昆蟲學實驗-昆蟲的活動週期與物種歧異度

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(1)實驗一昆蟲的活動週期與物種歧異度前言昆蟲週期性活動係指昆蟲在長期生活過程中，適應當地的氣候條件或其他生物性或非生物性的因子，所產生的律動 (rhythm) 現象。而此律動包含了生物的活動(activity)及行為(behavior)表現，如覓食、生殖等。依其活動週期的長短，這種律動的現象可分為日律動、月律動、年律動等。以日律動為例，具有以下的四個特徵： 1. 其活動週期為24小時或接近24小時。 2. 其律動受到內在定時器(zeitgeber)的影響；許多生物都以環境因子的變化當其內在的定時器。如蝙蝠以光度的高低來控制其週期活動，因此光度就當成其內在定時器的重要環境影響因子。 3. 當這種內在的定時器消失時，律動的現象仍呈現規則的狀態(free running cycle)，即其活動的週期仍然維持在24小時左右。 4.日律動是一種光的互補效應。其他的律動現象(月律動或年律動)亦有類似的特徵。詹 & 陳 (1987) 曾在東海大學牧場做庫蠓屬 (Culicoides) 夜間活動週期的研究，在兩種庫蠓屬的昆蟲中，嗜牛庫蠓 (C. oxystoma) 有兩個活動高峰，即傍晚和午夜兩時段；荒川庫蠓(C. arakawae) 則僅有在夜間 7 點至 9 點一個高峰，其研究結果顯示風速為一影響活動之重要因子。週期性活動的研究是生態學上很重要的基本資料，在經濟生物或保育生物的研究上，都是首先需要瞭解的部分。在研究昆蟲週期性活動時，其中的一項影響因子為生物性的因子，環境中與研究對象共存的生物很多，而其對研究對象亦有所差異。唯有如何表現.

(2) 出整個生態系統的結構，才能突顯出研究對象的生態特殊性。而要瞭解整個生態系的結構，最簡單的方式就是透過生物歧異度的研究。生物歧異度是用來瞭解群落 (community) 的生物結構，因此有什麼物種？有多少物種？各物種族群大小的差異，就成為物種歧異度研究的重要課題。物種歧異度計算的方式，有許多學者曾提出，一般習慣上常用的有以下兩種：. 1. Simpson Index 在生態學上早期使用的，包括物種數和均勻度兩個含意的多樣性指數，是由Simpson在1949 年所提出的。該公式的基本概念，簡單的說，就是在一個群落中，若我們隨機選取兩個個體，其為同一種的機率較大者，我們就稱這個群落的歧異度較小。Simpson Index 的計算公式如下： s Ｄ-1＝ΣＰｉ２ i=1. s: 物種總數 i: 物種編號 Pi: 第i種物種個體佔總樣本的比率. D值越高代表物種歧異度越大。 2. Shannon Index Shannon Index 在群落生態學上的應用相當多。該指數有以下三點生態意義： 1. 對於已知種類數的一個群體，當所有的種，其個體數以相同的比例存在時，其總體的多樣性最高。 2. 對於兩個完全均勻的種分佈的總體，有較多種的，其多樣性較高。 3. 當考慮生物分類的等級特徵時，能夠把多樣性分離為幾個不同的組成部分。例如我們比較兩個群體，如果兩者依相同的相對比例且具有相同數目的.

(3) 種，則不管我們用這些比例的什麼函數作為多樣性的度量，兩個群體的多樣性必然相等。但是，如果一個群體中所有的種都是同一個屬的，而另一個群體中每個種都屬於不同的屬，在這種情況下，在這種情況下，則應該認為後一個群體存在著較大的歧異度。 Shannon Index 的計算公式如下： s: 物種總數. s Ｈs＝－ΣＰｉln(Ｐｉ). i: 物種編號Ｐｉ:第i種物種個體佔總樣本的比率. i=1. Ｈs值越高代表物種歧異度越大。隨著物種總數的增加，各物種個體數目越平均，群落內物種歧異度也隨之增加。就歧異度與生態系的關係而言，成熟穩定的生態系中，通常歧異度較高。較高的歧異度對生態系平衡有利，具有適應環境變動的潛在能力，安定性大，而使資源能充分利用。本實驗將選擇不同環境棲地，以紫外線誘蟲燈，及掃網方式捕捉當地昆蟲，藉以比較不同實驗地之昆蟲物種歧異度是否有所差別，同時利用夜間採集資料可探討不同物種之夜間活動週期差異。此外，我們亦測量實驗地的環境因子變化，藉以推測環境因子對昆蟲活動週期的影響。. 實驗器材封口袋. 採集瓶. 手電筒. 溫度計. 濕度計. 風速計. 棉花. 氯仿. 小板凳. 計時手表. 實驗方法. 70% 酒精.

(4) （一）實驗分組依照全班分組再分成四大組(每大組含三小組)，每大組負責一小時的三個樣區的調查，調查工作包含環境因子記錄及日間掃網。全班所獲得數據整理後供大家應用。（二）日間掃網 1. 將一日分為 9 點、11 點、下午1 點、3 點，並區分草地與樹林兩地， 2. 每兩個小時收集昆蟲一次 (即每個時段收集一次)，以乙酸乙酉旨將昆蟲毒死，置於70% 的酒精內保存。 1. 將實驗地劃定出10乘10的區域面積，以下圖路線進行掃網： 10 M. 10 M. 2M 2M 2. 掃網方式：沿路線左右來回掃二次，間隔二公尺再掃一次，抵達樣區界限後間隔二公尺折回繼續如前述方式掃網。 3. 掃完整個樣區後停止，將網口束緊並以氯仿（或乙醚）將昆蟲毒死後，置於70% 的酒精內保存。（四）鑑定物種種類每組自行鑑定辨識所捕獲之昆蟲種類至目為止，並記錄將其目的數量.

(5) 及包含的個體數。（五）環境因子紀錄採集應記錄風速及溫濕度變化值。. 問題討論一、比較不同實驗地其生態環境品質及環境因子有何差異(繪圖說明)? 二、比較不同實驗地在不同調查期間之昆蟲群落結構是否有所差異(繪圖說明)？三、比較三個出現頻率最高的目，在不同調查期中，其活動週期是否有所差異(繪圖說明)？四、擇一出現頻率最高的目，討論其活動週期與環境因子變化有何關聯？五、比較二種歧異度計算公式所得的歧異度指數的差異，並說明其優缺點。六、由本實驗的結果來看，你認為有那些問題可以繼續探討研究，請提出你的假說並說明你的理由。. 參考文獻詹金榮、陳錦生.1987. 東海大學牧場庫蠓屬昆蟲之夜間活動週期. 東海大學生物學系第29屆論文集 265-274. 劉棠瑞、蘇鴻傑.1989. 森林植物生態學. pp. 88-107. 台灣商務印書館, 台北. Matthews, R. W., and J.R. Matthews. 1978. Insect behavior. pp. 31-71. John Wiley & Sons, New York..

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