中華民國第五十屆中小學科學展覽會 作品說明書
科別：生物科 組別：高中組
作品名稱：熱？休克吧！蛋白！
關鍵詞：HSP 70 熱休克蛋白、sHSP-CI 熱休克蛋白、Western blot
編號：
熱 熱 熱
熱？ ？ ？休克吧 ？ 休克吧 休克吧！ 休克吧 ！ ！蛋白 ！ 蛋白 蛋白！ 蛋白 ！ ！ ！ 摘要 摘要 摘要
摘要
本實驗主要在探討熱休克蛋白對水稻在高溫環境下的影響。我們從台灣農業上常見的水 稻(台中秈10號、台農67號、台梗8號)篩選出生長較好的品種，以常溫28℃下生長的水稻為對 照組，分別進行32℃、37℃、41℃和45℃的熱處理後，再種回土裡觀察熱處理後的生長情形，
並取另一部份進行蛋白質電泳與Western blot（西方點墨法）分析，比較不同水稻對溫度適應 的差異與熱休克蛋白質累積情形的關聯性。結果顯示台中秈10號及台農67號在第一階段熱處 理後可誘導出HSP 70和sHSP-CI兩種熱休克蛋白，使水稻在溫度上升到致死溫度(45℃)時不至 於全部死亡，仍有60％以上的存活率，另外，結果亦顯示台中秈10號為較耐熱的水稻品種，
適合在未來氣候暖化的情況下種植。
壹 壹 壹
壹、 、 、 研究動機 、 研究動機 研究動機 研究動機
水稻是亞洲人主要的糧食作物，但因為地球暖化，地球溫度逐漸上升，地球上不論動物 或植物或多或少都會受到影響，尤其是賴以維生的農作物若無法生存，那就可能造成糧食恐 慌！回頭看看台灣，行政院環保署的資料顯示(環保署，95，96)：在百年內台灣的溫度大約上 升了 1.4℃，是同期全球平均增溫速率的 2 倍。而地球表面的平均溫度從 19 世紀後期起，至 今已經增加了攝氏 0.6 度。根據氣候模型預測，若不採取任何防制排放溫室氣體的措施，到 了 2100 年時，全球平均地面氣溫將比 1990 年增加攝氏 1.4 ~ 5.8 度，這個變化遠比過去 1 萬 年所經歷的任何變化幅度都大，屆時海平面將上升 9 ~ 88 公分。這不禁讓人為我們主要的糧 食作物擔心：水稻在較高溫的環境下是否還能生長？而我們是否能先找出較耐熱的品種以及 早因應？雖然基因改造可以解決此問題，但到目前為止基因改造作物的話題仍有所爭議，例 如：造成生態系失衡、新病毒的產生、生物多樣性的喪失……等。於是我們在各處書籍、學 術網站找尋其他方法，最後發現了「熱休克蛋白」(Craig et al., 1993)( DeRocher et al., 1991)。
熱休克(heat shock)蛋白質一詞是在研究果蠅唾腺細胞受熱導致染色體膨脹現象時產生的 (Daniels et al., 1987)，將溫度提高於正常生長溫度 5℃～10℃，會使細胞快速產生幾大類的蛋白 質，統稱為熱休克蛋白質(heat shock protein；HSP)，而這種現象則稱為熱休克反應(heat shock response)。細胞在其它的壓力下，如遭遇重金屬、缺氧、發炎等情況，均會產生此種現象，此 為細胞因應環境變化以求得生存的反應方式(Gurley and Key, 1991)，所以這類蛋白質也稱為壓 力蛋白質(stress protein)。當處於逆境時，易造成蛋白質失去作用，而這些廣泛存在於真核與原 核細胞中的 HSPs 被認為能幫助穩定蛋白質的結構，來維持蛋白質的活性(林婉琦，1998)。
貳 貳 貳
貳、 、 、 研究目的 、 研究目的 研究目的 研究目的
本研究在探討水稻於不同高溫環境下，其本身所誘發產生的生存機制為何，主要之目的 包括：
一、 篩選出發芽率最高且較易種植的水稻品種。
二、 測試不同品種水稻植株對不同高溫逆境的耐受性。
三、 比較兩種品系水稻耐高溫的差異與熱休克蛋白累積量的關聯性。
參 參 參
參、 、 、 研究設備及器材 、 研究設備及器材 研究設備及器材 研究設備及器材
本研究除了台中秈 10 號、台農 67、台梗 8 號三種稻子的種子外，尚包括以下實驗設備：
一、種子催芽及生長相關設備
紗布、活動水域、28℃培養箱、土壤。
二、熱處理、熱保護處理、抽蛋白質相關設備
包括耐熱袋、水浴槽、滅菌箱、研缽、液態氮、蛋白質萃取液(NaCl、MDTT、Tris-HCl、
EDTA)、離心機、Loading dye。
三、蛋白質膠體電泳、Western blot(西方點墨法)相關設備
包括膠體（Tris-HCL、 APS、TEMED、dH2O、10％SDS）、電泳槽、緩衝液、類菜瓜布、
厚紙板、Membrane、磁石、脫脂牛奶、熱休克蛋白 70 抗體(HSP-70)、熱休克蛋白 CI 抗 體(HSP-CI)、TBS、搖晃器、壓印箱、Peroxide solution、Substrate solution、底片、微量滴 管、計時器、剪刀、顯影液、定影液、手套。
圖一 蛋白質膠體電泳相關設備一
圖二 蛋白質膠體電泳相關設備二
肆 肆 肆
肆、 、 、 、 研究 研究 研究 研究過程及 過程及 過程及 過程及方法 方法 方法 方法
本研究流程如圖三所示，從選取植株、種植、溫度處理、熱回復、熱保護到抽取蛋白質，
最後使用蛋白質膠體電泳及 Western blot（西方點墨法）分析熱休克蛋白的表現量。
選取植株
↓ 種植
↓ 溫度處理
熱回復 ↓ 熱保護 抽取蛋白質
↓
蛋白質膠體電泳
↓
Western blot（西方點墨法）
圖三 研究方法流程圖
一、選取植株
此次實驗將選擇「台農 67 號」（TNG67）、「台中秈 10 號」（TCS10）及「台梗 8 號」
作為研究對象，此三種稻米皆為農業上所採用的作物，後來也有多種稻米以此三種稻米 作為母株改良。
圖四 台農 67 號稻種 圖五 台中秈 10 號稻種 圖六 台梗 8 號稻種
二、種植：
首先將稻種用清水沖洗浸泡，除去不良的種子後，浸泡在 1.5％的消毒水中，均勻 攪拌 30 分鐘。再次沖洗種子，並用紗布包覆，置於流動水域中進行「催芽」二到三天。
當種子出現白色的芽後，將其播種到事先滅菌好的土壤中，並加水至稍微淹過土壤的高 度，種植時間為十天。
三、溫度處理：
(一)溫度選擇：
在以往的實驗中指出(張喜民，2003)：常溫下（28℃）生長的水稻，在 32℃以上 即可見熱休克蛋白質的表現，並可在 41℃達到最大表現量，因此我們選擇 32℃、37
℃、41℃作為實驗溫度，並選擇 45℃作為測試是否會使水稻致死的溫度。
(二)熱處理：
熱處理的主要目的是要誘導出熱休克蛋白。我們挑選種植十天後株高較一致的 水稻，每 15 株裝入耐熱袋中，並在袋中加入些許的水避免植株脫水。完成後分別放 入 32℃、37℃、41℃、45℃的水浴槽中直接加熱 1 小時，每一種溫度取 8 株水稻進 行熱回復觀察，另 7 株水稻進行蛋白質膠體電泳及 Western blot 分析。
(三)熱回復：
熱回復的主要目的是要觀察熱處理後水稻的生長情況。將水稻放在 32℃、37℃、
41℃及 45℃的水浴槽中直接加熱 1 小時後，於每一種溫度取 8 株水稻種回 28℃下 生存，觀察熱處理後水稻的生長情形。
(四)熱保護處理：
熱保護處理的主要目的是要觀察熱休克蛋白在高溫下保護水稻的效果。我們挑 選植株差不多大小的水稻，每十五株裝入耐熱袋中，並在袋中加入些許的水避免植 株脫水。完成後分別在非致死溫度 28℃、32℃、37℃、41℃的水浴槽中直接加熱半 小時以誘導熱休克蛋白，再於致死溫度(45℃)下處理半小時，最後種回 28℃下的環 境，觀察熱休克蛋白保護水稻生存的效果。
四、抽取蛋白質：
將熱處裡後的水稻除去根部，放入滅菌過的研缽中，並倒入液態氮，以研缽磨成粉 末。加入 Protein extraction buffer，萃取出蛋白質，取上清液至 2ml tube 中，完成後用每分 鐘 20000 轉的速度離心 10 分鐘，再次取上清液至 1.5ml tube 中，並加入上清液體積 0.33 倍的 loading dye，完成後置於 100℃水中煮 5 分鐘，之後再放於-20℃冰箱中保存。
五、蛋白質膠體電泳：
在進行 Western blot（西方點墨法）之前，須經過蛋白質膠體電泳的步驟，先將玻璃 模架好後，用水確定其不會漏水，接下來配膠（上膠 Tris-HCL PH6.8、下膠 Tris-HCL PH8.8），從中央部份加入下膠並加入水把下膠壓平，當水和下膠出現明顯界線時，倒掉 水並加入上膠，且插上齒梳，膠體凝固後將其放入電泳架，在中間倒入電泳緩衝液(running buffer)。完成後在膠體上加入指標計(marker)和水稻的蛋白質（加過染劑(lording dye) ）， 放入電泳槽中再倒入電泳緩衝液(reuse running buffer)（外部），接著開始電泳，先用 85V 電泳 30 分鐘，再用 135V 電泳 80 分鐘。
六、Western blot（西方點墨法）
Western blot 方法的目的是要了解熱休克蛋白表現量的多寡，其步驟如下：
(一)取出電泳後的膠體並把上膠切下，由上到下排列順序為：類菜瓜布、厚紙板、Membrane
（正極）、膠體（負極）、厚紙板、類菜瓜布，完成後夾起來備用，其中 membrane 須 先用酒精泡過 5 分鐘，再用清水洗兩次，再進行 Transfer 的步驟。
(二)Transfer 過程中會產生高溫，所以在電泳槽內加入冰塊並用磁石攪拌保持水體溫度均
衡，外側加上碎冰，用 0.25A 的電流 Transfer 2~3hr。
(三)完成 Transfer 後，取出 membrane 加入 6%脫脂牛奶中，約 30 分鐘後倒掉牛奶，加入 一抗(HSP-70)，放置 shaker 上一個晚上，之後加入 TBS 放置在 Shaker 上，清洗兩次，
每次十分鐘，加入二抗放置 shaker 上一小時，接著加入 TBS 放置在 Shaker 上，清洗 六次，每次十分鐘，取出 membrane 置入壓片箱，完成後攜帶印壓箱、Peroxide solution、
Substrate solution、底片、微量滴管、計時器、剪刀、顯影液、定影液、手套，進入暗 房壓底片。
(四)將 Peroxide solution 和 Substrate solution 混合，滴在 membrane 上，滴好後將塑膠膜蓋 上，放上底片，蓋上印壓箱，計時 30 分鐘，過程要小心底片曝光，之後取出底片，
放入顯影液沖洗，重複觀察影像的清晰度，適當時機用清水沖洗，泡入定影液，定 影後用清水沖洗，放置於架子上晾乾。
伍 伍 伍
伍、 、 、 研究 、 研究 研究結果 研究 結果 結果 結果
一、水稻生長情形
每種水稻各取 100 顆稻種於常溫 28℃下進行催芽並觀察發芽情形。由圖七得知台梗 8 號的發芽率約只有 50％，台農 67 號的發芽率約有 80％，而台中秈 10 號的發芽率高達 95％以上。三種品種中，台中秈 10 號的發芽情形最好，台農 67 號次之，台梗 8 號最差。
0.00%
10.00%
20.00%
30.00%
40.00%
50.00%
60.00%
70.00%
80.00%
90.00%
100.00%
Day1 Day2 Day3
台農 台農台農 台農676767號67號號號 台中仙 台中仙台中仙 台中仙101010號10號號號 台梗 台梗台梗 台梗8888號號號號
圖七 水稻發芽情形
除觀察水稻發芽情形外，我們亦觀察水稻生長的情形。取相同數量已發芽的稻子進 行種植，並在一天後、三天後、五天後觀察水稻初期生長情形，可發現以下幾結果：
1.由圖八到圖十得知台中秈 10 號的生長速度較其他兩種快，不論在一天後、三天後或五 天後皆長得較高，台農 67 號與台梗 8 號的生長速度則大約一致。
2.由圖八到圖十得知台中秈 10 號與台農 67 號的株高分佈較集中，而台梗 8 號較為分散。
3.由於台中秈 10 號生長速度較其他兩種快故種植時可優先選用，而台梗 8 號的發芽率很 明顯較其他兩種差，所以我們只取「台中秈 10 號」（TCS10）和「台農 67 號」（TNG67）
作為研究對象。
0.00%
0.00% 0.00%
0.00%
10.00%
10.00% 10.00%
10.00%
20.00%
20.00% 20.00%
20.00%
30.00%
30.00% 30.00%
30.00%
40.00%
40.00% 40.00%
40.00%
50.00%
50.00% 50.00%
50.00%
60.00%
60.00% 60.00%
60.00%
70.00%
70.00% 70.00%
70.00%
80.00%
80.00% 80.00%
80.00%
90.00%
90.00% 90.00%
90.00%
100.00%
100.00% 100.00%
100.00%
未發 芽
初期 發芽
0.5cm1cm 1.5cm2cm 2.5cm3cm 3.5cm4cm 4.5cm5cm 5.5cm6cm 6.5cm7cm 7.5cm8cm 8.5cm
台農 台農 台農 台農67 67 67 67號 號 號 號 台中仙 台中仙 台中仙 台中仙10 10 10 10號 號 號 號 台梗 台梗 台梗 台梗8888號 號 號 號
圖八 種植一天後三種水稻的株高分佈
0.00%
0.00%
0.00%
0.00%
10.00%
10.00% 10.00%
10.00%
20.00%
20.00% 20.00%
20.00%
30.00%
30.00% 30.00%
30.00%
40.00%
40.00% 40.00%
40.00%
50.00%
50.00% 50.00%
50.00%
60.00%
60.00% 60.00%
60.00%
70.00%
70.00% 70.00%
70.00%
80.00%
80.00% 80.00%
80.00%
90.00%
90.00% 90.00%
90.00%
100.00%
100.00%
100.00%
100.00%
未發 芽 初期
發芽
0.5cm1cm 1.5cm2cm 2.5cm3cm 3.5cm4cm 4.5cm5cm 5.5cm6cm 6.5cm7cm 7.5cm8cm 8.5cm
台農 台農 台農 台農67 67 67 67號 號 號 號 台中仙 台中仙 台中仙 台中仙10 10 10號 10 號 號 號 台梗 台梗 台梗 台梗8888號 號 號 號
圖九 種植三天後三種水稻的株高分佈
0.00%
0.00% 0.00%
0.00%
10.00%
10.00%
10.00%
10.00%
20.00%
20.00%
20.00%
20.00%
30.00%
30.00%
30.00%
30.00%
40.00%
40.00%
40.00%
40.00%
50.00%
50.00%
50.00%
50.00%
60.00%
60.00%
60.00%
60.00%
70.00%
70.00%
70.00%
70.00%
80.00%
80.00%
80.00%
80.00%
90.00%
90.00%
90.00%
90.00%
100.00%
100.00% 100.00%
100.00%
未發 芽 初期
發芽
0.5cm1cm 1.5cm2cm 2.5cm3cm 3.5cm4cm 4.5cm5cm 5.5cm6cm 6.5cm7cm 7.5cm8cm 8.5cm
台農 台農 台農 台農67 67 67號 67 號 號 號 台中仙 台中仙 台中仙 台中仙10 10 10號 10 號 號 號 台梗 台梗 台梗 台梗8888號 號 號 號
圖十 種植五天後三種水稻的株高分佈
二、熱回復生長情形
由圖十一及圖十二可觀察出以下幾點：
1.台中秈 10 號和台農 67 號經過熱回復處理後，除了 28℃加熱到 45℃的稻子全部死亡外，
其餘加熱到 32℃、37℃及 41℃的稻子約有 80%以上的存活率，由此可知 45℃為此兩種 水稻的致死溫度。
2.在熱回復處理後，台農 67 號的回復狀況、葉子及莖的外觀都較台中秈 10 號健壯。
圖十一 台中秈 10 號在不同溫度下處理後「熱回復」的生長情形
圖十二 台農 67 號在不同溫度下處理後「熱回復」的生長情形
三、熱保護處理
我們一共進行兩次熱保護處理實驗，以觀察其再現性，分別敘述如下：
(一)第一次熱保護處理實驗
由表一可知，台農 67 號原本應在 45℃就全數死亡的植株，在經過熱保護二段性 熱處理後，能使水稻抵抗高溫環境，因而存活率大幅上升至 60％以上。不管是熱回 復或熱保護的生存率都以 41℃處理後最高，37℃次之，32℃最低。
由表二可知，台中秈 10 號原本應在 45℃就全數死亡的植株在經過熱保護二段性 熱處理後，存活率亦大幅上升至 60％以上。熱回復的生存率以 32℃處理後最高，37
℃次之，41℃最低，熱回復的生存率隨著溫度上升而下降；但熱保護的生存率以 32
℃處理後最低，37℃次之，41℃最高，熱保護生存率反而隨著溫度上升而上升，台中 秈 10 號的熱回復生存率與熱保護生存率與溫度的關係呈現出完全不同的趨勢，這可 能與水稻的基因有關，可再做進一步的研究與探討。
表一 台農 67 號第一次實驗經過熱回復和熱保護處理後的生長情形
熱回復處理 存活率 熱保護處理 存活率
1 28℃(對照組，不作 熱回復處理)
100％
2 28℃→32℃→28℃
（1 小時）
82％ 28℃→32℃→45℃→28℃
（30 分）（30 分）
60％
3 28℃→37℃→28℃
（1 小時）
85％ 28℃→37℃→45℃→28℃
（30 分）（30 分）
69％
4 28℃→41℃→28℃
（1 小時）
89％ 28℃→41℃→45℃→28℃
（30 分）（30 分）
75％
5 28℃→45℃→28℃
（1 小時）
0%
表二 台中秈 10 號第一次實驗經過熱回復和熱保護處理後的生長情形
熱回復處理 存活率 熱保護處理 存活率
1 28℃(對照組，不作 熱回復處理)
100％
2 28℃→32℃→28℃
（1 小時）
94％ 28℃→32℃→45℃→28℃
（30 分）（30 分）
61％
3 28℃→37℃→28℃
（1 小時）
92％ 28℃→37℃→45℃→28
（30 分）（30 分）℃
72％
4 28℃→41℃→28℃
（1 小時）
88％ 28℃→41℃→45℃→28℃
（30 分）（30 分）
78％
5 28℃→45℃→28℃
（1 小時）
0%
由圖十三可知經熱回復熱處裡後，台中秈 10 號的存活率高於台農 67 號。生存的個 數以 28℃的對照組最多，但隨著溫度上升，台農 67 號的生存個數會漸增，而台中秈 10 號的生存個數會遞減，可見不同的水稻品種對不同溫度的反應也有所差異。
由圖十四可知不論是台農 67 號或台中秈 10 號，經 41℃處裡後的熱保護效果最好，
37℃次之，32℃最差，但台中秈 10 號的存活率低於台農 67 號。
0%0%
0%0%
10%10%
10%10%
20%20%
20%20%
30%30%
30%30%
40%
40%
40%
40%
50%
50%
50%
50%
60%
60%
60%
60%
70%70%
70%70%
80%80%
80%80%
90%90%
90%90%
100%
100%
100%
100%
28℃ 28℃→32℃→28℃ 28℃→37℃→28℃ 28℃→41℃→28℃
台中秈10號 台農67號
圖十三 第一次熱回復處理台農 67 號與台中秈 10 號的水稻存活率比較
0%
0%
0%
0%
10%
10%
10%
10%
20%
20%
20%
20%
30%30%
30%30%
40%
40%
40%
40%
50%50%
50%50%
60%
60%
60%
60%
70%
70%
70%
70%
80%80%
80%80%
90%90%
90%90%
100%
100%100%
100%
28℃ 28℃→32℃→28℃ 28℃→37℃→28℃ 28℃→41℃→28℃
台中秈10號 台農67號
圖十四 第一次熱保護處理台農 67 號與台中秈 10 號的水稻存活率比較
(二)第二次熱保護處理實驗
由表三、表四及圖十五、圖十六中可知，第二次實驗的數據值與第一次差異不大，
其結果與第一次實驗大致相同，足以驗證本實驗結果的再現性。
表三 台農 67 號第二次實驗經過熱回復和熱保護處理後的生長情形 熱回復處理 存活狀況 熱保護處理 存活狀況 1. 28℃→32℃→28℃
（1 小時）
80％存活 28℃→32℃→45℃→28℃
（30 分）（30 分）
67％存活
2. 28℃→37℃→28℃
（1 小時）
85％存活 28℃→37℃→45℃→28℃
（30 分）（30 分）
76％存活
3. 28℃→41℃→28℃
（1 小時）
90％存活 28℃→41℃→45℃→28℃
（30 分）（30 分）
84％存活
表四 台中秈 10 號第二次實驗經過熱回復和熱保護處理後的生長情形 熱回復處理 存活狀況 熱保護處理 存活狀況 1. 28℃→32℃→28℃
（1 小時）
95％存活 28℃→32℃→45℃→28℃
（30 分）（30 分）
84％存活
2. 28℃→37℃→28℃
（1 小時）
93％存活 28℃→37℃→45℃→28℃
（30 分）（30 分）
85％存活
3. 28℃→41℃→28℃
（1 小時）
90％存活 28℃→41℃→45℃→28℃
（30 分）（30 分）
90％存活
0%
0%
0%
0%
10%
10%
10%
10%
20%
20%
20%
20%
30%
30%
30%
30%
40%
40%
40%
40%
50%50%
50%50%
60%
60%
60%
60%
70%
70%
70%
70%
80%
80%
80%
80%
90%90%
90%90%
100%
100%100%
100%
28℃ 28℃→32℃→28℃ 28℃→37℃→28℃ 28℃→41℃→28℃
台中秈10號 台農67號
圖十五 第二次熱回復處理台農 67 號與台中秈 10 號的水稻存活率比較
0%
0%
0%
0%
10%10%
10%10%
20%20%
20%20%
30%
30%
30%
30%
40%
40%
40%
40%
50%50%
50%50%
60%
60%
60%
60%
70%
70%
70%
70%
80%80%
80%80%
90%90%
90%90%
100%
100%100%
100%
28℃ 28℃→32℃→28℃ 28℃→37℃→28℃ 28℃→41℃→28℃
台中秈10號 台農67號
圖十六 第二次熱保護處理台農 67 號與台中秈 10 號的水稻存活率比較
表五 台農 67 號和台中秈 10 號熱回復的平均生存率比較 28℃ 28℃→32℃
→28℃
28℃→37℃
→28℃
28℃→41℃
→28℃
28℃→45℃
→28℃
台農 67 號 100% 81％ 85％ 89.5％ 0%
台中秈 10 號 100% 94.5％ 92.5％ 89％ 0%
表六 台農 67 號和台中秈 10 號熱保護的平均生存率比較 28℃→32℃→45℃
→28℃
28℃→37℃→45℃
→28℃
28℃→41℃→45℃→
28℃
台農 67 號 64％ 74％ 81％
台中秈 10 號 72％ 76％ 82.5％
表五及表六分別為台農 67 號和台中秈 10 號的熱回復生存率平均值與熱保護生存率平均值 之比較，由表五中可看出台中秈 10 號在 32℃、37℃和 41℃下熱回復後的生存率平均值高於 台農 67 號，且 41℃熱回復後的生存率平均值約相等。
由表六中可看出水稻經熱保護二段性熱處理後，水稻可在第一階段(32℃、37℃、41℃)熱 處理後產生如圖十七所示的大分子熱休克蛋白質(HSP 70)，而在第二階段(45℃) 熱處理的高溫 下，HSP 70 熱休克蛋白質則發揮其保護作用，避免植株因為高溫而死亡。台農 67 號與台中秈 10 號生存率皆以 41℃處理後最高，這是因為在 41℃處理後，除了會產生圖十七所示的大分子 熱休克蛋白質(HSP 70)外，還會產生如圖十八所示的小分子熱休克蛋白質(sHSP-CI)，使水稻有 雙重的熱保護效果，因而其存活率比 32℃、37℃處理後還高。同時在表五及表六中亦可看出 台中秈 10 號在不同溫度處理後的平均生存率均高於台農 67 號，因此台中秈 10 號是比較耐熱 的稻種。
四、 檢測 HSP
(一)HSP 70 與 sHSP-C 比較
HSP 70 為大分子質量的熱休克蛋白質，而 sHSP-CI 為小分子質量的熱休克蛋白質(Dietrich et al., 1991)。在前人研究中已知(張碧芳，2001)，當遭遇到高溫情況時，會誘導產生 HSP 70 大 分子質量的熱休克蛋白質。而 sHSP-CI 小分子質量的熱休克蛋白質主要會彼此聚集形成複合 物，與受到熱等逆境作用而變性(denature)的蛋白質結合(註:蛋白質變性後會破壞本身結構，並 且在細胞內變得不可溶)，為了避免這些變性的蛋白質彼此凝聚在細胞內形成不可溶的巨分 子，而破壞細胞內的衡定，因而 HSP 70 具有使這些凝聚的蛋白質彼此分開的特性，並重新折 疊回原本的構型，以達到對細胞衡定與保護蛋白質的功能(林佩玲，2005)。
由圖十七可看出在任何溫度下皆有穩定的 HSP70 的大分子熱休克蛋白質累積，並無特別 大量或特別少量的情形出現。由圖十八可看出台中秈 10 號和台農 67 號的 sHSP-CI 小分子熱 休克蛋白質只在 41℃時有大量累積的情形，其餘溫度並沒有出現 sHSP-CI 的小分子質量熱休 克蛋白質。
圖十七 HSP 70 之表現量
台中秈 10 號 台農 67 號
28℃ 32℃ 37℃ 41℃ 45℃ 28℃ 32℃ 37℃ 41℃ 45℃
圖十八 sHSP-CI 之表現量
台中秈 10 號 台農 67 號
28℃ 32℃ 37℃ 41℃ 45℃ 28℃ 32℃ 37℃ 41℃ 45℃
陸 陸 陸
陸、 、 、 討論 、 討論 討論 討論
由此次實驗可歸納出以下結論：
1. 觀察水稻生長情形的結果指出，在三種水稻品種中，以台農 67 號及台中秈 10 號的發芽情 形較台梗 8 號好，且生長高度的分佈較為集中，故種植時以台農 67 號及台中秈 10 號為較 佳的水稻品種。
2. 由熱回復的實驗結果得知，隨著溫度上升，台農 67 號的存活率會漸增，而台中秈 10 號的 存活率會遞減，但達到 45℃時台農 67 號和台中秈 10 號皆全部死亡，因此 45℃為其致死 溫度。在熱回復一段式加熱的情況下，台中秈 10 號對高溫逆境的存活率高於台農 67 號。
3. 在熱保護二階段加熱下的實驗顯示，以 41℃處理過後的水稻存活率最高，其中台中秈 10 號對高溫逆境的存活率仍高於台農 67 號，因此「台中秈 10 號」為較耐熱的水稻品種，較 能適應未來地球暖化的環境。
4. 由 Western blot(西方點墨法)實驗的結果顯示：HSP70 的大分子熱休克蛋白質在任何溫度皆 會表現出來，且累積的量大致呈現均勻分佈的現象，而 sHSP-CI 的小分子熱休克蛋白質只 有在 41℃時才有大量的出現，由此得知台中秈 10 號和台農 67 號在 41℃熱處理後會累積 兩種不同的熱休克蛋白，因而經 41℃熱處理後，水稻的存活率最高。
5. 水稻經熱保護二段性熱處理後，水稻可在第一階段的熱處理後產生大分子熱休克蛋白質 (HSP 70)，而在第二階段的致死溫度熱處理的高溫下，HSP 70 熱休克蛋白質則發揮其保護 作用，避免植株因為高溫而死亡。
6. 台農 67 號與台中秈 10 號生存率皆以 41℃處理後最高，這是因為在 41℃處理後，除了會 產生大分子熱休克蛋白質(HSP 70)外，還會產生小分子熱休克蛋白質(sHSP-CI)，使水稻有 雙重的熱保護效果，因而其存活率比 32℃、37℃處理後還高。
7. 比較台中秈 10 號台農 67 號的生存率可知，台中秈 10 號在不同溫度處理後的平均生存率 均高於台農 67 號，因此台中秈 10 號是比較耐熱的稻種。
柒 柒 柒
柒、 、 、 結論 、 結論 結論 結論
從此次的實驗中，我們可以看到溫度的變化對中華文化主食「水稻」的影響，單純的溫 度升高便會對水稻造成生存上的障礙。除此之外，全球的氣候、溫度、臭氧層破洞造成的紫 外線增量、土質鹽鹼化、酸雨、各種的汙染……等環境問題都日益嚴重，並且加上全世界各 國水土保持的工作並沒有落實，土石流的問題，及颱風季節淹水的問題都會對作物的生長造 成問題。因此希望能繼續從事相關的實驗研究，並探討這些問題對各種作物生長的影響，以 及作物本身對這些外在環境改變所做出的防禦機制，甚至進一步培養出更能適應惡劣環境的 作物。面對未來的環境，人類的各種生存條件會日益困難，而在食物方面所受到影響也是最 大的問題之一，除了做好各種保護措施、計劃各種降低災害的技術外，如何培養出能夠耐惡 劣環境的作物將是未來一個重要的課題。
捌 捌 捌
捌、 、 、 參考資料 、 參考資料 參考資料及其他 參考資料 及其他 及其他 及其他
1. 行政院環保署（民 95），因應聯合國氣候變化綱要公約策略規劃（94 年期末報告），臺北。
2. 行政院環保署（民 90），冷卻炙熱的地球：Environmental Protection 大家一起來，新竹。
3. 林婉琦：「高溫下水稻 16.9kDa 熱休克蛋白質基因表現的調控及其 mRNA 的穩定性」（國立 台灣大學/植物學研究所博士論文，1998）
4. 張喜民：「生物及非生物逆境對水稻第一族低分子量熱休克基因及病程相關基因的誘導」
（國立中興大學/植物病理學系碩士論文，2003）
5. 張碧芳：＜水稻第二族低分子量熱休克蛋白質基因之選殖，定序，及其表現之研究＞《行 政院國家科學委員會專題研究計畫成果報告，計畫編號：NSC89-2313-B-005-159》（中華民 國，2001）
6. 林佩玲：「水稻熱休克蛋白質的累積及其對水稻幼苗在熱及過氧化氫逆境下的保護作用」
（國立中興大學/植物病理學系碩士論文，2005）
7. Craig EA, Gambill BD, Nelson RJ：﹤Heat shock proteins :Molecular chaperones of protein biogenesis.﹥《Micro Reviews》第 57 期 (1993) 第 402-414 頁
8. Daniels CH, Hadwiger LA, Cody YS, Kendra DF：﹤Disease resistance response genes:Induction in peas by fungal and bacterial wall components and blockage by heat shock.﹥《In: Plant Gene Systems and Their Biology.》(New York：Alan R. Liss Inc.1987)第 161-170 頁
9. DeRocher AE, Helm KW, Lauzon LM, Vierling E：﹤Expression of a conserved family of cytoplasmic low molecular mass heat shock protein during heat stress and recovery.﹥《Plant Physiol》第 96 期 (1991) 第 1038-1047 頁
10. Dietrich PS, Bouchard RA, Casey ES, Sinibaldi RM：﹤Isolation and characterization of a small heat shock protein gene from maize.﹥《Plant Physiol》第 96 期 (1991)第 1268-1276 頁
11. Gurley WB, Key JL：﹤Transcriptional regulation of the heat-shock response : A plant perspective.
﹥《Biochemistry》第 30 期 (1991) 第 1-12 頁
