理學院

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學院概況

理學院設有數學系、物理學系、化學系、生命科學系、地球科學系、資訊工程學系6個系(均含學士、碩士及博士課程),及科學教育研究所、環境教育研究所、光電科技研究所及海洋環境科技就所4個獨立研究所,另設有生物多樣性國際研究生博士學位學程。全學院專任教師約180人,陣容十分堅強,無論師資、學術長現、社會貢獻與影響力均居全國之首。

特色

理學院位在國立臺灣師範大學分部校區內,座落於臺北市公館,佔地約10公頃,是個小而美的校園,內含國際會議廳、圖書館、實驗室、天文臺等完善設施。

理學院創院已逾六十年,在此堅固基礎上,理學院不僅在基礎科學上有豐碩的表現,更在臺灣許多研究中獨占鰲頭,曾孕育出五位中研院院士。近年來,更致力於跨領域研究,並在應用科技上加強與業界合作,院內教師每年均取得多項專利,所開發之商品廣泛應用於醫、藥、化妝品、食品加工業、農業、環保、資訊、教育產業及日常生活中。

在科學教育研究上,臺灣師大理學院之排名更高居世界第一,此外更有獨步全臺的科學教育中心,該中心就中學科學課程、科學教與學等方面從事研究與推廣服務;是全國人力最充足,設備最完善,具有良好服務品質的中心。

在理學院紮實、多元的研究基礎下,學生可依其性向、興趣做出寬廣之選擇,無論對其未來進入學術研究領域、教育界或工業界工作,均是絕佳選擇。

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    水稻 (Oryza sativa L.) 第三型幾丁質酶的分子研究
    (2006) 李嘉雯; Chia-Wen Li
    我們自水稻懸浮培養細胞所分泌的蛋白質當中,鑑定出兩種第三型的幾丁質酶 (Osm30和Osm34)。本研究不但針對這兩種幾丁質酶進行生化特性與生理功能的探討,也就水稻基因組資料庫中的32個第三型幾丁質酶成員,進行親緣系統樹的分析,結果顯示Osm30及Osm34分別歸類為第IIIa和IIIb亞型。 幾丁質酶屬於pathogenesis-relative (PR) 蛋白質家族成員,常參與植物的抗病防禦機制。當水稻細胞受到四種病原真菌:Rhizoctonia solani、Sarocladium oryzae、Gibberella fujikuroi和Bipolaris oryzae的感染時,Osm30和Osm34的表現量,均會被誘導增加。此外,Osm30和Osm34也受到甲基茉莉酸 (MeJA) 處理的誘導,而水楊酸 (SA) 的處理則不影響兩者基因的表現,顯示此兩種第三型幾丁質酶可能是經由JA/ethylene-dependent訊息傳導路徑,而非以SA-dependent路徑,來參與植物的抗病機制。 本研究培養水稻細胞的過程中也發現,每當更換新培養液後,水稻細胞的Osm30和Osm34基因都會被短暫誘導而增加表現,隨後又降回基礎表現量。此暫時性表現的情形可能受到繼代培養的攪拌動作 (agitation),及更換新舊培養液時產生的滲透壓差的正向調控;此外,水稻細胞在培養過程中,會新生成並分泌一些抑制幾丁質酶表現的成分,以調節Osm34基因的表現。當水稻細胞以與逆境有關的植物生長調節劑ABA處理時,結果顯示其對於Osm30為正向的促進表現,對Osm34卻為負向的抑制表現,顯示此兩個幾丁質酶在不同的逆境下,其基因表現的調控機制可能有所不同。 綜合上述資料,Osm30和Osm34幾丁質酶在水稻細胞內平常只有基礎量的表現,當細胞感受到環境的變化,包括滲透勢改變、受到機械傷害或病原菌感染時,可能經由JA/ethylene訊息路徑,和/或由其他未知的因子,來調控共同調控其基因的表現,當水稻細胞已適應環境或威脅去除後,水稻細胞有另外的機制來節制幾丁質酶基因的表現。
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    水稻細胞主要分泌性蛋白質(Osm10)的鑑定與分析研究
    (2012) 周坤; Kun Chou
    水稻細胞在懸浮培養條件下會分泌多種蛋白質至培養液中,其中有一分子量約10 kDa的蛋白質 (簡稱Osm10) 的含量豐富,約佔全部分泌蛋白質總量的30%,本研究的目的即在鑑定生合成此蛋白質的基因與探討其表現特性。 為能鑑定Osm10的生合成基因,本研究首先利用二維膠體電泳將水稻細胞的分泌性蛋白質進行分離,再經蛋白質體學的方法分析後,得知Osm10主要包含三種蛋白質,命名為Osm10-I、Osm10-II及Osm10-III,皆屬第一群脂質傳送蛋白 (lipid transfer protein 1, LTP1) 的成員。Osm10-I與Osm10-II之間胺基酸序列相同度達96%,而Osm10-III和另兩個Osm10成員差異較大,胺基酸序列相同度都只有39%。立體結構模擬的結果顯示Osm10-I及Osm10-II屬於典型的LTP1,保守性序列D71、R72及Y107位於疏水性凹陷區域的開口周圍;Osm10-III則屬於特殊的LTP1,由第一與第三個α-helix圍成疏水性凹陷區域的開口,此立體結構的差異可能使Osm10-III具有與Osm10-I、Osm10-II不同的生理功能。若將Osm10與其他已知功能的LTP比較,Osm10-I及Osm10-II的胺基酸序列與大多數LTP的相同度約為50%,而Osm10-III與這些LTP的相同度則約為40%;Osm10-I及Osm10-II的立體結構最接近具抗真菌活性的LTP (ABO28527),而Osm10-III的立體結構最接近與花粉管生長有關的LTP (Q9SW93)。利用資料庫分析Osm10基因的啟動子序列,結果顯示其序列可能具有種子專一性表現以及受多種植物激素與生物及非生物逆境調控的特徵。 本研究發現不僅是多種栽培稻,五種野生稻(O. alta、O. glaberrima、O. mtipogon、O. nivara、TWR-6)的細胞也同樣擁有Osm10基因且表現模式與栽培稻細胞一致,顯示Osm10可能在稻屬植物間具有特殊的生理功能。然而在本研究的分析條件之下,除了懸浮培養細胞的培養基中之外,水稻的種子、幼苗、成熟植株、花及發育中的種子都沒有發現有Osm10的表現,顯示Osm10可能是懸浮培養細胞專一性表現的蛋白質,或是必須使用更靈敏地分析方法才能確認Osm10的表現部位與表現時序特徵。本研究也使用與抗病或逆境相關的植物激素(SA、MeJA與ABA)來處理水稻細胞,結果並未觀察到顯著的差異變化。取水稻細胞的分泌性蛋白對四種水稻病原真菌(Rhizoctonia solani、Fusarium moniliforme、Bipolaris oryzae和Sarocladium oryzae)進行in vitro的抗真菌實驗,結果真菌的生長並不受抑制,可能代表Osm10不具備抑制受測病原真菌生長的活性。 本研究發現Osm10基因具備在懸浮培養的水稻細胞中專一且大量表現的特性,其啟動子及分泌調控序列可能具有應用於以懸浮培養的水稻細胞作為生物反應器,來生產高附加價值的外源重組蛋白質的潛力,除了可提升植物基因工程的應用之外,亦可避免基因改造植物對生態環境造成衝擊的疑慮。
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    水稻RNase基因的選殖
    (2004) 林大方; Ta-fang Lin
    產生RNase是植物對抗缺磷逆境的一種方式。已知TN5-9水稻懸浮培養細胞,在缺磷培養下,可誘導產生一17kDa之RNase。為了解是否在缺磷培養下,僅產生一種RNase?而被誘導產生之RNase其基因表現特性為何?本研究中採用分生方法,以subtractive cDNA PCR、RT-PCR方式選殖出缺磷處理下,水稻被誘導表現之RNase基因。在16個轉型株中,並沒有發現T2/S family RNase基因,但找到有一可能具有RNase活性之pathogenesis-related protein 10a (PR-10a)基因。之後以北方轉漬法及RT-PCR方式,可以驗證水稻在缺磷狀況下,會誘導PR-10a基因大量表現。為確認PR-10a是否具有RNase活性,將此一基因重組後,轉型至大腸桿菌E. coli BL21 (DE3),進行重組蛋白的表現。純化所得之重組蛋白,在Nus tag片段切除後,可分離得到17kDa之PR-10a蛋白質。進行RNase活性檢測,發現唯有重組蛋白之native form不具有RNase活性。將重組蛋白以β-ME、DTT、EDTA、CIAP處理後,發現CIAP處理之重組蛋白可表現出RNase活性,可分解rRNA及tRNA。
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    水稻(Oryza Sativa L.) Osm30分泌性蛋白質的生化及功能分析--一種第三型的幾丁質酶
    (國立臺灣師範大學生命科學學系, 2006-06-??) 李嘉雯; 王玉麒
    本研究自水稻的懸浮細胞培養液中,分離出一分子量為30kDa,且具有水解glycol chitin活性之蛋白質(Osm30)。經由蛋白質N端胺基酸微定序分析及基因選殖的結果顯示,Osm30為水稻的第III型幾丁質酶家族的一員。將Osm30基因轉形並表現於大腸桿菌峙,可觀察到細菌生長被抑制的情形,推測Osm30可能具有溶菌酶的活性。在水稻細胞懸浮培養的過程中,Osm30的mRNA會因繼代培養而有暫時性增加表現的情形,但其在細胞內的蛋白質含量則相對穩定,而在培養液中,Osm30蛋白質則是隨著培養天數增加而持續累積,顯示Osm30蛋白質具有高度穩定性。當以四種 病原真菌,包括:Rhizoctonia solani、Sarocladium oryzae、Gibberella fujikuroi和Bipolaris oryzae,成染水稻細胞時,均會誘導增加Osm30的表現量,顯示Osm30可能在水稻的抗菌防禦機制中扮演相關角色。甲基茉莉酸(MeJA)、離層酸(ABA)和水楊酸(SA)為已知和植物防禦機制有關的生長調節劑,當以這些生長調節劑對水稻細胞進行處理時,MeJA與ABA可誘導Osm30的表現,但是SA的處理則不影響。sm30的表現。此外,我們也在Osm30基因的起動子區域發現與JA和ABA相關的轉錄調控位。根據上述資料,我們推測Osm30為一具有幾丁質酶和溶菌酶雙重酵素活性的蛋白質,在水稻細胞內平常只有基礎量的表現,但當病原菌入侵時,可能經由JA或/和ABA啟動的訊息傳遞途徑來激發Osm30的表現,以強化植物的防禦機制。
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    水稻(Oryza Sativa L.) Osm34分泌性蛋白質的基因選殖及第三型幾丁質酶基因家族的親緣關係分析
    (國立臺灣師範大學生命科學學系, 2006-06-??) 李嘉雯; 王玉麒
    本研究從水稻細胞的培養液中,分離出一分子量為34kDa的分泌性蛋白質(Osm34),經由N端胺基酸微定序分析及基因選殖的結果顯示:不包含分泌訊息序列的Osm34 cDNA長度為1045bp,可轉譯出含有282個胺基酸,等電點為4.94的蛋白質。Osm34的胺基酸序列中,除了具有醣苷水解酵素第18家族成員所特有的兩個保守序列「104RVAVSMGG111」和「146LDGIDIDYE154」之外,胺基酸序列一致度(identity)的比對結果也顯示該蛋白質為一個由我們最先鑑定的水稻第III型幾丁質酶,我們已將其序列註冊於GenBank,編號為AF330230。水稻基因組資料庫中,共登錄有32個具保守序列的第III型幾丁質酶。我們對這些幾丁質酶進行多序列比對與親緣關係分析,結果顯示這些幾丁質酶可被分類至IIIa和IIIb兩個亞型(subc1asses)。III a亞型共包含有29個蛋白質,其胺基酸序列的一致度介於34-85%之間;IIIb亞型雖僅含有3個蛋白質,但其胺基酸序列的一致度高達50-83%;不同亞型之間,胺基酸序列的一致度則低於25%。由前人的研究(Bokma et al., 2002)得知,第III型幾丁質酶保守序列「DXXDXDXE」中的D和E為影響酵素活性的兩個關鍵胺基酸,但我們發現在IIIa亞型的29個幾丁質酶中,有20個成員的這兩個關鍵胺基酸發生變異,可能會導致酵素活性或受質專一性的改變。若將此一因素列入考量,我們建議將IIIa亞型幾丁質酶進一步區分為兩個次亞型(sub-subclasses),兩個關鍵胺基酸維持不變的九個成員為IIIa-1次亞型,而兩個關鍵胺基酸從D和E變異成F/Y和D的20個成員則為IIIa-2次亞型。如此,屬於III a-1次亞型的幾丁質酶彼此間胺基酸序列一致度也可提高到48-69%,而同屬IIIa-2次亞型內的幾丁質酶其胺基酸序列一致度則增加為43-85%。