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行政院國家科學委員會專題研究計畫成果報告
利用發育不穩定性來監測基隆附近海岸環境
Application of developmental instability to monitor the coastal
environment of Keelung
計畫編號：NSC 88-2621-B-002-009
執行期限：87年8月1日至88年7月31日
主持人：李美慧 台灣大學地理學系
一、中文摘要 近年來利用發育不穩定性的方法來進 行環境監測受到許多國際學術界之重視。 本研究是以基隆八斗子的長潭里垃圾掩埋 場旁之海岸地區及基隆港北方的外木山海 岸地區為研究區，瑞濱附近之海岸地區為 對照區。根據1998在八斗子及瑞濱兩地密 集 採 取 調 查 結 果 ， 決 定 選 擇 白 紋 方 蟹 (Grapsus albolineatus)為研究對象。三研究 區的鹽度、導電度、溫度、酸鹼值及溶氧 量並無明顯差異。左右腳節之長度是以電 子 游 標 尺 測 量 。 測 量 結 果 利 用 Krustal-Wallis ANOVA及Tukey test檢測三地之白 紋方蟹的左右腳節之不對稱性是否有顯著 不同。統計分析的結果顯示，在環境壓力 較大的八斗子研究區白紋方蟹的腳節之左 右不對稱性有較高的傾向，尤其是以第二 步足及第三步足的左右不對稱性與外木山 白紋方蟹具顯著差異，本研究所選擇之兩 個中輕度環境壓力研究區其白紋方蟹之左 右不對稱性並無明顯的不同。本結果顯示 在環境壓力較大的八斗子研究區白紋方蟹 其發育不穩定性有較高的傾向。 關鍵詞：環境監測、發育不穩定性、左右 不對稱性、白紋方蟹、基隆、海岸地區 Abstr actThere is an urgent need to devise a comprehensive and ecologically relevant in situ biomonitoring method for assessing environmental health. Developmental instability is a simple, inexpensive and
sensitive approach for identify and
monitoring stressed ecosystem. In this study, a developmental instability approach was applied to identify stressed coastal area in northern Taiwan. A study site is located at Pa-Dor-Tze which is near a landfill site and the other study site is located at Wai-Mo-San which is north of the Keelung port. A reference site is located a Red-Ben which is 4 km south of PA-Dor-Tze. A marine crab,
Grapsus albolineatus, which commonly
present in all sites was chosen for measuring fluctuating asymmetry as indicators of developmental instability. Salinity, dissolved oxygen, conductivity, COD, pH and temperature were measured in all sites and there were no significant difference in seawater among three sites. Limb segment lengths, carapace lengths and carapace widths were measured twice for each crab. Then, the difference between right and left limb segment lengths among three sites were compared by using Krustal-Wallis ANOVA test and Tukey post hoc test . Results of this study indicated that there were
significant differences in the body sizes of
Grapsus albolineatus collected from three
sites. The level of fluctuating asymmetry in second and third walking legs were
significant different between Pa-Dor-Tze and Wai-Mo-San site. Overall, there is an
increase of fluctuating asymmetry for leg segments of crabs from Pa-Dor-Tze site compared to the other two sites.
Keywor ds: Environmental Monitoring, Developmental Instability,
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Fluctuating Asymmetry, Grapsus albolineatus, Keelung, , Coastal Area
三、計畫緣由與目的 所謂發育不穩定性(developmental instability)是指生物在發育成長時，受到其 內在遺傳因素或外在環境因素之影響，若 該生物無法抵抗此壓力以維持其本身之生 理及發育平衡，將可能產生偏離其正常形 態或生理功能之情況。近十年陸續有許多 研究指出當生物在環境壓力大之情況下會 有發育不穩定性提高之現象，所以發育不 穩定性被建議可做為早期監測環境變化的 警告工具(1-6)。目前發育不穩定性所測量不 對稱性的方法，是以測量fluctuating asymmetry為主，也就是指測量偏離完整兩 邊形態對稱之程度(prefect bilateral symmetry)。 依據本研究之目的是希望測試下列假 說，在環境壓力高的地區之生物其發育不 穩定性之程度會比在環境壓力低的地區之 生物來的高。本研究選擇三個不同研究 區，包括基隆八斗子長潭里垃圾掩埋場旁 之海岸地區為高環境壓力研究區，基隆外 木山附近之海岸地區及瑞濱附近之海岸地 區為輕中度環境壓力研究區。根據1998年 在八斗子與瑞濱研究區所採集的三種蟹類 ( 少 刺 短 槳 蟹 (Thalamita danae)、 環 紋 蟹 (Charybdis annulata) 及白紋方蟹(Grapsus albolineatus))之左右不對稱性比較結果，發 現三種蟹類中以白紋方蟹之左右不對稱性 在高環境壓力研究區有比較明顯偏高的傾 向，因此本研究選擇白紋方蟹為測量左右 不對稱性之對象，並進一步檢測下述之假 說，既環境壓力高的地區之蟹類其左右不 對稱性會比在環境壓力低的地區之蟹類的 左右不對稱性高。 四、結果與討論 外木山研 究區是位基隆市 北方的 海 岸，而八斗子研究區與瑞濱研究區則都位 於基隆市南方的海岸。三個研究區海水之 鹽度、pH值、溫度、溶氧量及導電度差異 不大，表一乃是綜合1998年11-12月及1999 年6-7月之測量結果及前一年度的測量資 料的結果。在1999年6-7月間在八斗子，外 木 山 及 瑞 濱 研 究 區 海 水 之 化 學 需 氧 量 (COD)的測量值分別為717.5±53.2，697.5 ±81.8及762.5±56.8 mg/L。 白紋方蟹主要是以藻類為食，棲息在 潮間帶高潮線附近岩岸地區。而其整個世 界分布範圍很廣，從太平洋夏威夷向西到 非洲東岸，北由日本往南到澳洲均有記錄 (7)。 所採集到之白紋方蟹以胸甲長超過2 公分者為測量對象，每隻螃蟹的螯腳及步 腳分為長節、腕節、前節及指節共計有20 段 ， 以 電 子 游 標 尺 來 量 測 其 長 度 到 0.01mm，並且至少隔4個星期後再重複測 量一次，每段腳節共測量兩次。三地採集 到白紋方蟹皆超過30隻，八斗子共採集到 42隻白紋方蟹，外木山有64隻，而瑞濱則 有33隻。在八斗子、外木山及瑞濱研究區 所採集之白紋方蟹雌雄比分別為19:24、 34:30和17:16。另外，在八斗子，外木山及 瑞濱研究區所採集到之白紋方蟹個體大 小，甲長分別為33.39 ±6.70 mm， 31.14 ±6.08 mm 及 27.90 ±4.71 mm，而甲寬 則分為36.22 ± 7.90 mm，34.01±6.51 mm 及 30.37 ±4.97 mm。以one-way ANOVA 檢測發現在三地的白紋方蟹個體大小具顯 著差異，再利用Tukey進行兩地間比較發 現，八斗子與外木山，及八斗子與瑞濱研 究區之白紋方蟹個體大小具顯著差異，而 外木山與瑞濱研究區之白紋方蟹個體大小 沒有顯著差異。即八斗子所採集之白紋方 蟹個體顯著大於其他兩個研究區。 圖一乃是在三個研究區白紋方蟹每段 腳節之左右長度差的絕對值除以甲殼寬度 之百分比的比較。從圖一中顯示在八斗子 的白紋方蟹的第二步足(腳節10-12)、第三 步足(腳節14-16)及第四步足(腳節19-20)之 左右不對稱性有較其他兩個研究區高的傾 向，以Krustal-Wallis ANOVA及Tukey 檢測 發現三地白紋方蟹腳節10, 11, 16及20的左 右不對稱性具顯著差異。若是以Krustal-Wallis ANOVA及Tukey 檢測三地白紋方 蟹不同步足的左右不對稱性，發現八斗子
3 與外木山白紋方蟹的第二步足及第三步足 的左右不對稱性具顯著差異，其中又以在 高環境壓力區的八斗子白紋方蟹之左右不 對稱性較高。由統計分析的結果顯示，外 木山與瑞濱研究區白紋方蟹之左右不對稱 性沒有顯著差異，而八斗子的白紋方蟹其 左右不對稱性與其他兩地比較有偏高的情 形，其中又以第二步足的腕節、前節及第 三步足的長節及指節的左右不對稱性與外 木山的白紋方蟹具顯著差異。 本研究結果顯示在環境壓力較大的八 斗子研究區白紋方蟹不同腳節之左右不對 稱性有較高的傾向，尤其是以第二步足及 第三步足的左右不對稱性與外木山白紋方 蟹具顯著差異，本研究所選擇之兩個中輕 度環境壓力研究區其白紋方蟹之左右不對 稱性並無明顯的不同。而八斗子研究區與 瑞濱研究區之白紋方蟹的左右不對稱性在 統計上並無明顯差異，可能與瑞濱所採集 的之樣本較低有關，若是瑞濱的白紋方蟹 樣本增加，兩地蟹類之左右不對稱性的差 異可能將會較明顯。 四、計畫成果自評 達成預期目標情況: 本研究之主要目 的是希望能檢測利用發育不穩定性評估台 灣海岸地區的可行性，並發展出適宜方 法。由本研究結果顯示，在高環境壓力區 之蟹類有較高的左右不對稱性，符合本研 究所測試之假說。 由於東北角海岸地區冬季海邊環境惡 劣及氣候不佳，因此真正能從事野外調查 及採集的時間乃在5月到10月為宜，而1998 年9月及10月間因颱風關係，氣候不佳，所 以本研究主要採集蟹類時間是集中於1999 年6月至7月。 五、參考文獻
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measure of pH-related stress. Environ. Pollut. 44:27-36.
2.Parsons, P.A. 1992. Fluctuating asymmetry: a biological monitor of environmental and genomic stress. Heredity 68:361-364.
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4.Clarke, G.M. 1993. Patterns of developmental stability of Chrysopa perla
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7.Dai, A.Y., and Yang, S.L. 1991. Crabs of the China Seas. China Ocean Press, Springer-Verlag, Berlin.
4 表一 瑞濱、八斗子及外木山研究區海水一般化學特性 地點 時間 鹽度 (ppt) 導電度 (mS/cm) 溶氧量 (mg/L) 酸鹼值 溫度(℃) 瑞濱 1997年10-11月 32.3 48.0 6.5 8.1 23.6 1998年5-7月 32.1 49.3 7.5 8.1 28.3 1998年11-12月 31.1 47.4 7.1 8.3 23.0 1999年7月 31.7 48.7 7.6 8.2 30.1 八斗子 1997年10月 32.6 50.4 9.3 8.3 25.6 1998年5-7月 32.5 49.9 6.7 8.3 28.7 1998年11-12月 31.6 48.6 7.6 8.2 21.8 1999年6-7月 31.8 49.3 6.6 8.2 27.3 外木山 1998年12月 32.9 47.5 7.0 8.3 22.3 1999年6-7月 32.3 49.5 8.3 8.2 28.6
