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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Item 台灣產山椒魚的分類與阿里山山椒魚族群生態與族群遺傳研究(2008) 賴俊祥; June-Shiang Lai台灣的山椒魚屬於保育類野生動物,近年來全球兩生類下降及氣候的變遷,有關其分類及生態研究是必需進行的。在本博士論文的研究中,嚐試於探討(1)台灣現有山椒魚屬(Hynobius)的種類分類歸屬;(2)以阿里山山椒魚為生態研究對象,討論其微棲息地的需求與偏好;(3)估計阿里山山椒魚於阿里山地區的族群量,並估算其存活率,並以模型預測其族群變動;(4)阿里山山椒魚的族群遺傳結構。 我以形態及分子的資料來分析山椒魚的分類問題。我的結果顯示出在遺傳上有五個明顯的分群,而這五群在形態上亦是有區隔。採用演化種觀點,可以將這五群視為獨立的種類。其中三群分別對應於前人的發現,即台灣山椒魚、楚南氏山椒魚和阿里山山椒魚等三個有效種,另外二種則是新種。 阿里山山椒魚的分布調查共調查了阿里山地區36個林班地中共73個山葵田,在其中9個林班發現山椒魚,而這些地點共有的特色是緩坡及穩定的溪流。山椒魚的微棲地偏好則記錄山椒魚所使用的微棲地及研究地點中適合山椒魚棲息的微棲地的特性。分析顯示阿里山山椒魚偏好使用木塊作為遮蔽物,也偏好遮蔽物上長有苔類者。在遮蔽物下的基質方面,山椒魚偏好碎石基質,但避免使用植物根系組成者。山椒魚偏好使用基質的土壤pH值為中性者、高土壤溼度及適當的土壤硬度。 族群動態的監測以阿里山姐妹潭的阿里山山椒魚族群為標的。使用Jolly-Seber法估算每月的族群量在13至305隻之間。相較於前人的估算數量,此族群在這些年間沒有很大的變化。再以Cormack-Jolly-Seber model來估算此族群的存活機率及捕獲機率,得到成體及亞成體在研究期間的存活率為恆定值,分別是0.996及0.997,皆屬於高存活率。捕獲機率則是隨季節而變,捕獲機率顯著與溫濕度呈正相關。接著再使用族群投影矩陣來分析族群動態及決定此族群的成長率,估計的族群成長率為1.130,代表此族群為穩定且緩慢增長。族群成長率的敏感度及彈性分析都顯示成體的存活率是族群穩定最重要的速率。 阿里山山椒魚遺傳結構研究方面,以AMOVA分析顯示主要遺傳變異分配在山脈之間,但山脈內族群及族群內的遺傳變異也佔相當的比例。以不相合分布(mismatch distribution)分析顯示在阿里山山脈的族群呈現族群數量增加的現象。以Nested Clade Analysis分析顯示幾乎所有的族群都是有限基因交流。再以Bayesian coalescent approach來推論每一個主要clade的分歧時間,並初步推測其親緣地理關係。Item 臺灣產黑蒙西氏小雨蛙(Microhyla heymonsi)族群遺傳結構與親緣地理學研究(2009) 林彥博; Yen-Po Lin現今生物的族群遺傳結構,都受到過去歷史事件 (地質變動與氣候變遷) 及生物特性 (物種移動能力) 等因素的影響,綜合起來形成我們現今看到的生物族群結構的樣貌。藉由研究探討物種的親緣地理學,對瞭解一個物種的自然史是極為有幫助的。兩棲類動物一般被認為是遷移能力較差的脊椎動物類群,臺灣在地形結構上相當多樣,且與鄰近地區的地理關係相當密切,這樣高度的地形岐異度以及歷史上豐富的地質事件,是否會對臺灣兩棲動物的族群遺傳結果造成影響? 因此本研究利用分布在臺灣西南及東南部,中、低海拔的黑蒙西氏小雨蛙 (Microhyla heymonsi) 為材料,探討該物種的擴散能力以及臺灣的地質事件如何塑造其親緣地理關係。 本研究利用粒線體中的cytochrome oxidaseⅠ(COⅠ)部份序列來進行族群遺傳結構的探討。從全臺25個族群、181隻樣本,成功定序出181條COⅠ序列,總長625bp,由181條序列當中可釐出48條基因型。以基因型為操作單元建構親緣關係樹。結果顯示臺灣黑蒙西氏小雨蛙可分成兩個主要的系群,分別對應中央山脈以東及以西的族群,顯示中央山脈的確是會造成東、西部族群因地理隔離的效應而產生遺傳分化的情形。以中性演化理論檢測、Mismatch distribution、Nested Clade Analysis以及貝氏天際線點圖的結果顯示,在更新世時期,臺灣黑蒙西氏小雨蛙族群經過了快速擴張的事件,提供了一個生活在亞熱帶及熱帶地區的生物,受到更新世氣候變遷影響的例子。 在本次研究中取得國外6個族群,共20個樣本進行大範圍尺度的種內遺傳分化情形探討。結果顯示,分布於東南亞不同地理區間的黑蒙西氏小雨蛙族群的遺傳分化情形相當明顯,而臺灣族群與地理位置較接近的海南、貴州、越南北部的族群在親緣關係上較為接近,顯示東南亞地區複雜的地質事件與其本身的擴散能力,對於黑蒙西氏小雨蛙的族群遺傳結構上有著明顯的影響。本次研究在國外樣本上並無取得足夠的族群以及樣本數,因此無法討論臺灣族群的來源、族群間的散佈歷程以及各族群的族群變動歷史,未來將可朝著增加樣本數,進而闡明整個大尺度分布的黑蒙西氏小雨蛙族群的演化歷史。Item 台灣產溪狡蛛(跑蛛科,狡蛛屬)之族群遺傳及親緣地理關係之探討(2007) 羅英元地理隔離造成生物族群間的分化,一直是近年來生物學上亟欲探討的問題之一。台灣的中央山脈地形崎嶇且縱貫台灣,加上河流東西走向的切割,對於台灣許多物種而言都是天然的地理屏障。由於台灣的蜘蛛學研究處於剛起步階段,對於蜘蛛是否會因台灣地形的阻隔而有族群分化的現象,仍須進一步探討。溪狡蛛(Dolomedes raptor Bösenberg& Strand, 1906)為一中大型蜘蛛,廣泛分布於台灣中低海拔各地,平時不結網,棲息環境侷限於溪流、溪澗等有流水的環境。一般認為許多昆蟲和蜘蛛具有良好的擴散能力而較不易被地形所阻隔,但溪狡蛛由於生活環境侷限、加上沒有牽絲空飄的行為,種種特性顯示其擴散能力不佳,因此可能受到台灣地形隔離而影響族群間的交流,正好適合作為探討族群遺傳以及親緣地理的材料。 本研究利用粒線體中cytochrome oxidase subunit I(COI)部分序列來進行族群遺傳結構之探討,共分析了21個樣點、153隻個體,取得序列長度617bp,包括34個變異位點、23個基因型。由AMOVA分析得知台灣地區溪狡蛛的遺傳結構在族群間有顯著的差異,由neighbor-joining以及maximum parsimony親緣關係樹型圖皆顯示可將台灣地區溪狡蛛分為北部、中南部和東部三大系群,除了中部和南部、中部和中北部族群間的遺傳分化指數較低(FST = 0.10299~ 0.26042)之外其餘族群間遺傳分化指數都偏高,特別是東部與其他族群間的遺傳分化指數皆大於0.79,顯示台灣地區溪狡蛛族群間基因交流受到山脈和水系的阻隔而有類似台灣一些初級性淡水魚「區域性分化」的現象,表示溪狡蛛的分化模式和人面蜘蛛這類結網性、具有良好擴散能力的物種截然不同。中部和南部族群間的基因交流順暢,推測和中南部地勢平坦、水系複雜以及人工渠道的開鑿有關。 由minimum spanning network顯示東部族群是由北部擴散而來,且遺傳多樣性較低,推測過去曾受到強烈瓶頸效應和創始者效應的影響。 溪狡蛛大多分布在中央山脈以西且和生活習性相似的褐腹狡蛛少有共域棲息的現象,推測可能因為溪狡蛛較不適應東部湍急溪流、以及擴散到東部不易等因素所造成。溪狡蛛已有顯著遺傳結構的分化,因此棲地的保存仍為當務之急。Item 台灣地區外來種亞洲錦蛙(Kaloula pulchra)族群遺傳結構及來源之研究(2007) 林旻儀; Min-I Lin摘要: 亞洲錦蛙(Kaloula pulchra)原產的東南亞地區,為台灣最近才發現的狹口蛙科種類。目前在台灣的核心分布範圍在鳳山水庫附近約 40 平方公里的區域,核心區外有三處不連續分布的地點(屏東科技大學、高雄縣美濃鎮與杉林鄉)。亞洲錦蛙在大多數發現地點都有生殖族群,其體型大且生長快速,未來極有可能繼續向外擴張,且對本地生態產生衝擊。 為了解台灣地區亞洲錦蛙的來源、侵入台灣的次數以及在台灣島內的族群遺傳結構有,本研究利用PCR以及定序的方式來對於台灣幾個族群以及由香港、海南島、泰國抓取的亞洲錦蛙個體為外群進行族群內以及族群間的分析。從研究中發現,在所取得的所有台灣亞洲錦蛙個體只有一個基因型,而且顯示台灣地區的亞洲錦蛙族群不是來自於鄰近的香港、海南島及中國。這次我們取得美濃地區、鳳山水庫、陸軍官校以及泰國、海南島和香港的亞洲錦蛙的個體進行比較;發現台灣地區的亞洲錦蛙族群基因及核甘酸歧異度都很低,並且與鄰近地區族群沒有很近的親緣關係,推斷台灣地區的亞洲錦蛙確實為近年入侵的外來種而且應是一次入侵,其來源還需要更多其他國家的樣本進行比較分析。Item 華南地區紋唇魚(鯉形目: 鯉科)之親緣地理研究(2015) 彭良維; Peng, Liang-Wei初級淡水魚生活史局限於淡水域,其遷移、擴散及分佈均受到地質歷史上水系流域的連結與分離影響,其分佈模式必須依賴水系的連結,可反映生物地理與地質事件之關聯。紋唇魚(Osteochilus salsburyi)分布於中南半島北部與中國華南地區的一種廣布型淡水魚。本研究為瞭解不同河系的隔離對初級淡水魚遺傳結構之影響與可能的拓殖方向,以兩個粒線體基因cytochrome b、D-loop與四個核基因RAG1、MYH6、rpS7與COMT等為分子標記進行分析。結果顯示海南島族群位於親緣關係樹最基部。歷史族群動態方面,粒線體與核基因皆呈現族群擴張之情況。海南島族群亦存在最多的單基因型與最高的遺傳歧異度。推測中國華南地區的紋唇魚可能來自此區的南方,海南島最可能是其起源地。Cytochrome b的貝氏天際線分析結果顯示在一萬至兩萬年內紋唇魚物種經歷快速擴張事件,推論此現象與更新世晚期冰期結束全球溫度上升跟海面上導致適宜之棲地增加有關。Item 棲地零碎化對諸羅樹蛙族群遺傳結構影響之探討(2005) 盧建名摘 要 諸羅樹蛙(Rhacophorus arvalis Lue, Lai, and Chen, 1995),為台灣特有兩棲類,目前僅在台灣南部的雲林北港溪、嘉義朴子溪及台南(麻豆)呈不連續分布,主要棲息環境為竹林、果園、稻田,棲息地易受人為的干擾,由於本身移動能力不佳,加上雄蛙對棲地有相當程度忠誠度(site fidelity)行為,是適合探討受棲地零碎衝擊的物種。現今野外諸羅樹蛙分佈地點,依照水系流域,可分成北港溪北岸、北港溪南岸、朴子溪與曾文溪(麻豆)四個不同群族,利用120隻個體增幅粒線體COX1、cyto b與D-loop部分序列,根據單基因型(haplotype)、核酸歧異度、族群分化、交流指數、AMOVA(analysis of molecular variance)、最小關聯網狀樹狀圖(minimum spanning network)與NCA( Nested clade analysis)方法,進行族群遺傳結構探討,結果顯示諸羅樹蛙最大種內變異程度僅0.004,為國內目前已發表兩棲類中最低者,其中麻豆族群內的遺傳變異為0。另外各地族群皆從很小的有效繁殖族群而來,推測可能和歷史棲地不可測(Stochastic)的環境壓力與人為干擾有關。北港溪南、北流域族群呈現小族群快速成長,而朴子溪與麻豆族群則是受長期瓶頸效應的小族群。從地理親緣關係來看,朴子溪流域的族群,過去可能從北港溪周遭擴散遷移而來。“過去零碎”(past fragmentation) —溪流間陸域的的隔離,導致四條流域諸羅樹蛙族群缺乏基因交流,在瓶頸效應下喪失基因多樣性,存在顯著的族群結構,成為四個不同的族群。目前麻豆族群建議為短期優先保育的地區,北港溪周遭流域族群為長期保育的熱點(hotspot)。Item 臺灣河口的北方呼喚招潮蟹之族群遺傳結構(國立臺灣師範大學生命科學學系, 1997-06-??) 盧怡萍; 吳盈螢; 史金燾; 黃生本研究使用同功酵素探討臺灣地區之北方呼喚招潮蟹族群遺傳結構。總共測試了四個地區的族群樣本,在檢測的十一種同功酵素,十四個基因座中有十二個是多型性。分析結果顯示,族群中異合度之觀測值接近理論值,分別為0.135及0.139,多型性基因座所占百分比為42.9%,平均每個基因座有1.8個對偶基因。F-統計分析結果顯示族群內的個體傾向於隨機交配,西海岸各族群幾無分化。根據這些結果可以推測北方呼喚招潮蟹的族群遺傳結構是:族群間可能藉由浮游性的幼蟲達成有效的基因交流,降低了族群間的分化程度。Item 台灣地區溪狡蛛(蜘蛛目:跑蛛科)族群遺傳結構及親緣地理關係之探討(國立臺灣師範大學生命科學學系, 2010-12-??) 羅英元; 陳世煌; Ying-Yuan Luo, Shyh-Hwang Chen台灣的中央山脈縱貫南北、地形高聳複雜,為台灣島內物種分布的天然地理屏障,一般認為節肢動物如昆蟲和蜘蛛等具有良好的擴散能力,族群間的交流不易被地形所阻隔。然而徘徊性的溪狡蛛(Dolomedes raptor) 生活棲所侷限於池塘或溪潤等有水的潮濕、環境,若蛛未見遷絲、空飄的行為,擴散能力不佳,其族群分化模式是否與結網性的蜘蛛不同,有待進一步探討。本研究利用粒線體cytochrome oxidase subunit I (CO 1) 基因部分序列探討溪狡蛛之族群遺傳結構,總共分析來自臺灣地區21 個採樣點、共153 隻個體。獲得CO I 基因部分序列長度617坤,包括34 個變異位點、23個基因型。由AMOVA 分析得知台灣地區溪狡蛛的遺傳結構在族群間有顯著的差異,且neighbor-joining 以及maximum parsimony 親緣關條樹型圖皆顯示台灣地區溪狡蛛可分為北部、中南部和東部三大系群。族群問遺傳分化指數則顯示台灣地區溪狡蛛族群間基因交流會受到山脈和水系的阻隔,具有「區域性分化」的現象,其分化模式和具有良好擴散能力的人面蜘蛛截然不同。而中部和南部族群間的基因交流則較為順暢,由於中部和南部是台灣最主要的農耕區,地勢平坦,推測溪狡蛛可利用人工開鑿的渠道,在各大水系間進出有關。溪狡蛛在台灣東部較為罕見,大多分布在中央山脈以西的山區,且和生活習性相似的褐腹狡蛛(Dolomedes mizhoanus) 少有共域棲息的現象,minimum spanning network 也顯示東部溪狡蛛族群是由北部擴散而來,且遺傳多樣性較低,推測溪狡蛛較不適應東部鴻急的溪流,其族群可能曾受到強烈瓶頸效應的影響;或可能是族群不易擴散到東部,東部族群受到創始者效應、強烈選汰的結果,仍需更進一步的調查研究。Item 大眼華鳊親緣地理與族群遺傳結構之研究(國立臺灣師範大學生命科學學系, 2005-12-??) 許桂菁; 蔡昆展; 邵廣昭; 王建平; 林弘都本研究利用粒線體DNA研究大眼華鯿之親緣地理與族群遺傳結構,Tajima’s D統計上呈現顯著負值,高的平均單型多樣性(h=0.999)與低核苷酸歧異值(π=0.009)顯示大部分的族群歷經族群擴張。族群間分化指數平均為0.583,顯示族群間具較低的基因交流而呈現高度分化。以聚類分析(neighbor-joining)法重建親緣關係圖,但並無法明顯再依地理區或河系分群,顯示大眼華鯿群正處於譜系排序(lineage sorting)的狀態。根據NCA法分析,顯示大眼華鯿族群曾經歷過去破碎化事件與長距離拓殖等歷史事件,在網狀親緣關係(network)的分析中發現淡水河與閩江的關係最為密切,顯示淡水河的大眼華鯿應由閩江擴散而來。