% 與 1% 的萃取液則沒有抑菌圈的產生, 我們發現由圖二十二與表十三的所得的結果是一致的 : 濃度越低, 抗菌能力越差, 故不同濃度的萃取液亦會影響公茄苳樹的抗菌能力由以上結果, 我們也發現了母茄苳樹的抗菌能力和公茄苳樹的抗菌能力是有差異性! 19

$實驗三母茄苳樹與公茄苳樹葉部萃取液的質譜分析 1. 結果 : Abundance TIC: 140710-3.D\data.ms 240000 220000 2.760min 母茄苳樹之層析圖 200000 180000 160000 140000 120000 100000 80000 60000 6.$

20 實驗三母茄苳樹與公茄苳樹葉部萃取液的質譜分析 1. 結果 : Abundance TIC: D\data.ms min 母茄苳樹之層析圖 min 6.911min Time--> 圖二十三 GC-MS 檢測母茄苳樹之層析圖 ( min ) 母茄苳樹之質譜圖 2.760min Database 糠醛圖二十四於 2.760min 時, 母茄苳樹之質譜圖 20

21 母茄苳樹之質譜圖 6.821min Database N- 甲基苄胺圖二十五於 6.821min 時, 母茄苳樹之質譜圖母茄苳樹之質譜圖 6.911min Database 羥甲基糠醛圖二十六於 6.911min 時, 母茄苳樹之質譜圖 21

22 Abundance min TIC: D\data.ms 公茄苳樹之層析圖 min Time--> 圖二十七 GC-MS 檢測公茄苳樹之層析圖 ( min ) 公茄苳樹之質譜圖 2.776min Database 糠醛圖二十八於 2.776min 時, 公茄苳樹之質譜圖 22

23 公茄苳樹之質譜圖 6.906min Database 羥甲基糠醛圖二十九於 2.906min 時, 公茄苳樹之質譜圖 2. 討論 : 植物本身都有抗菌的能力, 只是能力的不同, 所以我們透過質譜的分析, 目的在釐清植物中, 到底是什麼成份, 導致其具有抗菌的能力和差異性因此我們將母茄苳樹和公茄苳樹的萃取液, 透過氣相層析質譜儀 (GC-MS) 來檢測其組成成份, 所得的結果整理如下 : 成份糠醛 N- 甲基苄胺羥甲基糠醛英文名稱 Furan-2-carbaldehyde Benzenemethanamine, N-methyl- 2-Furancarboxaldehyd,5-(hydrox ymethyl)- 分子結構 O O HN 實驗式 C 5 H 4 O 2 C 8 H 11 N C 6 H 6 O O HO O 來源可由農副產品中萃取一般為工業用化學製品可由果糖或葡萄糖脫水後產生用途或具毒性用作醫藥與染料中間體糠醛的衍生物具有的殺菌能力生物危害有很强的殺菌能力參考資料維基百科百度百科互動百科維基百科互動百科表十四糠醛 N- 甲基苄胺羥甲基糠醛的性質分析由母茄苳樹和公茄苳樹所得的質譜圖, 我們可以發現母茄苳樹的萃取液與公茄苳樹的萃取液, 皆具有糠醛和羥甲基糠醛, 但是母茄苳樹還多出一種成份 :N- 甲基苄胺因此, 我們推論可能是這些成份導致公母茄苳樹具有抗菌能力, 而母茄苳樹比公茄苳樹多了 N- 甲基苄胺, 也許是 N- 甲基苄胺造成母茄苳樹與公茄苳樹的抗菌能力不同的原因吧! 23

24 第三部份 : 茄苳樹的應用實驗一茄苳樹乳液的製作 1. 結果 : 實驗流程 - Step 1 Step 2 Step 3 Step 4 Step 5 工具高溫滅菌秤取乳油木果脂秤取蜜臘秤取甜杏仁油秤取椰子油 Step 6 Step 7 Step 8 Step 9 Step 10 秤取乳化劑秤取去離子水秤取甘油 70, 加熱攪拌油相水相混合 Step 11 Step 12 Step 13 調理棒攪拌冷卻後, 加入萃取液抗菌乳液完成 2. 討論 : 我們以具有抗菌能力的茄苳樹萃取液取代一般保養品會使用防腐劑 -Methyl Paraben(M. P), 目的是希望透過最自然的植物成份來製造出抗菌乳液, 以減少化學工業原料對皮膚的傷害, 我們也檢測了乳液的穩定性, 在冷藏室至少可以放置 1 個月以上, 而在室溫下可以放置 14 天以上但是因為基於安全性的考量, 所以尚未作皮膚測試, 未來仍須透過化妝品安全測試, 才能知道此抗菌乳液是否能夠使用? 若是能通過安全檢驗, 我們將進行更多的實驗, 例如 : 乳液徑粒的測試萃取液比例的調整和橘子精油抗菌能力的比較 24

成功的自製茄苳樹固態瓊脂電池在圖三十中, 瓊脂電池產生的電能, 足以使計時器啟動,

25 實驗二茄苳樹固態瓊脂電池的製作 1. 結果 : 圖三十啟動計時器圖三十一啟動計時器和 LED 燈泡圖三十二啟動計時器和音樂響鈴圖三十三測試電池電壓 2. 討論 : 根據上次我們所發表的科展作品 - 探討植物葉部萃取液在導電性的分析與應用, 我們發現母茄苳樹的葉部汁液含有濃度較高的電解質, 所以我們利用鋅銅電池的模式, 以茄苳樹的萃取液取代化學電解質水溶液, 成功的自製茄苳樹固態瓊脂電池在圖三十中, 瓊脂電池產生的電能, 足以使計時器啟動, 因此我們想進一步測試是否能夠同時使用兩種電器, 所以採並聯的方式連接電器和電池, 結果在圖三十一和圖三十二中, 不僅能夠同時啟動計時器和 LED 燈泡, 也能夠成功啟動音樂響鈴最後我們以三用電表測量了茄苳樹固態瓊脂電池的電壓 ( 如圖三十三 ), 大概可提供 1.95 伏特的電壓 25

26 陸結論在第一部份的實驗中, 我們先尋找書籍或網路描述具有消毒或殺菌的 11 種校園植物, 姑且不論其是否真的具有抗菌的能力接著我們從這些植物的葉片中, 利用萃取技術取得其萃取液之後, 我們也成功地培養大腸桿菌 E. coli BL21(DE3), 以供不同植物進行抗菌實驗, 最後我們透過酶聯免疫吸附讀取儀 Enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA) 和瓊脂紙錠法來檢測抗菌能力的差異, 結果我們發現母茄苳樹與公茄苳樹具有較佳的抗菌能力在第二部份的實驗中, 我們針對母茄苳樹與公茄苳樹進行更深入的研究, 利用添加不同劑量和不同濃度的萃取液在大腸桿菌的溶液和瓊脂培養基上, 來觀測其抗菌能力的影響, 結果我們發現不同劑量的萃取液, 不論是母茄苳樹與公茄苳樹都不產生影響 ; 但是在探討不同濃度的萃取液時, 我們發現濃度越低, 抗菌能力越差, 故不同濃度的萃取液亦會影響茄苳樹的抗菌能力而在氣相層析質譜儀的分析下, 我們得知母茄苳樹的萃取液含有三種成份 : 糠醛 N- 甲基苄胺和羥甲基糠醛 ; 而公茄苳樹的萃取液含有二種成份 : 糠醛和羥甲基糠醛基本上, 糠醛和羥甲基糠醛都具有殺菌的能力, 但母茄苳樹的萃取液又比公茄苳樹的萃取液還出了 N- 甲基苄胺, 所以我們更進一步推測 N- 甲基苄胺可能是造成母茄苳樹與公茄苳樹的抗菌能力不同的原因吧在第三部份的實驗中, 我們以大自然的植物萃取液, 利用茄苳樹的抗菌性取代化學防腐劑的使用, 製造出穩定性佳的抗菌乳液, 不論是以母茄苳樹或公茄苳樹所製造出的乳液, 在冷藏室至少可以放置 1 個月以上, 而在室溫下可以放置 14 天以上, 未來還要針對其他的性質更進一步的研究! 另外, 我們也以茄苳樹汁液含有較高濃度的電解質, 自製出固態瓊脂電池, 而且能夠提供足夠的電壓, 使計時器 LED 燈泡和音樂響鈴啟動, 並測得 1 個固態瓊脂電池大約為 1.0 伏特的電壓, 未來我們也將尋找其應用的可能性最後我們也發現了一有趣的現象, 那就是茄苳樹的汁液含有較高濃度的電解質, 而且苳樹的萃取液擁有較佳的抗菌能力, 不知兩者是否具有關聯性? 也就是說植物內部若含有高濃度的電解質, 即會具有較佳的抗菌能力!? 從文獻資料中, 我們得知細菌細胞壁上的負離子會和金屬正離子互相作用而達成電性中和, 細菌細胞壁上因此電荷減弱, 細胞壁變得容易破裂, 導致細菌組織液流出, 造成細菌死亡所以假若植物內部汁液的電解質越多, 則解離的帶電離子就越多, 不知是否會因此增加了抗菌能力, 這也是未來可以探討的方向在此我們特別感謝台師大化學系張一知教授與嘉義大學應化系鄭建中教授及其實驗室研究生的指導與協助, 讓我們的研究能夠順利成功的完成! 26

27 柒參考文獻一特有生物研究保育中心 : 二林長胤等三位 ( 民 101 年 ): 校園常見植物抑菌效果之探討中華民國第五十二屆中小學科學展覽優勝作品專輯三蒲姿佑等三位 ( 民 101 年 ): 調味與抑菌兼具的食材與口腔細菌之探討中華民國第五十二屆中小學科學展覽優勝作品專輯四維基百科 -ELISA: 0%B8%E9%99%84%E8%AF%95%E9%AA%8C 五維基百科 -GC-MS: B3%95-%E8%B3%AA%E8%AD%9C%E8%81%AF%E7%94%A8 六維基百科 - 糠醛 : 七百度百科 - 糠醛 : 八互動百科 -N- 甲基苄胺 : 九維基百科 - 羥甲基糠醛 : 十互動百科 - 羥甲基糠醛 : 86%9B 十一翰林出版事業股份有限公司, 自然與生活科技, 第四冊第三章,103 年 2 月修定版十二翰林出版事業股份有限公司, 自然與生活科技, 第六冊第一章,103 年 2 月修定版十三夏如鶯 ( 民 95 年 ): 化妝品乳化劑之乳化效力之探討嘉南藥理科技大學化妝品科技研究所碩士論文十四朱榮聰 ( 民 93 年 ): 析出銅離子對不鏽鋼抗菌之影響遠東學報第二十一卷第四期 : P.707-P

中華民國第　四十七　屆中小學科學展覽會

中華民國第　四十七　屆中小學科學展覽會中華民國第四十七屆中小學科學展覽會作品說明書高中組生物 ( 生命科學 ) 科 040718 光鮮外表下的神秘面紗 - 探討草莓果實生長及其生殖學校名稱 : 國立鳳新高級中學作者 : 高二簡溥辰指導老師 : 王美玲高二謝宜芬高二歐盈佛高二陳柏維關鍵詞 : 草莓 (Fagaria sp. ) 果實發育 (fruit develop) 萌芽 (germination) ~