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北臺灣地區歸化豆科植物對於植物群落衝擊之研究

第一章、北臺灣地區植物入侵之概況 對於未來進一步的研究而言，包含有分類組成、相對覆蓋度、相對頻度、生活型、原產地及原產地之氣候類型等詳盡的歸化植物基本資料是不可缺少的。為深入探討歸化植物的特性，我們建立了下列兩個假說並驗證之：(1) 由於北臺灣擁有多樣的氣候及地形條件，包括熱帶及亞熱帶氣候的低海拔平原及溫帶氣候的高海拔山地，容易受到來自世界各地的外來植物所入侵；(2)在北臺灣地區成功建立族群的大多數歸化植物，其原產地的氣候條件與北臺灣相符合。 野外調查部份在北臺灣各縣市進行，利用1-km2之網格系統隨機選取100個網格做為實驗樣區，在每個樣區中的各種棲地類型隨機選取五至十個不等之1-m2樣點，記錄日期、GPS、海拔高度、原生及歸化之植物種類及植物覆蓋度；另外，計算每一種歸化植物的重要值指數(IVI)做為優勢度之指標。調查總共在2242個樣點記錄了12種棲地類型及629種植物，其隸屬於130個科及409個屬。依據各歸化類群所擁有的物種總數來排序，菊科、禾本科及豆科為最優勢的三個科，旋花屬則為最優勢的屬；此外，依據重要值指數排序，大花鬼針草為最優勢的歸化物種。就原產地而言，在北臺灣的大部份歸化植物來自熱帶美洲。 第二章、北臺灣地區歸化豆科植物對於植物群之衝擊 過去研究顯示，入侵植物常對於當地的生物多樣性造成衝擊，包括競爭排除、竭盡水源或改變微棲地物化性質等。其中，改變微棲地物化性質往往造成深遠且不可逆的影響；然而，此環節卻鮮少被討論。在眾多改變微棲地物化性質的機制中，固氮作用是最常見且能改變土壤物化性質的重要機制之一。一般而言，豆科(Fabaceae)植物能藉由固氮作用適應當地環境並增加該地區土壤的生物承載量，進而改變該地區植物之生物量及多樣性。 本研究設立下列四個假說以探討歸化之豆科植物在北臺灣植物群落之生物量及多樣性所造成之衝擊性：(1) 歸化豆科植物的存在與相對較高的植物生物量及多樣性有關；(2) 歸化豆科植物提昇了土壤含氮量；(3) 歸化豆科植物同時增加原生及外來植物之生物量及多樣性；(4) 歸化豆科植物在不同棲地類型之植物群落造成之衝擊性會有所不同。 實驗以北臺灣為樣區，利用每平方公里之網格系統，隨機選取100個1km2樣區，利用正射化影像(Othophoto)判定棲地類型，並各自選取五到十個不等的1m2小樣方，記錄GPS、海拔高度、棲地類型、植物種類以及覆蓋度等，並轉換成多樣性指數包括Shannon(H’)、Simpson(λ)、Pielou均勻度指數(J)、Berger-Parker優勢度指數(BP)、物種數(S)及總覆蓋度(C)等六項指數；另外，收集土壤樣本以評估歸化豆科植物之存在與否造成含氮量之差異性。 結果顯示，在100 km2中2242m2的小樣方共記錄了16種歸化豆科植物，其中以大葛藤 (Pueraria lobata (Willd.) Ohwi ssp. thomsonii (Benth.) Ohashi & Tateishi)為最優勢之種類；大多數的歸化豆科植物為原產於熱帶地區的草本，且偏好特定的棲地類型，如農地、河岸地、荒廢地及路邊。在土壤營養鹽部份，歸化豆科植物提高了局部的氮總量；另外，存在歸化豆科植物會顯著增加外來歸化植物之生物量及多樣性，但對於原生植物卻沒有增加或減少的趨勢。然而，若將歸化豆科植物從分析中移除，其存在與否對於其它外來歸化植物並沒有增加或減少的趨勢。 此外，分別探討歸化豆科植物種數最多的五種棲地，包括荒廢地、河岸、農地、墓地及路邊，其受衝擊程度與整體完全一致，即存在歸化豆科植物會顯著增加這五種棲地類型之外來歸化植物生物量及多樣性，但對於原生植物依舊沒有增加或減少的趨勢；但若將歸化豆科植物從分析中移除，其存在與否亦對於這五種棲地類型之其它外來歸化植物並沒有增加或減少的趨勢。 根據我們的結果，北臺灣地區之歸化豆科植物對於當地植物群落生物量與多樣性之衝擊幾乎接近中性；然而，我們仍需密切注意歸化豆科植物在臺灣中部與南部這些亞熱帶區域所造成之衝擊，一方面比較改變棲地物化因子之相同分類群在不同緯度間之衝擊性必定是個有趣的議題；另一方面，對於這些能改變棲地性質之分類群的了解能更佳透徹。

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臺灣產黃斑龍膽及鴛鴦湖龍膽之親緣地理及族群遺傳結構探討

龍膽屬（Gentiana L.）植物，屬於龍膽科（Gentianaceae），龍膽族（Gentianaeae）。台灣本地產龍膽屬植物可分為多年生草本及一年生草本兩類，本論文研究材料黃斑龍膽（Gentiana flavomaculata）及鴛鴦湖龍膽（G. flavomaculata var. yuanyanghuensis）均為台灣特有種之一年生草本。黃斑龍膽及鴛鴦湖龍膽在形態上及地理分布上略有區隔，但兩類群又呈現極高的相似度，因此本研究擬以葉綠體 rps4基因探討台灣產黃斑龍膽及鴛鴦湖龍膽是否在分子分類上，可藉由分子遺傳證據將之有效區分，同時亦結合微衛星DNA序列探討其族群分化情形，分析其遺傳多樣性特徵。結果顯示，黃斑龍膽與鴛鴦湖龍膽之間的核苷酸歧異度僅有0.2%，在多樣性分析方面，於兩種龍膽的所有葉綠體片段中，共只得到8個單套型核酸（haplotype, h），且以聚類樹形分析法（neighbor-joining tree, NJ tree）利用kimura雙參數模式進行黃斑龍膽與鴛鴦湖龍膽族群的親緣演化樹建構，結果顯現兩者呈現出具有共用單型的現象。再根據AMOVA分析，葉綠體DNA與微衛星DNA的結果呈現一致結果，在種間鴛鴦湖龍膽與黃斑龍膽之間的遺傳分化指數相當非常低（ΦCT = 0.064, cpDNA; ΦCT =0.057, microsatellite DNA），顯示兩者並沒有遺傳上顯著的分化情形結合以上特徵，表示黃斑龍膽以及鴛鴦湖龍膽的族群間尚保有基因交流的機制，在分子分類上，尚無法支持成為有效的獨立種，因此本研究建議黃斑龍膽與鴛鴦湖龍膽在分子層級上，應暫處理為種下階級較為合適。

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臺灣北部人爲活動與環境因子對外來植物多樣性之影響

本研究討論臺灣北部不同土地利用類型的入侵現況及人為活動 與環境因子對於外來植物多樣性的影響。總共使用了100 個1 平方公 里樣點內共2242 個1 平方公尺的調查樣方。受人為活動影響較大的 土地利用類型(如：墳墓、農田、路邊)遭受入侵情形較嚴重，外來物 種的覆蓋度皆超過50%。人為活動因子包含地景異質性、開發強度、 農地與碎形等因素顯著與外來植物的生物多樣性和優勢度呈現正相 關，環境因子包括海拔-溫度及雨量兩因素則與外來物種的生物多樣 性和優勢度呈現負相關。顯示外來植物的入侵同時受到人為活動(不 論是多樣性與強度)以及環境因子所調控，操控的機制可能主要與繁 殖來源(propagule pressure)和干擾(disturbance)有關。另外同時討論了 原生—外來種豐富度交互關係，利用兩階段集群分析進行樣點分群， 從而觀察在同一空間尺度但不同棲地環境情況時的交互關係。負向的 原生—外來種關係(原生種愈多則外來種愈少)出現在人為活動較低 的樣點群裡；正向的關係(原生種愈多時外來種也愈多)則出現在人為 活動較高的樣點群裡。負向的交互關係顯示人為活動較低的環境下所 具有的生物抵抗能力(biotic resistance)，而正向的交互關係則與非生物 因子如地景異質性有關。這樣的結果除了由嶄新的角度呈現了人為活 動對於入侵情形的影響外，也同時對於入侵生態學理論的發展和管理 外來植物的策略做出貢獻。

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生態旅遊課程之分析與設計

生態旅遊在旅遊市場中快速的成長，為近年來許多國家與地區積極推動低衝擊的旅遊方式。為培育符合社會需求的人才，政府積極鼓勵各大專技職院校設置相關學程及系所，因此有越來越多的學校成立生態旅遊課程。完善的生態旅遊課程應注重理論與實務的平衡，才能真正落實生態旅遊的內涵。本研究主要目的為分析國內外生態旅遊課程和設計適合台灣發展的生態旅遊課程。本研究採用內容分析法分析國內外生態旅遊課程之課程架構，結果顯示台灣的生態旅遊課程與學校類型、學校資源和教學目標有關，國外生態旅遊課程以澳洲多樣化的課程模組設計最為完善；另採用德懷術研究法，調查台灣專家學者對於生態旅遊基本原則和課程設計的看法，結果呈現專家學者群的共識如下：台灣發展生態旅遊最重要的基本原則為須永續發展和須具有環境教育的意義，課程設計則依循此原則設計；台灣設計生態旅遊課程時，重要必修的課程為生態旅遊概論、生物多樣性、生態學概論、保育生物學概論、臺灣生物概論、導覽解說理論與實務等。本研究的結果可做為台灣發展生態旅遊課程設計參考。

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學科教學知識發展之研究－以一位生物科實習教師為例

根據教學準備研究的觀點，教師知識在教學準備和課室教學時有本質上的不同，但學科教學知識的研究通常不區分此差別。本研究的研究目的在探討學科教學知識在教學準備時的發展過程。本研究採取詮釋性研究取向，以一位高中生物科實習教師為研究對象，資料來源包括晤談和教學準備相關文件。研究結果顯示，在教學準備的過程中，學科知識、課程組織知識和教學表徵知識是明顯發展的知識領域。學科知識的發展展現在建構新知識和熟練原有知識，閱讀參考資料及解決參考資料的疑問是主要的發展途徑；課程組織知識的發展展現在決定教學主題和教學次序，運用知識進行決策是主要的發展途徑；教學表徵知識的發展展現在決定教學表徵和構思表徵內涵，運用知識進行決策與模擬和學生的互動是主要的發展途徑。根據研究結果與討論，建議師資培育機構針對教師在教學準備需要的知識和能力，設定相應的教學目標和課程。

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流水學習法對國小六年級學生學習貓頭鷹生態之影響：以「認識校園貓頭鷹與鳥巢箱」為例

本研究的研究目的為以流水學習法為基礎發展「認識校園貓頭鷹與鳥巢箱」課程教材，並探討課程實施後學生對於貓頭鷹認知及對貓頭鷹態度、環境態度的影響。 本研究採單組前測─後測設計，以國小六年級學生為對象，於教學前後，利用問卷檢視實驗組學生在貓頭鷹的知識以及對貓頭鷹、環境的態度是否有所差異。 本研究的結果發現：實驗組學生接受本課程之後，貓頭鷹認知分數顯著提升；實驗組學生接受本課程之後，貓頭鷹態度分數趨於正向；實驗組學生對貓頭鷹的認知與態度的分數呈現正相關；學生接受本課程之後，對於貓頭鷹抱持正向的態度。 依據本研究之結果建議教師可以使用本研究發展之「認識校園貓頭鷹與鳥巢箱」教材當作學校本位的課程，進行生態教育及環境教育。另外，實施本課程時，更可以融入生命教育，藉由學生觀察巢箱內小生命的發展來教育學生尊重生命、愛護環境。

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青鱂魚仔魚體表離子細胞的排氨參與鈉離子吸收機制

鈉氫交換蛋白(Na+/H+ exchanger，NHE)主要分佈於富含粒線體細胞(MR細胞)頂膜，是淡水魚類鰓上皮執行Na+吸收的重要機制，過程中同時發生排酸現象。然而早期文獻從排氨量與Na+吸收量呈現相關的結果推論Na+吸收過程協同發生排氨，並認為此現象是因NHE執行Na+/NH4+的交換所致。然而近年來發現排氨主要以非離子態NH3經由Rh蛋白排除，否定了NHE執行Na+/NH4+交換的可能。因此，NHE如何在淡水環境中驅動Na+/H+交換，及排氨量與Na+吸收呈現相關的原因至今仍未明瞭。本研究以青鱂魚仔魚為模式動物，利用掃瞄式離子選擇電極技術(SIET)進行非侵入性量測，探討其體表細胞的Na+吸收機制與排H+、排NH4+間的關連性，並試圖推論NHE如何參與Na+吸收機制。結果發現，NHE抑制劑(100 uM EIPA)浸泡會顯著抑制仔魚排酸、排氨及Na+吸收，顯示NHE參與此三種離子的調節機制。低鈉水(<0.001 mM)馴養個體會增加體表Na+吸收與排NH4+，但降低了體表H+濃度；高氨水(5 mM NH4+)馴養也造成類似結果。而在測量環境中給予短時間高氨處理(5 mM NH4+)可同時抑制排NH4+與Na+吸收並增加體表H+累積濃度。以上結果顯示魚體排氨機制可能驅動NHE進行Na+吸收。從仔魚體表單一細胞離子流測量結果發現，Na+吸收與排NH4+主要發生在MR細胞。以H+電極測量後發現體表MR細胞有排酸(MRC+)和排鹼(MRC-)二型，高氨與與低鈉水馴養都會增加MRC-的比例。在測量環境中給予短時間高氨處理(5 mM NH4+)，排鹼型MR細胞會轉變為排酸型，而同時抑制Na+吸收。顯示MRC-可能排除大量NH3造成細胞外H+被結合成NH4+而形成排鹼現象。此外，酸性水體(pH6)理論上不利於NHE的驅動，然而結果顯示短期酸處理促進Na+吸收與排NH4+。由此推論Rh蛋白在輔助NH3排放的過程中，會造成細胞膜內外H+梯度的增加進而有利推動NHE進行Na+吸收。

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第四型登革病毒單株抗體之特性探討

登革病毒是盛行於熱帶及亞熱帶地區感染人類的病原體，主要的傳染途徑是經由帶有病毒的病媒蚊叮咬，後而易引起登革熱、登革出血熱和登革休克症候。登革病毒的套膜蛋白[envelope (E) protein]具有結合細胞表面受器及引發病毒與宿主間膜融合的功能，同時亦是能誘發人體免疫反應的重要抗原；套膜蛋白的膜外區域(E domain)可以再進一步區分為三個功能區塊：區塊一、區塊二與區塊三(EDI, II, III)。為了探究登革病毒中和性抗體之抗原決定位及未來研發登革的DNA疫苗，本研究篩選了若干株由我們實驗室所生產的抗體，以釐清第四型登革病毒與中和性抗體之間的交互作用。作法上，我們先利用免疫光染色法與西方墨點法來確認單株抗體的專一性，並且找到若干株單株抗體能對抗病毒的套模蛋白或非結構性蛋白一[Non-structural (NS)-1]。我們更進一步利用蝕斑減少中和試驗[Plaque reduction neutralization test (PRNT)]，與保護試驗檢測這些單株抗體對於登革第四型的中和能力。我們亦製造了兩個DNA載體，分別含有第四型登革病毒的功能區塊一、二及三，並將此載體利用基因槍施打於小鼠身上，希望能藉此比較功能區塊一、二及功能區塊三對於誘發免疫反應的能力。我們亦施打第四型登革病毒DNA疫苗，pCB8D4-2J，及我們製作的載體，進一步比較並評估該製造的載體是否有成為DNA疫苗的潛力。在本實驗中我們t辨識出九株單株抗體能專一辨識第四型登革病毒與九株會變其他型登革病毒的單株抗體；其中有十四株抗體是辨識套模蛋白，兩株是辨識非結構性蛋白一。在辨識套模蛋白中，有七株單株抗體是辨識區塊一、二，另有兩株抗體能辨識區塊三。最後找到兩株能辨識登革第四型功能區塊一、二，並在細胞實驗上能阻止病毒感染，但只有一株抗體能在動物模式上提供保護。同時我們製造的DNA疫苗，雖然能夠表現其蛋白質於細胞且被抗體所辨識，但是在誘發對抗登革病毒免疫的能力上，仍不及pCB8D4-2J；顯示該DNA疫苗需多次免疫方能有效誘導出對抗登革病毒的抗體。

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探討斑馬魚恐懼記憶之神經機制

斑馬魚在脊椎動物學習和記憶能力之基因體研究方面是一種功能強大的模式動物。科學家利用斑馬魚的基因轉殖技術，發展出多樣不同基因變異的品系。而在各種突變斑馬魚被大量建立的同時，更迫切需要進行專門針對斑馬魚學習與記憶功能的行為研究。在許多研究抑制性逃避行為實驗，常以其他物種─例如大白鼠當動物模式。然而，目前對硬骨魚類情緒性記憶相關的研究依然相當缺乏，有礙於斑馬魚於神經科學相關研究的推廣。本研究採用改良型之抑制性逃避行為箱來研究斑馬魚之抑制性逃避行為。 本研究之實驗結果顯示：（1）於訓練後24小時，所有斑馬魚將會被再放回淺水區進行測試。此時，斑馬魚會對深水區產生抑制性逃避行為，且停留在淺水區的時間較訓練前有明顯的延長。（2）在消減階段，所有重新暴露於深水區的斑馬魚，會改變其對深水區已建立之抑制性逃避行為，而停留在淺水區的時間較訓練前有明顯的縮短。（3）在訓練後7天，所有斑馬魚放回淺水區進行測試，斑馬魚仍對深水區產生抑制性逃避行為，顯示此恐懼記憶被保存下來的時間至少可達到7天。（4）經過(+)MK-801（一種非競爭性麩胺酸NMDA受體拮抗劑）處理的斑馬魚，其抑制性逃避行為將會被阻斷。 (+) MK-801處理組和對照組之間，斑馬魚對深水區產生抑制性逃避行為而停留在淺水區的時間有顯著差異。（5）在經過訓練後的斑馬魚，端腦內的MAPK的磷酸化程度，會隨著時間而增加，在訓練後1.5小時到達高峰，同時與naïve組比較也有明顯增加。而端腦內的MAPK的表現量並沒有明顯變化。 綜合上述各點，本實驗不只建立一套操作簡單的行為儀器來研究斑馬魚的恐懼記憶，且實驗結果推論斑馬魚恐懼記憶相關的神經機轉與陸生的脊椎動物相似。因此，也許可以增進我們使用斑馬魚來研究神經科學的可行性，並且拓展對精神疾病藥物的開發領域，而在未來配合多樣不同突變的斑馬魚，將有助釐清脊椎動物基因與學習以及記憶功能之間的關係。

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心智圖筆記對國小五年級學生創造思考、學習成就之影響-以自然科「植物世界」單元為例

本研究目的在探討使用心智圖筆記對學生創造性思考及科學學習成就之影響。研究採準實驗設計，對象為台中市某國小五年級學生六個班級，合計187人。六個班級隨機分派三組，分別為心智圖筆記組、條列式筆記組、不使用筆記組。心智圖筆記組學生在植物世界單元授課前，接受為期十週心智圖繪圖訓練。在植物單元教學前後施測「陶倫斯圖形版創造性思考測驗」及「學習成就測驗」，從共變數分析及變異數分析結果發現，在創造性思考測驗中「流暢」、「獨創」及「開放」向度 (p < .01)；學習成就測驗中「記憶」、「應用」及「分析」向度，心智圖筆記組學生表現優於其他兩組 (p < .05)。從心智圖學習情形調查表中得知，71% 學生接受心智圖做筆記的學習方式，57% 學生願意在未來學習活動中繼續使用心智圖筆記。學生的心智圖筆記則呈現學生對於植物構造與功能的整體了解。最後，研究者建議在一般自然科學課程教學中，學生運用心智圖做筆記，以提昇學生學習成就表現，及促進其創造思考能力。未來研究則可再進一步發展運用心智圖筆記培養學生進行科學寫作歷程。