Science Development 499 NO 中 華 民 國 103 年 7 月 / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / /

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2 Science Development 499 NO 中 華 民 國 103 年 7 月 / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / nscm@ .ncku.edu.tw

3 Science Development 編 者 的 話

4 499 Science Development CONTENTS 4 農 業 安 全 思 維 下 的 害 蟲 防 治

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6 專題報導 農業安全思維下的 害蟲防治 路光暉 專題報導特邀編輯 中興大學昆蟲學系 民以食為天 人們為了生存必須耕作以生產糧食 昆蟲何嘗不是 以食為天 為了存活牠們也必須取食 因而與人類產生了 糧食 競爭 人們為了保護作物不受昆蟲為害 發展出各種防治方法 其中最常用的 就是使用殺蟲劑 早期用像是油劑 植物萃取物 如尼古丁 魚藤酮類 除蟲菊等 或礦物 如砷化物 等天然產物防治害蟲 對環境造成的衝 擊較小 但自 1939 年 二次世界大戰期間 化學合成殺蟲劑 DDT 開發 以來 由於它的殺蟲效果好且成本低廉 因而大量使用於農業與環境衛 生害蟲的防治 04

7 DDT non-toxic pest control

8 專題報導 捕食性天敵 段淑人 地球孕育著數不盡的物種 生物間彼此有不可切割的關係 形成了複雜的生態系 捕食者與獵物間構築了 一物剋一物 的食物鏈 牠們之間的攻防戰略如何 又有哪些捕食性天敵能成為農業害蟲生物防治的利器 捕食者與獵物的攻防戰 在適者生存的自然生態裡 所有生物 必須找到活下去的方式 一旦輕易被敵人 發現或缺乏防禦能力 必然會淘汰滅亡 昆蟲的外骨骼常有特化現象 具有多 型態 可用各式各樣的造形 色素 分泌 物或周邊材料偽裝 把自己隱藏在環境中 使自身與背景融為一體而不被發現 在惠 蓀林場的樹林間 常有許多躲在樹皮上的 蟪蛄及樹皮螳螂 由於體色非常貼近樹皮 斑駁的顏色 又靜止不動地融入環境背景 中 常被忽略而逃過天敵的捕食或可輕易 地捕殺獵物 這種情形與枯葉蛾 枝尺蛾 竹節蟲 蘭花螳螂 葉 等相似 使牠們活動在枯枝 樹皮螳螂的體色呈黃 褐相間不規則狀 擬態成枯 木的樹皮且貼平在樹幹上 全身融入環境中 不易 被其他生物發現 以等待捕食獵物飽餐一頓 落葉或灌木枝條間不會被發現 這類擬態是 屬於對周遭生活環境的模擬而產生隱藏的效 果 如同隱身術或穿戴魔法斗篷一般 有些昆蟲也會偽裝成其他有毒 不可口的生物 或不起眼的廢棄物 讓發現牠的捕食者 失去取食的興趣 甚至畏懼而嚇跑 同翅目的沫蟬 在若蟲期會自體內排出特別的液體 經 昆蟲的外骨骼常有特化現象 可用各式各樣的造形 色素 分泌物或周邊材料偽裝 使自身與背景融為一體而不被發現 06

9 柑桔無尾鳳蝶幼齡幼蟲體色呈斑駁灰白混雜著墨綠色 像極了鳥糞 是典型的擬態 以利躲避天敵的捕食 柑桔無尾鳳蝶老齡幼蟲受驚擾後立即自頭與前胸間 伸出臭角 發散出腐爛橘子的臭味以嚇阻敵人 由腹部末端搖擺與空氣混合 打製成如同口沫 上述與敵手正面交鋒而發動攻擊以求活命的 或痰一樣的白色黏稠泡沫 以包藏自己不被發 情節 也可在蜜蜂 螞蟻或虎頭蜂等受到打 現 這些泡沫也可對柔弱的蟬體發揮保溼或抗 擾時 產生的激戰退敵反應中看到 菌的效果 具有高超隱身伎倆的草蛉 蚜獅 然而 毫無反擊力 體形弱小的食蚜 專門捕食蚜蟲 幼蟲會利用蚜蟲屍體或枯葉碎 蠅成蟲也常在花間取食蜜源 無螫針的牠 片包覆自己 就如同避債蛾或衣蛾一般躲在自 又該如何對抗天敵呢 牠腹部黃 黑相間 製的簑衣內 營造出 我不在這裡 你看不到 的條狀花紋 模擬蜜蜂 胡蜂的體色 似 我 的欺敵情境 乎在對外界宣稱牠是有毒針的 意在警戒 若真的被敵人發現 象鼻蟲會採取 假 那些有攻擊念頭的天敵 若想平安無事就 死 的詐術 或許能讓捕食者放棄而獲得生存 別來惹牠 以免被螫 這種佯稱自己有毒 機會 柑桔無尾鳳蝶的幼齡幼蟲利用斑駁的灰 狐假虎威的擬態屬於 貝氏擬態 Batesian 白 墨綠混色 形同鳥類的糞便 好像矇騙天 mimicry 即無毒或可口的食餌生物模擬 敵說 我是大便 我很難吃 完全打消捕食 有毒 不可食或難吃的東西 者吃牠的興趣 相較之下 柑毒蛾及刺蛾的幼蟲就獨 柑桔無尾鳳蝶的老齡幼蟲體色如同柑桔葉 立勇敢多了 牠全身自備嚇人武器 顏色鮮 片的綠色 平常不易發現 但受到驚擾會立即 艷 布滿了毒毛和毒刺 彷彿向他人示威 由頭與前胸間伸出一對橘色的臭角 散發出一 我是真槍實彈 離我遠一點 一旦不小 種腐臭柑桔味 造成阻嚇天敵的作用 屬於積 心碰觸到牠 就會引起過敏疼痛 另一種是 極自保的行為 這種方式如同步行蟲科中的放 有毒者相互模仿的 穆氏擬態 Mullerian 屁蟲 一旦遇到危機立即由肛門噴射出高熱的 mimicry 以加深捕食者痛苦的記憶 而 化學武器 產生瞬間的煙霧及臭味驅趕敵人 提高對捕食者的防禦效果 遏阻犯意 如 07

10 專題報導 東陞蘇鐵小灰蝶後翅的眼紋及小尾角可轉移捕食者 的注意而使天敵誤判頭尾方向 一旦被咬到翅尾時 可立刻飛離 爭取逃命機會 柑毒蛾幼蟲以鮮艷的體色及有毒腺的彩色毛叢來威嚇 敵人 告知 我很毒 別來惹我 樺斑蝶和黑脈樺斑蝶翅上特殊而明顯的斑 產出大量子孫的能力 得以維繫族群的延續 紋非常相似 不論天敵捕食牠們其中哪一 而食物鏈裡的捕食者又該如何發揮一物剋一物 個都會產生嘔吐的不適感 日後即使相遇 的壓制效果呢 有哪些捕食性天敵在農業上 也敬而遠之 具有控制害蟲的能力 可成為生物防治的工具 缺乏武器又不願模仿他物的小灰蝶 又 呢 基本的條件必須是眼明手快 行動敏捷 該如何在捕食者的魔掌下逃生呢 金蟬脫 殺傷力強 食量匪淺 發育快且存活率高 最 殼 緩兵之計 是很好的救命策略 東陞蘇 好壽命長再加上繁殖力高等優勢 才能有好的 鐵小灰蝶後翅的眼紋及小尾角 外形酷似動 捕食率以及在田間立足的本事 物的眼睛及蝴蝶的觸角 可以讓捕食者誤以 為那是小灰蝶的頭部 造成判斷失誤 咬下 去時只造成小部分翅尾受損 無傷大雅 那 捕食性天敵的農業應用 瞬間小灰蝶可立刻飛離現場爭取逃命機會 台灣四季如春 全年的陽光 溫度及雨 昆蟲界的捕食者與獵物間總是有著千 量適合許多昆蟲生長繁殖 其中 農業害蟲 奇百怪的攻防戰術 捕食性天敵一旦識破 族群常因農民管理不善而造成突發性的猖獗 獵物的詭計 就能順利享用一頓大餐 我 雖然大自然中早已存在著物競天擇 弱肉強食 們可以感受到 大自然的選汰力量左右著 的選汰模式 各種捕食性天敵在每一個時刻都 物種存亡的命運 可能掠食不同的昆蟲個體 然而 要造就害蟲 在農業生態系中繁殖力超強的害蟲 即 使沒有逃生的十八般武藝 也有在短時間內 棲群顯著地被天敵抑制的成效 須對捕食性天 敵有更多的了解 昆蟲界的捕食者與獵物間總是有著千奇百怪的攻防戰術 捕食性天敵一旦識破獵物的詭計 就能順利享用一頓大餐 08

11 本文介紹幾種重要的昆蟲綱及蜘蛛綱捕食 性天敵 在昆蟲綱 32 目中 肉食性的物種有 蜻蛉目 直翅目 半翅目 脈翅目 纓翅目 鞘翅目 膜翅目 雙翅目等 在農業害蟲防治 上具推廣潛力的捕食性天敵 有瓢蟲 蝽象 草蛉 螳螂 薊馬及捕植蟎 捕食性瓢蟲 美國加州受到吹綿介殼蟲的 嚴重危害 農民用盡防治方法卻束手無策 柑 桔產業幾乎全垮 因此於 1888 年從澳洲引進 澳洲瓢蟲進行防治 幸運的是 這瓢蟲經過數 月就在柑桔園建立族群 且幾乎完全抑制介殼 蟲的危害 成為全世界第 1 個以捕食性天敵防 六條瓢蟲雌成蟲捕食竹葉扁蚜 並在葉上產小型卵 堆 其幼蟲也會捕食蚜蟲 治害蟲成功的例子 大約在 1900 年後 推測原產於澳洲的吹 綿介殼蟲可能隨進口植栽侵入台灣 並在 1905 年大發生 素木得一博士於 1909 年引進澳洲 瓢蟲 經大量繁殖釋放後 很快地在台灣田間 立足 並與台灣原產的小紅瓢蟲共同發揮捕食 效力而降低吹綿介殼蟲密度 成效非常顯著 台灣糖業研究所為了鞏固製糖產業 對 防治甘蔗棉蚜的工作不遺餘力 建立了本土 性天敵 大十三星瓢蟲 的繁殖流程 並把 瓢蟲的幼蟲或成蟲釋放於甘蔗田 防治效果 非常良好 而在台灣菜園及果樹栽培區常見的捕食性 蒙氏瓢蟲捕食青剛櫟蚜蟲 瓢蟲幼蟲擬態成粉介殼 蟲 一則以避開天敵 二則可混入蚜蟲或介殼蟲群 大肆捕食 瓢蟲 錨紋瓢蟲 六條瓢蟲 的幼蟲及成蟲都 擅長捕食多種蚜蟲 包括桃蚜 綿蚜 捲葉蚜 菜蚜 玉米蚜等 另外 小十三星瓢蟲也是大 捕食性蝽象 半翅目的 蝽 象科包含肉 食量型的捕食性天敵 在攝氏 25 度下一生可捕 食性及植食性兩類群 台灣有 100 種以上 食 7,500 隻蚜蟲 在攝氏 15 度下壽命延長則可 捕食 13,000 隻 一般 蝽 象會發出臭氣來驅逐敵人 因此有 臭腥龜 或 臭蟲 的俗稱 其中 黃 蒙氏瓢蟲在美國早已商品化 由素木得一 斑粗喙 蝽 象是廣食性捕食 蝽 象 可以大量 於 1909 年與澳洲瓢蟲一起自紐西蘭引入 並 捕食鱗翅目幼蟲 如斜紋夜蛾 甜菜夜蛾 由農試所開發大量繁殖技術 用以捕食球粉介 擬尺蠖 紋白蝶 小菜蛾 毒蛾等 也可 殼蟲及褐圓介殼蟲 目前在校園中紅仙丹植株 捕食鞘翅目 膜翅目 半翅目等 40 種以上 上經常可見 特別是牠的幼蟲擬態成粉介殼蟲 的幼蟲 分布在斯里蘭卡 緬甸 泰國 的形態十分有趣 印度 馬來西亞 菲律賓 台灣 大陸等地 09

12 專題報導 在攝氏 25 度下 黃斑粗喙蝽象的卵期約 8 天 若蟲期有 5 個齡期共計約 25 天 雌雄成蟲一般可 存活 1 2 個月 一生捕食鱗翅目幼蟲可達上千 隻 苗栗區農業改良場已建立大量飼育這種天敵 的方法 中興大學昆蟲學系也與該場合作 把這 蝽象應用於斜紋夜蛾 小菜蛾及甜菜夜蛾等 3 種 重要蔬菜害蟲的生物防治研究上 小黑花 蝽 象體形較小 雜食性 由於活動 力強且食量大 因此是高潛力的天敵 可捕食植 食性薊馬 粉蝨 葉蟎 蝶蛾卵 蚜蟲等小型害 黃斑粗喙蝽象雌成蟲捕食斜紋夜蛾幼蟲 粗壯的口 針直接戳入食餌體表 進入血體腔內吸食體液 當 下斜紋夜蛾幼蟲已被麻痺而動彈不得 任其吸食 蟲 在田間的菊科雜草上輕易可見 牠會鑽入植 物花苞及嫩芽縫隙間捕食藏匿的薊馬 一生可捕 食三百餘隻 世代時間約 1 個月 也可用於一般 害蟎的防治 一生可補食 500 隻以上 農業試驗 所與臺南區農業改良場朴子分場合作 已建立大 量繁殖南方小黑花蝽象的基礎技術 數年前技轉 予苗栗區農業改良場天敵中心 以粉斑螟蛾卵做 為替代食餌進行大量繁殖天敵的研究 草蛉 草蛉是一種雜食性的捕食性天敵昆 蟲 已記載 90 屬 1,400 種 這種天敵昆蟲會捕 食蚜蟲 粉蝨 介殼蟲 葉蟬及木蝨類 以及多 種鱗翅目與鞘翅目昆蟲的初齡幼蟲 卵等 許多 國家都分別應用於棉花 胡瓜 馬鈴薯 柑桔 小黑花蝽象成蟲吸食二點葉蟎的卵粒 若蟲和成蟲 都會捕食蟎卵 幼蟎或成蟎 以及其他小型害蟲如 粉蝨 薊馬 蚜蟲 潛蠅及葉蟬 速度快且食量大 梨等作物的害蟲防治 在台灣本土性的草蛉中 以基徵草蛉和安 平草蛉兩種較受矚目 研究也較深入 由於草蛉 的食性廣 容易在室內大量飼養 朴子玉米中心 及台糖研究所曾以外米綴蛾的卵建立飼養流程 但耗費人力 生產成本高 為了降低成本 提高 產能 農業試驗所建立了以微膠囊人工卵來飼育 草蛉幼蟲 以及冷藏與運輸的技術 基徵草蛉及安平草蛉經農業試驗機構研究證 明 都可應用在農作物上防治各種小型害蟲和害 蟎 如為害印度棗的柑橘葉蟎 柑橘潛葉蛾 蚜 蟲 木蝨 粉介殼蟲等 在木瓜及草莓上釋放 可有效抑制二點葉蟎及神澤氏葉蟎 達到壓抑葉 蟎的目的 尤其在溫室花卉上的效果更佳 我國 10 草蛉幼蟲捕食蚜蟲 並把吸盡體液的蚜蟲屍體背 在身上偽裝成垃圾 以利潛入蚜蟲群並躲避天敵 蚜蟲會釋放警戒費洛蒙 向其他同伴發出趕緊逃 命的訊息

13 為了達到善加應用天敵做為生物防治的利器 必須用心經營環境 提供有利於天敵的生態條件 近年來為防治蚜蟲傳播木瓜輪點毒素病 同步 利用網室隔絕蚜蟲並釋放天敵 以有效抑制木 瓜輪點病毒的傳播 螳螂 寬腹螳螂是大型且行動敏捷的捕食 性天敵 食性雜可捕食多種昆蟲如蝗蟲 蚊蠅 類 蛾類等 若供應充足的食餌 可大幅提高 其產卵量而產生大量的螵蛸 苗栗區農業改良場已建立利用東方果實蠅 螳螂以捕捉足抓住蛾類再咬食 及其他蠅類來繁殖螳螂的技術 溫度攝氏 25 度 以上 1 年可有 3 代 需 天完成一世代 若蟲 7 8 齡 成蟲壽命 120 天左右 雌成蟲 可產 3 5 個螵蛸 粒卵 螵蛸 經大量釋放於網室木瓜 草莓 溫帶果樹 茶園及玫瑰上 得到良好的抑制害蟎成效 螳螂視力極佳 銳利多刺的捕捉足反應快速 增加了掠奪獵物的效率 令人印象深刻的是花 螳螂會隱身在蘭花中伺機發動攻擊 完美的變 裝術是出奇致勝的關鍵 讓地球永遠朝氣蓬勃 台灣耕地面積密集 屬於小農制 連 捕食性薊馬 薊馬是纓翅目 多是植食性 續多期的複種方式 且病蟲害管理方式零 的害蟲 少數是菌食性與肉食性 捕食性的薊 散 因而缺乏綜合管理概念與共同防治體 馬多屬錐尾亞目的凶薊馬屬及食蟎薊馬屬 台 制 致使病蟲害孳生源不斷 又由於長期 灣記錄的有 5 種 當中又以細腰兇薊馬與紅斑 的用藥不當 造成害蟲產生抗藥性 農民 食蟎薊馬較常見 分別捕食粉蝨若蟲及葉蟎 因此增加用藥劑量與種類 導致藥害或殘 實際田間防治效果有待評估 留過量 使消費者對農產品的安全存疑 捕植蟎 台灣本地常見又具有捕食害蟎及 而過度施用化學藥劑也破壞了自然生態的 害蟲能力的捕植蟎 包括卵形捕植蟎 溫氏捕 多樣性及土壤生機 造成多種天敵成為無 植蟎及多齒捕植蟎 前者分布在東南亞 台灣 辜的陪葬者 及中國東南地區 為了達到善加應用天敵做為生物防治 1980 年代 農業試驗所與中興大學昆蟲學 的利器 必須用心經營環境 提供有利於 系同步進行釋放溫氏捕植蟎防治桑樹 楊桃 草 害蟲天敵的生態條件 減少用藥 讓賴以 莓等作物的研究 證實於神澤氏葉蟎或二點葉蟎 生存的地球永遠朝氣蓬勃 發生初期釋放適當數量的溫氏捕植蟎 可有效 壓抑害蟎密度 同時研發利用溫室與養蟲室的設 備 建立捕植蟎的大量繁殖流程 成效良好 農業試驗所自 1983 年後 陸續引進外來 段淑人 中興大學昆蟲學系 捕植蟎種類 如智利捕植蟎與法拉斯捕植蟎 11

14 專題報導 昆蟲也會生病 唐立正 動物 植物跟人一樣都會生病 中世紀歐洲馬鈴薯因感染疫病使糧食歉收而引發饑荒 造成人類大遷徙 動物口蹄疫 馬 牛和豬大規模發病 使畜牧業大受打擊 昆蟲也會生病 但可利用這些病原體來防治害蟲 從生物出現在地球以來 就是微生物的天下 它們個體小 繁殖速度快 且數量龐大 其分布上至太空 下至土壤 海洋 陸地 平原 高山及冰河中 都有它們的蹤跡 甚至有 科學家宣稱 地球暖化 冰川溶解會釋放出幾億年前冰封的微生物 由此可見 微生物在地 球上所扮演的角色多麼重要 微生物會造成食物腐敗 促進有機物質分解 使人類發明了製酒及醋 另一方面 微生 物為求自身的生存 會抑制其他微生物產生抗生素 科學家藉以分離培養了對人類有益的微 生物 提取它們分泌的代謝物做為醫療用途 最有名的例子就是綠黴菌與盤尼西林 它們解 救了千萬人的病痛 也有許多微生物是對動物及人類有害的 如 黴菌會使水族缸內的魚得白點病 人類的 肺結核病 肺鼠疫等是由空氣傳播病原微生物所感染的 另皮膚 指甲裡也躲藏著數不盡的 微生物 如灰指甲 香港腳等就是由真菌引起的 若皮膚有傷口 病原就容易入侵引起發炎 處理不當還可能造成蜂窩性組織炎 惡化後就形成敗血症 造成死亡 另外 古生物的研究指出稱霸北美地區的劍齒虎滅絕的可能原因之一 就是被細菌危害 造成蛀牙而無法進食 導致個體大量死亡 自然界中昆蟲也和微生物一起生活 有的與昆蟲 共生 昆蟲提供微生物棲所 微生物則替昆蟲製造養分 如 蛀幹小蠹與蟲道真菌 樹蜂與 擔子菌 白蟻與鞭毛蟲 切葉蟻和菌圃真菌 蚜蟲與類酵母菌等 有些則會入侵體腔 分泌 毒質 繁殖菌體 以及因吸取養分造成寄主生理飢餓 引發昆蟲致病而死亡 常見使昆蟲生病致死的病原 包括 真菌 細菌 微孢子 立克次氏體 病毒 蟲生線 蟲等 本文僅介紹最常見的真菌 細菌及蟲生線蟲 有些微生物會入侵昆蟲體腔 分泌毒質 繁殖菌體 以及因吸取養分造成寄主生理飢餓 引發昆蟲致病而死亡 12

15 左上 感染綠殭菌的甜菜夜蛾 圖片來源 唐欣潔 中上 感染黑殭菌的犀角金龜幼蟲 右上 感染白 殭菌的星天牛 左下 白殭菌感染榕樹舞毒蛾幼蟲 中下 感染黑殭菌死亡產孢的埃及斑蚊 右下 感染 黑殭菌的棕帶蟑螂 圖片來源 倪宇亭 真菌病 在真菌界中與昆蟲相關的種類 數以萬計 有的就附著在昆蟲體表 藉由昆蟲傳播 如荷 蘭榆樹病就是靠歐洲榆小蠹蟲傳播 使得榆樹 在數周內死亡 但有些真菌屬於片利共生 只 對寄生者有利 對寄主無害 它們寄生在昆蟲 體表吸取養分 但不會造成寄主昆蟲死亡 如 蟲表菌目會在扁甲蟲體壁的孔口形成足胞結構 吸收體壁養分以發育其菌體 進行繁殖 解 作用穿透昆蟲體壁進入昆蟲血腔 再形 成表皮下菌絲盤 由這灘頭陣地不斷地形成 出芽的菌絲體進入昆蟲的循環系統 吸收養 分再重複製造菌絲體 直到菌絲體完全充滿 血腔 昆蟲終因缺乏營養以致飢餓死亡 這時昆蟲幼蟲因充滿真菌菌絲 使蟲 體呈現僵硬宛如殭屍 而這充滿殭蟲的菌 絲 會等待外部環境合適時 穿透體壁在 體表形成分生孢子柄 再生長出成鏈的分 有些昆蟲真菌屬於原生病原 會直接侵染 生孢子隨風飄散停在植物 土表 或寄主 昆蟲寄主造成昆蟲生病死亡 如家蠶的白殭菌 昆蟲上進行水平傳播 並等待第二輪的侵 金龜子幼蟲的黑殭菌 夜蛾科幼蟲的綠殭菌 蚜 染過程 如果環境適合且田間有許多感性 蟲的蠟蚧輪枝胞菌 粉蝨類的粉擬青霉菌等 這 的寄主 則會造成全面的感染 使害蟲大 些真菌都屬於自然發生的蟲生真菌 藉由氣生性 量死亡 達到抑制及防治的目的 孢子隨風傳播 逢機黏附在寄主的體壁表面 科學家收集田間感病的蟲屍 由實驗室 它們的入侵過程如下 附在體表的孢子因 分離及純培養 再經過科霍氏法則確定其病 高溼環境誘發產生發芽管 發芽管吸收了體表的 原性後 就可開發大量培養技術 培養蟲生 養分產生吸附器 接著在吸附器前端產生入侵體 真菌的分生孢子生產製劑並商品化 提供給 表的侵入釘 藉由物理 擠壓 及化學 酵素分 有機農戶做為非農藥防治的有機防蟲資材 13

16 專題報導 Bassi 在 1834 年自家蠶上分離到白殭 的晶體蛋白 隱藏在原生質中稱為晶體毒 菌 1970 年代 蘇聯曾把它用於科羅拉多 素 又稱為 δ- 內毒素 當這些種類的細菌 甲 蟲 及 蘋 果 蛀 蟲 的 生 物 防 冶 1977 年 被受感染的寄主昆蟲吃入腸道後 因昆蟲 中國大陸就曾施用這種病原真菌以防治玉 腸道呈鹼性 內毒素蛋白就分解為小分子 米螟幼蟲 在未施用白殭菌之前 玉米螟 次單位的活性毒素 進而穿過圍食膜對真 會 造 成 60 的 損 害 施 用 3 年 後 降 到 只 皮細胞迅速發生作用 如此一來 真皮細 有 20 4 年 後 是 7 5 年 後 更 只 剩 下 2 的損害率 黑殭菌最早於 1880 年由 Metchnikoff 會導致蟲體死亡 由於 δ- 內毒素會改變中腸腸壁細胞膜 在奧國賽麗金龜發現並應用於象鼻蟲的防 的通透性 因而破壞了原來血液中的酸鹼 治 Müller-Kögler 更蒐集記錄了以黑殭菌 度及離子濃度的平衡 使真皮細胞腐蝕且 防治黑 蝽 象 飛蝨 叩頭蟲 象鼻蟲 犀 自基底膜剝落 造成腸道穿孔 另孢子入 角金龜 日本金龜 蔗龜 玉米螟 切根 侵血腔大量繁殖釋出代謝毒質 也會加速 蟲類等害蟲的成效 近期研究發現黑殭菌 寄主的快速死亡 也可感染埃及與白線斑蚊成蟲及幼蟲 製 成餌劑也可造成蟑螂感染死亡 綠殭菌能自然發生於屬於鱗翅目的多 種害蟲上 感染種類超過 30 種以上 特別 是對夜蛾科幼蟲的致病力最強 常在田間 引發流行病 顯示綠殭菌在害蟲防治中扮 演著流行病誘發的角色 在台灣發現的寄 主種類有鱗翅目及同翅目 最常見的是黎 豆夜蛾 甜菜夜蛾 銀紋夜蛾 玉米穗夜 蛾 番茄夜蛾及斜紋夜蛾幼蟲 細菌病 14 胞層便無法進行正常的消化吸收功能 終 細菌病原具速效性 是所有蟲生病原 中最有希望成為害蟲防治的利器 且一般 而言寄主範圍較廣 昆蟲取食作用及食物 汙染都可能造成水平傳播 在植物表面持 續時間又僅數天 因此細菌病原較容易大 量生產及進行基因的改造 雖很少造成流 行病 但可利用淹沒式加強撒布以達到有 效的防治 如用於對付為害森林 農作物 行道樹及人類家居附近取食葉片的害蟲 自蘇力菌群中曾分離出一個新的品系 屬於新的血清型 H -14 命名為以色列變 種 這變種所產生的晶體毒素對蚊類 蚋 細菌在環境中經常附著在生物體表面 類及蠅類幼蟲具高度毒性 而隨著幼蟲齡 上 它不像真菌有特殊結構能直接入侵生 期增長及發病溫度的降低 蘇力菌以色列 物體 但會藉由生物體表面傷口間接入侵 變種對雙翅目幼蟲的致病力也降低 造成發炎及蜂窩性組織炎 甚至引發敗血 由它所引起的病徵雖難與鱗翅目幼蟲 死亡 對昆蟲來說 若飼養時密度過高 罹患蘇力菌時所產生的病徵比較 但仍有相 昆蟲會因自相咬食使傷口引發細菌感染 當的類似處 中腸真皮細胞層也是主要的 造成大量死亡 作用目標 病變時膨脹而瓦解 其作用速 但也有一些細菌在長期演化過程中 率也非常快 幼蟲罹病後同樣顯得行動遲 自體細胞在形成抗逆境孢子時會產生特殊 緩且無法控制遊動方向 最後全身麻痺而

17 1μm 正在分裂中的共生細菌 Xenohabdus sp. 蟲生線蟲的共生細菌 Xenohabdus sp. 菌落 死亡 或屍體積浮在水面上 B. sphaericus 球孢桿菌可在池塘環境中自然增殖 也應 用於沼澤區對蚊子幼蟲作持久性防治 線蟲病 P2 線蟲是動物界中數量最多的類群之一 牠的結構簡單 屬於三胚層的動物 體呈圓 柱狀 左右對稱 無體節的分別 有雌雄同 體及異體的區分 蟲體前端有口孔 周圍有 P1 唇片 後有口腔 咽 食道 腸及肛門 遠 古時代是水棲 後逐漸演進到陸生 有許多 種類棲息在潮溼的土中 有的藉由昆蟲幫其 攜帶散播 如造成松樹萎凋的松材線蟲 躲 在松斑天牛的翅鞘下 當天牛產卵時 線蟲 則爬到產卵孔 入侵松樹的維管束為害 有的線蟲必須在昆蟲體內完成所有的 KV X15.0K 2.00µm 上 茶姬捲葉蛾幼蟲遭蘇力菌致死的蟲體 圖片 來源 王宇仲 下 蘇力菌側孢晶體 生活階段 而沒有體外的自由生活期 這 類屬於絕對專一性寄生 而蟲生線蟲大部 分屬於兼性寄生 有寄生階段及寄主體外 自由生活階段 15

18 專題報導 左 小白紋毒蛾感染蟲生線蟲 中上 黃條葉蚤幼蟲遭線蟲侵蝕釋出感染期幼蟲 圖片來源 黃育仁 中 下 斜紋夜蛾蛹遭線蟲侵蝕釋出感染期幼蟲 右 斑蚊幼蟲免疫系統把入侵線蟲包囊 蟲生線蟲多生活在水中或土壤中 其 棲息環境富含有機質及微生物 常做為牠 病原性 而可做為害蟲防治用 的食物 在牠的腸道中常可發現共生的微 目前科學家發現的如斯氏線蟲及異小桿 生物 線蟲與共生菌互利共生 線蟲提供 線蟲兩科所屬的線蟲 常用來做為害蟲防治 共生菌棲所 共生菌則幫助線蟲殺死寄主 的資材 且不同線蟲所帶的共生菌也有所不 及分解寄生組織 提供線蟲所食 同 斯氏線蟲科所帶的共生菌是異桿菌不發 線蟲有如現今導彈的推進器 可在自 光 異小桿線蟲科的則是發光桿菌 在黑暗 由生活期搜尋寄主目標 經由寄主的口 環境下會發光 共生菌是造成寄主昆蟲生病 氣孔 肛門等自然開口入侵體內 再把彈 的主因 但是在人工繼代培養下 會由一型 頭引爆 釋出體內的共生細菌到寄主血腔 菌轉換成二型菌 這時會影響對寄主的致病 中 先造成菌血 毒血 使寄主最後因敗 力 造成致病力下降 血而死亡 而這共生的生活方式是兩者長 期演化後產生的生存法則及關係 16 先的侵染期幼蟲 便可確定這種蟲生線蟲的 蟲生線蟲對昆蟲的致病特性 也用於害 蟲的防治 牠的優點是 對人畜無害 可藉 早期科學家把田間發現的死亡蟲體帶 由人工培養大量量產 能在 72 小時造成寄主 回實驗室 置於潮溼環境中 發現昆蟲屍 死亡 施用方便 有些國家不須經註冊登記 體內會有線蟲爬出 這線蟲幼蟲稱為侵染 但也有其缺點 不耐乾燥 在葉片施用期效短 期幼蟲 可自由生活 進行短距離搜尋 有些線蟲須低溫儲存 貨架期短 製劑較困難 或伏擊等待新寄主 若把這線蟲接種於受 目前開發在草皮害蟲 菇舍 地下害蟲及蛀 感染的昆蟲寄主 也會造成死亡 經在蟲 莖害蟲 如夜蛾 蕈蚋 地根蟲 桃食心蟲 體內不斷地繁殖 且又從蟲屍中分離出原 蠐螬 螻蛄 木蠹蛾等幼蟲的防治 蟲生線

19 會讓昆蟲生病的微生物病原 有如昆蟲的生化戰劑 由於具安全性及專一性 不但可以單獨使用 也可與殺蟲劑 天敵等搭配增加防治效果 蟲目前也用於感染蚊子 蟑螂及跳蚤的幼 生化戰劑 需要陸續開發及研究 由於其具 蟲 使其幼蟲生病死亡 達到防治的目的 安全性及專一性 不但可以單獨使用 也可 人類自從畜牧轉型為農耕時代 就不 與殺蟲劑 天敵等搭配增加防治效果 然而 斷遭受昆蟲的威脅 經常因害蟲的侵襲 因其受環境因子的影響甚劇 對於室外疫病 取食 使農作無法收穫 造成饑荒甚至引 的產生及病原生態的了解還有待努力 發遷徙及暴亂的悲劇 後來發明了農藥 另外 對於病原菌系的篩選 培養 大面積的噴灑殺死害蟲保住了糧食 但也 保存 以及製劑的配方等都與防治成敗密 因長期使用殺蟲劑 致使昆蟲被篩選出抗 切相關 若能配合遺傳工程技術與病原生 藥性族群 同時主要害蟲消失 次要害蟲 態模擬分析 加上施用技術的改良及抗不 隨之崛起 繼續與人類抗爭 持續抗爭的 良環境配方的開發 就能把微生物病原的 結果是 糧食上有超量農藥殘留 環境中 防治效果發揮到最高點 達到蟲害永續管 的土壤及水資源遭農藥汙染 這時人類才 理的目的 大徹大悟 回歸自然農法 節能減碳不用 農藥及化肥的有機農業便積極推展開來 害蟲防治資材可取自自然界 包括植物 萃取物 捕食性 寄生性天敵 微生物病原 唐立正 中興大學昆蟲學系 會讓昆蟲生病的微生物病原 有如對昆蟲的 17

20 專題報導 以病毒防治 農業害蟲 段淑人 核多角體病毒可以直接應用在農業害蟲防治上 也可搭配基因工程製造疫苗幫助人類抵抗疾病 昆蟲占全球生物物種的 80 以上 具耐逆境的適存特性 然而也與其他動物一樣 在自 然環境中會遭受病原微生物的感染而死亡 這些蟲生病原菌具有專一性 包括細菌 真菌 病毒 微孢子蟲 立克次氏體 線蟲等 其中 核多角體病毒可以直接應用在農業害蟲防治上 也可搭配基因工程製造疫苗幫助人類抵抗疾病 自 19 世紀至今 國際上已上市的病毒微生物製劑商品逾 40 種 而田間實際應用結果也 證實 核多角體病毒的防治效果甚至比化學藥劑好 最常應用的實例多屬於鱗翅目及葉蜂害 蟲的防治 如防治森林害蟲吉普賽蛾 天幕毛蟲 紅頭松葉蜂 黃松葉蜂 花旗松毒蛾及美 國白蛾 防治蔬菜害蟲小菜蛾 甜菜夜蛾 斜 紋夜蛾 玉米穗蟲 甘藍夜蛾 大豆夜蛾 黎 豆夜蛾 黃地老虎 紋白蝶 蘋果蠹蛾 棉鈴 蟲等 這些都包含在昆蟲桿狀病毒科中的兩屬 病毒群 核多角體病毒及顆粒體病毒 奈米級的結構 1 10 微米 千至萬分之一公分 含數十至數百個病毒粒子 核多角體 包涵體 PIB or OB 病毒粒子含多個核蛋白鞘 核多角體病毒是由雙股去氧核醣核酸與蛋 多角體蛋白質 白質外鞘組成核蛋白鞘 包裹在脂蛋白的被膜 病毒粒子被膜 內 其外再由多角體蛋白質以晶格狀排列形成 多角體 或稱包涵體 直徑約 1 10 微米 包 含數十或上百個病毒粒子 多角體蛋白質可保護病毒在田間抗陽光紫 外線 乾燥或其他化學因子 使病毒的活性不 18 核多角體病毒的結構及組成 病毒粒子 核蛋白鞘 核多角體病毒的組成結構模式圖 病毒粒子含多個 核蛋白鞘

21 受破壞 多角體表面又圍著一層富含碳水化合 病毒的感染途徑及致病機制 - 1 物的外鞘 對病毒的穩定性有增強作用 因此 經食物汙染 在自然界的土壤中可存活十餘年 幼蟲吃進病毒 昆蟲的致病途徑 病從口入是絕大多數病毒感染的重要途 徑 病毒多角體經由幼蟲取食進入腸道 藉 由鹼性腸液及特定蛋白質分解酵素的作用溶 附著於細胞 核膜核酸進 入細胞核 包涵體 進入腸道 酵素分解 釋出病毒粒子 鹼性腸液 核蛋白鞘進 入細胞質內 被分解 粒子被膜與寄主幼 蟲中腸柱狀細胞發 生膜融合 早期 0 6 小時 病毒核酸 在寄主細 胞核仁內 開始複製 晚期 6 20 小時 病毒粒子 在細胞核 內組裝 量產病毒 小時 核蛋白鞘穿過中腸 成出芽型病毒在細 胞間二度感染 解多角體蛋白質 釋出具感染力的病毒粒子 病毒粒子的被膜與寄主中腸柱狀細胞微絨毛 膜發生膜融合作用後 核蛋白鞘進入細胞中 病毒的感染途徑及致病機制 - 2 移向細胞核表面再以一端對上細胞核膜孔 非常晚期 鞘蛋白則在細胞質內分解 使得病毒核酸進 20 小時之後 入寄主細胞核內 接著 在核仁中產生反覆的核酸複製 蛋白質組裝 再形成新的病毒 病毒在昆蟲血 核蛋白鞘以單一 或多數組合排列 包入被膜 細胞核內 組成大量 病毒粒子 24 小時後 蟲體細胞大量 產生病毒包涵 體 全部組織 潰爛 釋出 多角體蛋白質 大量合成 並 以晶格狀排列 在田間可長 久保存並感 染其他蟲體 體腔內就感染所有的組織及細胞 包含脂肪體 細胞 真皮層細胞 肌肉鞘 氣管鞘 血球 神經細胞等 病毒在細胞核內大量複製多角體 病毒的感染途徑及致病機制 後 受感染的昆蟲細胞核腫大而崩解 釋出無 數的病毒 感染病毒的昆蟲 健康的昆蟲與生病毒病的昆蟲如何分辨 呢 罹病蟲體在末期會呈現明顯的病徵 如體 節間腫脹 體壁顏色淡化 喜爬至高處呈倒吊 姿勢 體腔及表皮細胞全數病變 最後導致蟲 體潰爛死亡 並流出乳白的大量病毒多角體 昆蟲感染病毒的發病情形與人類感染流 行性感冒很類似 幼蟲感病後經過 3 9 天的 潛伏期才呈現病徵 其速度依感病幼蟲齡期 病毒劑量 環境的溫溼度等而有很大差異 昆 蟲和人類一樣 年幼的個體較敏感易受病原侵 害 幼蟲對病毒的感受性隨著齡期的增長而有 下降的趨勢 即老齡的幼蟲會表現對病原的抵 抗性 稱為成熟免疫性 健康的斜紋夜蛾幼蟲 上 及感染病毒後 下 呈 現體節腫脹 體壁變薄淡化的樣子 19

22 專題報導 病毒接種濃度愈高 則死亡率愈高 潛伏期也愈短 即使病毒劑量未能在幼蟲 化蛹前使其罹病死亡 也會形成不正常蛹 或降低繁殖力 甚至影響下一代卵的孵化 率及幼蟲存活率 隨著溫度的下降 幼蟲 發病的潛伏期及罹病死亡的時間也明顯延 長 隨著溫度的上升 感染時效及嚴重性 都會增加 病毒的田間傳播 這種病毒如何在田間自行傳播呢 由 於自罹病蟲體釋出病毒會殘留在田間植物 表面上 使得經過或取食葉片的其他活蟲 罹病幼蟲即使未在幼蟲期死亡 也無法順利完成化蛹 翅腹銜接不良 或羽化失敗 或成為捲翅成蟲而無 法在田間找尋配對成蟲 影響繁殖子代的能力 下排右 方 3 個蛹及成蟲是正常個體 也因此而感染 產生水平傳播的疫病 病 毒也可由捕食性天敵或寄生性天敵傳播 為改進病毒在防治害蟲上的缺點 自 1980 受病毒包涵體汙染口器的食蟲 蝽 象可使網 年代起 已有許多專家學者試圖利用基因工程改 室內擬尺蠖的蟲口密度下降 膜翅目的小 造核多角體病毒 以加速殺蟲時效及範圍 包括 繭蜂科和姬蜂科雌蜂在產卵的過程中 也 以其他節肢動物如蜘蛛 蟎或蠍的神經毒 以及 會扮演傳播病毒的角色 微生物的毒素 昆蟲本身的激素 或分解酵素基 病毒也可經由附著卵表面的汙染或經 因片段轉殖到病毒的染色體內 由受精卵的傳染 使病毒由母代傳給子代 達到垂直傳播的效果 一旦環境條件適合 這流行疫病可以造成害蟲棲群的大量死亡 農作物就可免於害蟲危害 因而有微生物 防治的效果 想要應用病毒做為防治害蟲的天敵 首要 克服的關鍵問題就是如何自行大量生產 由於病 雖然核多角體病毒具寄主專一性 須 毒是絕對寄生病原微生物 無法用一般培養基進 在特定種類的寄主活體細胞內感染增殖 行體外繁殖或發酵 通常是用蟲體進行感染來繁 不需擔心會汙染環境或對人畜及其他有益 殖病毒 因此農民的第一步就是向試驗機構或大 昆蟲產生影響 但就防治多元性害蟲的實 專校院取得核多角體病毒後 先噴布於田間有害 務需求上來說 這生物特性的缺點就是寄 蟲的地方 5 7 天後在植株頂梢採集罹病蟲體 主域窄及殺蟲時效慢 且在潛伏期間罹病 幼蟲仍會繼續為害作物 這是農民無法接 20 大量生產病毒的方法 貯存於小塑膠罐並放入冰箱中 待收滿約 500 毫 升 再把所有病蟲加 10 倍清水稀釋 用果汁機 受的弱點 在防治效率上遠不如高毒性 均質打散後以紗網過濾 再用 倍體積 速效性的化學藥劑 的水稀釋後噴灑於田間

23 農 民 可 直 接 用 水 稀 釋 病 毒 以噴槍施灑能有效防治田間 害蟲 或者 採集田間健康幼蟲放進大型尼龍 紗網內封口 並放入植物供幼蟲食用 然後 害 不同溫度下的穩定性 對酸鹼的忍受 性 在植株及土壤中的持久性等 把整袋蟲隻浸入病毒稀釋液中 約 1 2 分 早在 1950 年代已證明波長 鐘後再把蟲袋取出置於田園無太陽直射處 nm 的短波紫外線會使病毒失去活性 經自 5 7 天後收集網袋內病蟲 田間溫度愈高 然陽光曝曬一天後就有 50 以上的病毒失 則罹病速度愈快 利用上述方法循環增殖病 去活性 溫度 溼度 ph 值等的影響都較 毒 收集病蟲 均質過濾 就可持續利用田 小 雖然攝氏 度的田間溫度對多 間害蟲自行量產病毒供防治害蟲用 病毒宜 儘量貯存在冷凍箱中以保留完整活性 角體的穩定性並無影響 貯存於攝氏零下 20 度及 5 度下 直至 15 年後仍不失其活性 一般強酸或強鹼都會造成多角體的破 防治效果的確保 有了足夠的病毒做為殺死害蟲的利器 壞 而 使 活 性 降 低 於 ph 值 7.0 時 活 性 不 受影響 ph 值 4.0 及 9.0 時活性稍微降低 也要注意降低負面因子的影響 才能確保 < 15 在強酸 強鹼及含高濃度氯離 有好的防治效果 昆蟲病毒雖然可以在環 子的溶液中 則易喪失活性 ph 值 1.2 及 境中續存很長的時間 但其致病活性仍然 12.4 時 95 以上無活性 另外 福馬 受到田間許多因子的影響 如紫外線的傷 林及次氯酸鈉會嚴重破壞病毒活性 想要應用病毒做為防治害蟲的天敵 首要克服的關鍵問題就是如何自行大量生產 21

24 專題報導 多角體在葉面上的持續性受到葉片 因此必須確認害蟲種類以對症下藥 如防 種類 構造 分泌物及露水成分的影響 治斜紋夜蛾時應施用斜紋夜蛾核多角體病 為了延長病毒在田間的生物活性 以提高 毒 才能達到良好的防治效果 其在田間的感染率 也開發了利用抗氧化 劑 亮光劑 染劑 活性碳或胺基酸等做 為保護劑 以加強病毒對紫外線具不同抵 抗力的效果 國內本土的甜菜夜蛾核多角體病毒也於 年間在宜蘭三星及壯圍地區推 廣試驗 目前該區農友依上述 DIY 方式自 行生產病毒施用防治甜菜夜蛾 每公頃既可 節省約 10 萬元的農藥費用 又可解決過度 依賴化學殺蟲劑而造成殘留的問題 然而 在田間施用時要特別注意 稀 防治害蟲的利器 許多國家長期過度依賴化學藥劑的施 用 易造成農業生態系失衡 加速害蟲抗 藥性的產生 且有違反農產品農藥殘留安 全容許量規定的疑慮 在日益高漲的環保 意識與農民操作安全的考量下 如何研發 非農藥防治資材以合理減量用藥 並提供 農民防治害蟲的有機利器 是當前重要的 植物保護課題 核多角體病毒及顆粒體病毒可感染多 釋病毒的水體不可直接用自來水 因為若 種害蟲 造成罹病蟲體腫脹 組織潰爛死 水質中含有高濃度氯離子 病毒會失去致 亡 並會降低雄成蟲的繁殖能力及子代存 病活性 也需避免使用工廠排放的廢水 活率 且經由水平傳播或垂直傳播的途徑 而應以中性清水及未受汙染的地下水為宜 在環境中以害蟲體內增殖的方式永續存在 病毒在自然日光照射下很容易喪失活性 於田間 甚至可引起流行疫病 造成害蟲 尤其是夏秋之際應避免在中午時分施用 棲群遽降或瓦解 由於其對標的害蟲具高 可考慮在傍晚日落時噴灑 雖然病毒可與 度致病性及寄主專一性 且對環境及人畜 其他化學農藥混合使用 但應注意混合農 無害 因此可做為安全有效的微生物資材 藥的酸鹼度及含氯濃度 由於各種病原菌都有特定的適用條件及 微生物蟲生病原菌無法像有機磷或胺 優缺點 透過使用方法與施用時機的改良 基甲酸鹽類的神經毒殺蟲劑一般速效 病 可建立利用多種微生物天敵綜合應用的防治 毒施用後尚需一段潛伏期 夏秋約 4 6 技術 以提升生物防治效益 落實微生物天 天 冬春約 7 10 天 罹病蟲體才會死亡 敵資材的實用性 並解決目前因濫用化學農 且感病期間仍會繼續為害作物 欲利用蟲 藥致使菜農遭受殘留超量而滯銷的問題 體繁殖大量病毒時 避免與上列速效型化 這類病毒除了可以單獨使用防治害蟲 學殺蟲劑混合 以免蟲體短時間內死亡 外 尚可搭配蘇力菌 蟲生真菌如黑殭菌 導致病毒在蟲體內增殖時間不足而降低病 白殭菌 以及蟲生線蟲等病原微生物 綜合 毒產量 病毒對害蟲具極高度寄主專一性 應用各種病原菌時 須謹慎考量其感染途 病毒對害蟲具極高度寄主專一性 因此必須確認害蟲種類以對症下藥 才能達到良好的防治效果 22

25 如何研發非農藥防治資材以合理減量用藥 並提供有機農民防治害蟲的利器 是當前重要的植物保護課題 徑 作用機制 致病力 生物生態特性 適 作 完成技術轉移與農藥登記許可證申請 用條件及優缺點 並配合作物栽培環境及氣 流程 儘早把這類病毒開發成微生物農藥 候條件 才能充分發揮微生物防治的效果 以響應政府提倡的安全農業政策 我國目前僅進口甜菜夜蛾的核多角體 病毒製劑 而本土性桿狀病毒的研發進度 包含斜紋夜蛾 甜菜夜蛾 玉米穗蟲核多 角體病毒 以及小菜蛾 小白紋毒蛾 紋 白蝶顆粒體病毒等 都局限於大專校院及 試驗改良場所的室內研究與小面積田間試 驗 尚未能突破量產進入商品化的階段 段淑人 中興大學昆蟲學系 期望在未來能依循我國法規 透過產學合 23

26 專題報導 致命的誘惑 洪巧珍 昆蟲性費洛蒙安全無毒性 具種別專一性 微量就可有效誘引害蟲 用得恰當可以了解害蟲發生情形以對症下藥 降低其族群密度 減少防治成本 是害蟲管理的好幫手 昆蟲性費洛蒙是什麼 費洛蒙 pheromone 一詞源自希臘文的 pherein 及 hormon 分別有傳遞及興奮或刺激的意思 是指一種由 生物個體分泌出體外 可引發或刺激其他 同種 個體產 生某些行為反應的揮發性化學物質 昆蟲性費洛蒙可比 擬為昆蟲的香水 是昆蟲交尾期間由雌蟲所分泌的氣味 以誘引雄蟲前來交尾 每一種昆蟲所分泌的氣味不同 因此可達到種間隔離 昆蟲性費洛蒙具揮發性 可經空氣及水擴散到遠方 估計在一立方厘米空氣中 只需有數百個性費洛蒙分子 雄蟲就可感知其存在 循線找到雌蟲的位置 且由於性費 洛蒙的化學結構特殊 在空氣中易氧化及光分解 使其具 無毒 種別專一 以及微量就有效的特性 昆蟲香水的產品 截至 2007 年 已鑑定出超過 2,600 種昆蟲的性費洛 蒙成分 包括 1,410 種性費洛蒙化合物 其中以鱗翅目昆 蟲占多數 多是雌蟲分泌性費洛蒙 誘引雄蟲前來交尾 昆蟲的香水粒 條 性費洛蒙結構是具有 1 2 個不飽合鍵的長碳鏈 C8 C20 分子量 的醇 - OH 醛 - CHO 及酯 - COOR 類化合物 科學家利用化學合成方法 可合成多種性費洛蒙原體 把它注入橡皮 帽或塑膠微管中 製成香水粒或香水條的誘餌 使其氣味慢慢揮發誘引雄蟲 就像雌蟲在分泌性費 洛蒙一樣 24

27 昆蟲性費洛蒙是管理害蟲重要的技術 斜紋夜蛾 番茄夜蛾 荔枝細蛾 花姬捲 之一 在害蟲防治上的策略主要有 3 項 監 葉蛾 粗腳姬捲葉蛾 桃折心蟲 番石榴 測 利用性費洛蒙監測害蟲的發生情形 提 粉介殼蟲 柑橘粉介殼蟲 黑角舞蛾 小 供農民施藥適期 大量誘殺 利用性費洛 白紋毒蛾 小菜蛾 豆莢斑螟等 和 1 種 蒙長期大量誘殺 降低害蟲族群密度 交配 害蟲性費洛蒙交配干擾劑 以及 3 種乾式 干擾防治 利用性費洛蒙干擾果園中害蟲 誘蟲器如花姬捲葉蛾誘蟲器 黑角舞蛾誘 的交尾行為 導致子代數量降低 因此 昆 蟲器 甘藷蟻象誘蟲器等 同時建立了在 蟲性費洛蒙主要有昆蟲性費洛蒙誘餌與昆蟲 田間的應用方法 並推廣供農民使用 性費洛蒙交配干擾劑兩種產品 昆蟲性費洛蒙交配干擾劑使用於交配干 擾防治法 田間每 3 4 公尺懸掛 1 條 每 公頃使用約 公克昆蟲性費洛蒙 昆 果樹害蟲防治的應用 楊桃因其形狀又名星星之果 是我國經 蟲性費洛蒙誘餌使用於害蟲監測 偵測及大 濟果樹之一 栽培面積約 1 千公頃 因花姬 量誘殺防治害蟲 使用時需配合誘蟲器 其 捲葉蛾的幼蟲會蛀食而危害果實 成為楊桃 誘餌劑量約 毫克 個 每公頃使用 產業的關鍵害蟲 利用性費洛蒙監測 若每 效期長 可持續 1 6 個月 這類產品廣泛 被害率約 與一般無施藥果園的 量很低僅約 1 40 毫克 誘餌在田間的有 使用於農業害蟲如蔬菜 果樹 森林 積穀 害蟲等 以及衛生害蟲的管理與防治 且可 做為雜草及害蟲生物防治效果的評估工具 周每個誘蟲器誘獲 3 10 隻成蟲 則果實 果實被害率相當 應可不施藥 花姬捲葉蛾 的香水粒在田間可飄散 6 8 個月 每公頃 果園懸掛 40 個性費洛蒙誘蟲器大量誘殺花 姬捲葉蛾 可降低藥劑防治 1 6 次 害蟲香水產品 田間有許多種昆蟲 但害蟲只有 3 4 種 昆蟲之所以成為害蟲 其中一個重要因 素就是數量過多造成危害 傳統的殺蟲劑是 殺生劑 為了防治害蟲 也會使其他生物死 亡 利用性費洛蒙的專一性 可誘捕害蟲成 蟲來調降其數量 害蟲的數量降低 危害就 減少 農民的防治成本也會變少 農委會農業藥物毒物試驗所經多年努 力 開發出 18 種害蟲性費洛蒙誘餌 包括 粉斑螟蛾 亞洲玉米螟 甘藷蟻象 水稻二 化螟 茶姬捲葉蛾 甘蔗條螟 甜菜夜蛾 楊桃花姬捲葉蛾 誘蟲器 利用性費洛蒙的專一性 可誘捕害蟲成蟲來調降其數量 害蟲的數量降低 危害就減少 農民的防治成本也會變少 25

28 專題報導 番石榴 番荔枝 釋迦 是台灣的經 濟 果 樹 種 植 面 積 分 別 是 7,034 與 5,736 公頃 粉介殼蟲是番石榴 番荔枝果園中 藥劑難以防治的害蟲 在番石榴 番荔枝 果實上 常發現白白如棉花狀的粉介殼 蟲 看似一種 實是兩種 一種是柑橘粉 介殼蟲 另一種是番石榴粉介殼蟲 太平 洋臀紋粉介殼蟲 早在 1981 年就已鑑定 出前者的性費洛蒙成分 於 2007 由農委 會農業藥物毒物試驗所協同中央研究院鑑 定完成番石榴粉介殼蟲的性費洛蒙成分 2012 年 建立了利用性費洛蒙大量 誘殺綜合防治番石榴 番荔枝上粉介殼蟲 的技術 每分地果園分別懸掛番石榴粉介 殼蟲 柑橘粉介殼蟲 個圓筒型黏 膠式性費洛蒙誘蟲器 可降低果園中這兩 種粉介殼蟲的族群密度 並降低果實被粉 介殼蟲危害比率達 釋迦果園利用性費洛蒙大量誘殺防治粉介殼蟲 下圖呈現粉介殼蟲雄蟲被誘引的情形 荔枝和龍眼是台灣的特產 目前栽 植面積分別達 11,638 與 11,643 公頃 荔 枝細蛾的幼蟲常蛀食荔枝 龍眼果實的 蒂部 影響品質並造成大量落果 是這 二 項 產 業 的 關 鍵 害 蟲 年 間 進行利用性誘引劑大量誘殺綜合防 治荔枝細蛾的試驗 顯示只要在荔枝採 收前 1 個月 每分地懸掛 10 個含荔枝細 蛾性誘引劑的誘蟲器誘殺荔枝細蛾 果 實危害率就可由 3.42 降為 0.93 顯 見發揮保護作用 甘藷害蟲防治的應用 甘藷屬旋花科植物 甘藷塊根的營養 豐富 是目前重要的養生食物 種植面積 約 1 萬公頃 而甘藷蟻象是甘藷栽培及貯 藏期間的關鍵害蟲 甘藷蟻象雌蟲產卵在 甘藷皮內 其幼蟲蛀食於藷塊內 導致藷 26 荔枝細蛾及其危害情形

29 利用性費洛蒙大量誘殺防治甘藷蟻象 塊內部發霉 爛臭 不能食用 若施藥防 治時機不對 危害率嚴重的可高達 88 研究顯示 性費洛蒙對甘藷蟻象雄蟲 的誘引效果佳 當釋放 1,000 隻雄蟲於野 外 再以性費洛蒙誘捕 經 24 小時可再捕 回 970 隻 每公頃甘藷田設置 40 個性費洛 蒙誘蟲器大量誘殺 防治率達 65 若與 藥劑配合防治 每公頃防治成本約可節省 新台幣 7 千元 降低藥劑防治 1 3 次 蔬菜害蟲防治的應用 小菜蛾在台灣從高海拔的梨山高冷蔬 菜區 到平地的蔬菜專業區都有其蹤跡 是十字花科蔬菜的主要害蟲 包括甘藍 利用性費洛蒙大量誘殺綜合防治小菜蛾 下圖呈現 小菜蛾被誘引的情形 包心白菜 芥藍菜 花椰菜 小白菜 芥 菜等 其中 甘藍 包心白菜 花椰菜等 蛾的危害 常施用化學殺蟲劑 惟小菜蛾 種植面積約 1 萬 4 千公頃 年產值高達新 體形小 繁殖力強 常產生抗藥性 導致 台幣 63 億元 農民為了保護作物免受小菜 藥劑防治效果不彰 27

30 專題報導 在害蟲管理的架構中 昆蟲性費洛蒙不但可扮演防治技術的棟梁 大量誘殺 交配干擾防治法 也可扮演防治決策基礎的地基 監測 由農委會農業藥物毒物試驗所研發的 小菜蛾性費洛蒙誘餌 對小菜蛾雄蟲的誘 合 綜 害 案 抗蟲作物品種 小菜蛾 施藥次數與施藥量降低 每分地 方 殺蟲劑 質 5 12 此外 因加入性費洛蒙誘殺 防治技術 殺綜合防治 結果顯示可再提升花椰菜品 殺蟲劑 20 個小菜蛾性費洛蒙誘蟲器 執行大量誘 不孕處理 例如 於花椰菜初植時 每分地懸掛 12 治 遺傳操縱 蟲 生物防治 情形 以及大量誘殺來降低其族群密度 防 費洛蒙 忌避劑 抗取食劑 抗代謝物質 引力很強 可用來監測田間小菜蛾的發生 防治成本約可減少 5 千元 台灣地處熱帶 亞熱帶 害蟲比溫帶地 防治決策基礎 維護地球生態 農業生態系的自然致死因子 經濟限界 取樣技術 區複雜 繁殖速度也較快 在害蟲防治上尤 須注重 害蟲管理 所謂害蟲管理 就如 害蟲綜合防治方案模式圖 建造一間房屋 以害蟲取樣調查 害蟲的經 濟防治基準 以及害蟲族群動態為根基 而 蟲害防治的技術就如梁柱一樣 包括抗蟲品 用 顯示利用性費洛蒙防治技術綜合運用 種 耕作防治 生物防治 物理防治 誘引 於農作物防治體系中 可使化學殺蟲劑合 及忌避劑利用 不孕技術 遺傳操縱 法規 理及減量使用 以維護地球的生態 防治 殺蟲劑等 而害蟲綜合防治就是利用 多種方法 單獨或兩種以上方法組合使用來 防治害蟲 在這個害蟲管理的房屋中 昆蟲性費 洛蒙不但可扮演防治技術的棟梁 大量誘 殺 交配干擾防治法 也可扮演防治決策 基礎的地基 監測 由昆蟲性費洛蒙的使 28 洪巧珍 農委會農業藥物毒物試驗所

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32 專題報導 昆蟲的 死亡陷阱 廖姿雯 莊益源 捕捉昆蟲的方式很多 可以根據昆蟲活動的習性或特別的行為製作陷阱 達到誘集的目的 另一方面 可以藉由昆蟲對特定物質或環境改變所產生的反應達到捕捉效果 花衣魔笛手的故事 格林童話 中有一則源自德國的故事 花衣魔笛手 描述一個鼠滿為患的村落請來了 一位吹笛手 鼠群在其笛聲的引領下竟神奇地列 隊跳入河中全部淹死 若把影響農作收穫和人類 健康的有害昆蟲比喻為故事中的老鼠 理想的誘 引劑便是那神奇的笛音了 理想的誘引劑應能誘 引特定對象 就如同故事中的笛音只影響老鼠 在完全不影響其他生物與環境的狀態下 成功地 使老鼠滅絕 捕捉昆蟲的方式很多 可以根據昆蟲活動的 習性或特別的行為製作陷阱 如掉落式陷阱 馬 氏網 羽化網等 達到誘集昆蟲的目的 另一方 面 可以從昆蟲感官著手 藉由昆蟲對特定物質 或環境改變所產生的反應達到捕捉效果 常見的 黃色是田間黏蟲紙最常運用的顏色 許多利 用植物果實的昆蟲對黃色有偏好 誘引到的 昆蟲會黏在黏蟲紙的蟲膠上 這方法除了 可以大量捕捉昆蟲外 也可以供研究人員 調查昆蟲的種類及數量 圖中的黏蟲紙上 畫有格線 就是為了方便計算昆蟲的數量 方式有利用視覺 嗅覺和聽覺 3 大類 色誘蟲蟲 視覺方面包含了昆蟲對顏色 形狀 光照的偏好反應 例如許多以水果為食或把卵產在 水果上的昆蟲 通常對黃色有偏好 30

33 特別的是 由於昆蟲和人類的眼睛構 造不同 接收到的視覺訊號也不一樣 像 是喜歡拜訪花朵且危害花器的薊馬類可以 利用藍色來誘引 雖然藍色不是花朵常見 的顏色 但反射出的光波波長能吸引薊馬 因此 要精確了解昆蟲實際喜好的光波長 及相對反射率 才能開發出對昆蟲有致命 吸引力的 美色陷阱 昆蟲對顏色的喜好大量應用於田間害 蟲的防治資材上 除了各種顏色的黏板外 許多誘捕器都會配合目標昆蟲喜歡的顏色 設計 另外 夜行性的昆蟲常有趨光性 大部 分會逐漸飛近光源 因此在夜晚點亮特定波 長的燈管 可以吸引大量昆蟲慕 光 而來 燈光誘捕器是利用夜行性昆蟲的趨光性行為來誘 捕 在燈管的下方加裝風扇 確保被吸引來的昆蟲 由氣流帶入捕蟲網中無法逃脫 迷蟲之音 夏日的校園裡常會聽見蟬在樹上不停 氣味分子可以藉由空氣傳達到較遠的 地鳴叫 有時讓人覺得悅耳 有時覺得嘈 地方 不像光線會被遮蔽 聲音強度會隨 雜 但這些聲音可是雄蟬用盡氣力唱出的 著距離減弱 敏感的昆蟲可以感受到低濃 情歌 昆蟲發出的聲音多半是為了吸引異 度的氣味 並往濃度較高的地方前進 最 性的注意 當然也不乏有警告不要靠近 終到達氣味的源頭 這樣的優勢讓氣味誘 聯繫同伴等功用 引在應用上獨領風騷 因此 有時可藉由模仿或播放昆蟲的聲 在田間的應用上 最常使用的是同種 音來吸引昆蟲 如美國佛羅里達大學曾利用 生物間用來傳遞訊息的化學分子 稱為費 聲音的播放 成功誘引螻蛄雌蟲飛入裝置擴 洛蒙 生物把這種揮發性小分子化學物質 音器的陷阱內 就是利用昆蟲的趨音性 分泌至體外 同種的另一個體接受到後會 展現特定的行為反應 昆蟲的費洛蒙種類 費洛蒙引蟲入甕 世界上的昆蟲多如繁星 卻沒有一種 昆蟲的身上有鼻子 那要如何利用昆蟲的嗅 很多 大致可分為性 警戒 聚集 領域 抗產卵 軌跡費洛蒙等 而以吸引異性前 來交配的性費洛蒙效果最受矚目 覺進行誘引呢 事實上 昆蟲雖然缺乏鼻腔 目前已製成商品並推廣應用的性費洛 這種構造 但其身上氣味分子接受器的數量 蒙誘引劑 包含甘薯蟻象 花姬捲葉蛾 斜 遠遠勝過人類 大部分的昆蟲如蛾類 搖蚊 紋夜蛾 甜菜夜蛾 小菜蛾 二化螟 黑角 等 利用觸角來 聞 也有一些昆蟲利用 舞蛾等 甘薯蟻象卵由成蟲產入甘薯內 幼 前足或感覺毛來感受外界的氣味 蟲孵化後利用口器鑽食甘薯 使甘薯產生惡 31

34 專題報導 利用甘蔗板做為載體的含毒甲基丁香油誘殺板 可 以吊掛在田間 毒殺被吸引來的東方果實蠅雄蟲 夜間在番茄園中取食葉片為害的斜紋夜蛾幼蟲 3 齡 後白天躲藏到土中 俗稱土蟲 或田埂防止雜草生 長的雜草抑制蓆底下 使白天的施藥無法發揮效果 臭而不能食用 花姬捲葉蛾的幼蟲孵化後隨 甲基丁香油廣泛存在於多種植物體或 即鑽入楊桃的果肉內蛀食 直到幼蟲老熟才 果實中 可以用來誘引特定的果實蠅類害 離開果實 被蛀食的楊桃會變得畸形而失去 蟲 最常用來誘引令人頭痛的東方果實蠅 市場價值 雜食性的斜紋夜蛾幼蟲會在夜間 這種害蟲除了雌蟲產卵在果實上造成大量危 大量取食多種作物的葉片 白天則躲藏到土 害外 更對農產品出口造成莫大的阻力 在 裡或不易被農藥噴灑到的地方 不破壞誘引效果的前提下 添加殺蟲劑製成 由以上的觀察可以發現 這些害蟲的 含毒甲基丁香油 被吸引的東方果實蠅碰觸 幼蟲階段使農產品大量受害 雖然農民施灑 或取食含毒誘引劑時 就被其中的殺蟲劑殺 殺蟲劑來防治 奈何這些昆蟲具有躲藏的習 死 雖然只能引來雄蟲 但誘引效果極佳 性 減少接觸到殺蟲劑的機會 費洛蒙卻可 日本曾在琉球群島有計劃地全面空投 以巧妙地 引蟲入甕 誘捕具有飛行能力 含毒甲基丁香油的誘殺片 再配合其他防治 的成蟲 進而使成蟲交配的機會和對象變 方式 經過連續數年的努力 成功地使東方 少 自然能減少下一代害蟲寶寶的出生 果實蠅從琉球群島上徹底消失 這個驚人的 成果讓甲基丁香油的應用更快速地發展 至 甲基丁香油味惑蟲兒 32 今仍是東方果實蠅重要的監測和誘殺方法 甲基丁香油的效果雖好 但僅能吸引東 雖然性費洛蒙是最常使用的方式 但一 方果實蠅雄蟲 會直接危害果實的雌蟲仍在 提到誘引劑的應用 不能不提到誘引界的超 田間飛舞 於是利用雌蟲需要蛋白質使卵巢 級明星 甲基丁香油 雖然這種簡單的化 發育與卵發育的特性 設計出食物誘引劑 合物並不是昆蟲產生的費洛蒙 但它的效果 吸引前來取食的雌蟲 蛋白質餌劑添加了殺 類似性費洛蒙誘引劑 除了可從多種植物中 蟲劑後 噴灑在田區四周的雜草或不採收的 萃取外 也可藉由使丁香酚甲基化的方式取 作物上 前來取食的東方果實蠅雌蟲會因接 得 而人工合成所需成本較萃取低廉 觸或食入添加的殺蟲劑而死亡

35 毛豆田吊掛的斜紋夜蛾性費洛蒙誘捕器 紅色的入口處設計成由大變小的形狀 讓昆蟲循著性費洛蒙的訊號進 入後不易逃離 配合誘捕器的致命誘惑 有些費洛蒙誘引劑不適合像甲基丁香油一 樣添加農藥來使用 因而需要配合誘捕器的捕 捉 誘捕器入口處通常會採用蝦籠般只進不出 的設計 可以有效困住昆蟲 而把開口設計在 誘捕器的下方 則是運用昆蟲會往上衝的習性 阻止牠們再度離開容器 或在誘捕器下方加裝 水盤使昆蟲淹死等 配合以上的設計 費洛蒙 誘捕器可以達到大量捕捉 監測族群數量 干 擾交尾等不同的目的 使其成為 致命的誘惑 大量捕捉法是農友較能接受的方式 利 用費洛蒙誘引來的昆蟲大量困在誘捕器中 無論是誘引昆蟲的效果或是說服農友使用的 效果都相當好 害蟲數量的監測應用於田間 可以了解害 蟲的族群波動 觀察出特定的規律後便可找出 品進口而 偷渡 建立起外來入侵生物的 警報系統 干擾交尾的方式較少使用 因為所需 成本較前兩者高 這方法是在田間大量吊 掛高濃度的性費洛蒙 如前文所述 昆蟲 會持續 往濃度較高的方向移動 若整個田 區都籠罩在高濃度的費洛蒙中 昆蟲會迷 失方向 找不到真正可以交尾的異性 降 低了下一代害蟲產生的風險 除了性費洛蒙和甲基丁香油外 仍有 許多利用氣味的例子 比如利用薊馬的警 戒費洛蒙 可以騙得薊馬四處逃竄而離開 本來的藏身處 使牠較容易接觸到藥劑而 增加防治效率 陷阱的細節和配套 最符合效益的防治方式 應用於機場和碼頭附 上述的眾多 死亡陷阱 在應用時有 近 則可用來偵測特定昆蟲是否隨著貨櫃 商 些細節常常被忽略 導致成效不彰 例如 害蟲數量的監測應用於田間 可以了解害蟲的族群波動 觀察出特定的規律後便可找出最符合效益的防治方式 33

36 專題報導 誘引劑通常會伴隨著其他防治方法一起施用 以儘量減低化學藥劑的使用量 減少對生態環境的衝擊 在兼顧作物保護的原則下維護農民的合理利益 同樣屬於果實蠅類的瓜實蠅較不會被甲基 引水淹田 果實套袋 網室栽培 適當修 丁香油吸引 但牠們的外形很像 多數農 剪作物 天敵施放和保護等 這些方法中 友無法自行分辨 常誤用甲基丁香油卻達 最能見效的措施簡單到令人咋舌 卻也常 不到較佳的誘捕效果 由此可知 明確了 常被人遺忘 那就是田間衛生 維持環境 解目標害蟲的種類是相當重要的第一步 的整潔 把染病的枝條 葉片 遭受蟲害 因為這些費洛蒙或誘引劑都是具有高度專 掉落的果實 花瓣儘快移除 病蟲害自然 一性的訊號分子 即便是血緣關係相近的 不容易找上門 更遑論在田間生生不息 種與種之間也有很大的差異 適度留意這些應用的細節和配套措施 此外 誘引劑的吊掛方式 保存方式 你也可以成為神奇的 花衣魔笛手 在儘 等也常常被忽略 沒有按照推薦的方式使 量不影響環境的情況下吹奏出美妙的笛音 用 例如 在單個誘捕器中裝置兩種氣味 來誘引特定的目標 引領有害的昆蟲跳入 來源 這樣的使用並不能加乘誘捕能力 死亡陷阱 反而會落得兩頭空的下場 另一方面 誘引劑通常會伴隨著其他 防治方法一起施用 以儘量減低化學藥劑 的使用量 減少對生態環境的衝擊 在兼 顧作物保護的原則下維護農民的合理利益 配合使用的方法很多 如深耕並曝曬田地 34 廖姿雯 莊益源 中興大學昆蟲學系

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38 專題報導 打亂害蟲的 生理運作 陳美娥 昆蟲生長的生理調節機制若被破壞 就無法長大 因此 打亂害蟲生長可做為防治害蟲的利器 昆蟲經蛻皮而生長 不完全變態昆蟲如蜻蜓 蝗蟲 蟬等的 若 稚 蟲 體壁是一層強硬堅固的外骨骼 猶如穿著盔甲 雖可以保護昆蟲內部器官 但也抑制了昆蟲生長 只有當昆蟲脫掉盔甲 且趁著新長出的外骨骼尚未骨化硬化成盔甲 前 才有生長的機會 完全變態昆蟲如毛毛 蟲 蛆等幼蟲 雖然胸部及腹部體壁不似若 蟲般堅硬 但也像捆了一圈保鮮膜 且仍具 有堅硬的頭殼 在褪去保鮮膜及脫掉頭殼後 幼蟲才能發育生長至下一階段 這解開盔甲 或保鮮膜的過程就是蛻皮 昆蟲經由蛻皮而生長 幼蟲每蛻皮一次 就增加一個齡期 數次之後就會蛻皮化蛹繼 而蛻變為成蟲 若蟲則不經蛹期直接蛻皮為 成蟲 其歷程稱為不完全變態 完全變態昆 蟲的生活史是 卵 幼蟲 蛹 成蟲 不完 全變態昆蟲的生活史是 卵 若蟲 成蟲 36 蜻蜓稚蟲蛻皮羽化為成蟲 圖片來源 黃致玠

39 斜 紋 夜 盜 幼 蟲 黑 色 的 是 最 後 一 齡 幼 蟲 磚 紅 色 的 是 經 由青春激素處理所產生的超 齡幼蟲 圖片來源 吳明城 荷爾蒙影響蛻皮 昆蟲的蛻皮與其生長情形及營養攝取 息息相關 也深受荷爾蒙影響 沒錯 昆 蟲雖小但也有完善的內分泌系統分泌荷爾 蒙 而影響昆蟲蛻皮生長主要的荷爾蒙分 子是蛻皮激素與青春激素 蛻皮激素顧名思義就是用來調節幼 若 蟲 在實際應用上 這時期施加青春激素 絕大多數會造成昆蟲蛻皮異常而死亡 這 樣的觀念誘發出利用昆蟲生長調節劑 蛻 皮激素與青春激素 來防治害蟲 因而有 第 3 代殺蟲藥劑的發展 第 1 代和第 2 代殺蟲劑 蟲時期蛻皮 青春激素則調節幼 若蟲蛻皮 第 1 代殺蟲劑包含無機及有機化合物 後仍是幼 若蟲 或是蛹 成蟲 昆蟲蛻皮 無機的如砒霜 水銀 鉛等 有機的如來 前會有一段青春激素敏感期 若這時期昆蟲 自菊花的除蟲菊 來自魚藤的魚藤酮 來 血體液中存有青春激素且超過閥值 則幼蟲 自菸草的尼古丁等 第 1 代殺蟲劑主要使 蛻皮之後仍是幼蟲 若這時期血體液中無青 用於 1940 年以前 不論無機或有機化合物 春激素 則蛻皮後發育為下一階段 幼蟲蛻 都對其他生物如魚與蜜蜂具高毒性 更甚 皮為蛹或蛹羽化為成蟲 者 上述無機礦物質在環境中不會分解 因此 只要能控制昆蟲的蛻皮激素與 青春激素 就能控制其生長 例如 在昆 會累積在土壤中而使土壤變貧瘠 第 2 代殺蟲劑是人工合成化合物 主 蟲不該蛻皮時施加蛻皮激素 使其蛻皮而 要 3 大類是氯代烴如 DDT 有機磷如馬拉 成為較小隻的昆蟲 甚至持續蛻皮而死亡 松 氨基甲酸鹽如加保扶 每一類殺蟲劑 又在幼蟲準備變態時施加青春激素 使其 各有其特性 對哺乳動物的毒性高低也不 在青春激素敏感期血體液中仍有青春激素 同 然而第 2 代殺蟲劑在大量使用下已篩 幼蟲就無法蛻變為下一階段而成為超齡幼 選出具抗性的害蟲 使得藥劑失去作用 37

40 專題報導 長尾水清蛾四齡幼蟲蛻皮為五齡幼蟲 左圖 深色舊頭殼已被推出但仍連著淺色新頭殼 新頭殼尚未骨化 黑化 體軀正褪去舊表皮 右圖 舊頭殼已掉落 蛻皮幾近完成 圖片來源 李信德 第 3 代殺蟲劑 第 3 代殺蟲劑是以昆蟲荷爾蒙為主要 成分 奠定利用青春激素防治昆蟲的信心 來自於一場養蟲意外事件 1960 年代 研究者飼養紅 蝽 象時 發 現其若蟲一直蛻皮 但不會變態為成蟲 抽 絲剝繭之後發現問題來自於飼養時所使用的 紙 其製造原料是美國針葉樹 成分含有青 能危及其他非標的昆蟲 因此 發展化學合 成青春激素類似物 提高其效力及環境穩定 性便成為考慮的方向 百利普芬和芬諾克都 是青春激素類似物 主要抑制幼蟲化蛹和蛹 羽化 此外 因為青春激素對成蟲有調節繁 殖生理的功能 所以百利普芬也能抑制雌蟲 繁殖 讓卵無法順利形成 由蟲體外施加青春激素類似物能干擾 春激素類似物 因此抑制了紅蝽象的變態 昆蟲生長 反之讓昆蟲無法合成青春激素也 起初稱為紙因子 後來鑑定是保幼酮 保幼 能打亂其生長生理作用 研究者曾在紫花藿 酮的青春激素效應只對紅蝽科昆蟲有效 符 香薊萃取物中分離出早熟素 能抑制昆蟲青 合害蟲防治專一性的優點 且昆蟲不會對自 春激素合成而使幼蟲提早變態 但因其對細 身的荷爾蒙產生抗性 這個發現提高了利用 胞具有毒性 並未發展為殺蟲劑 青春激素防治害蟲的希望 除了青春激素類似物之外 蛻皮激素的 然而 由於昆蟲自身的青春激素在環境 作用機制也應用在生長調節劑上 得芬諾就 中非常不穩定 要大量生產相當困難 成本 是蛻皮激素類似物 它的化學結構與蛻皮激 太高 再加上 3 種主要的昆蟲青春激素 JH 素並不相同 卻能跟蛻皮激素受器結合誘發 I JH II 和 JH III 廣泛存在於各種昆蟲中 昆蟲蛻皮 得芬諾主要用於防治鱗翅目害蟲 使得利用青春激素防治害蟲不具專一性 可 如蛾 蝶等 幼蟲吃了後會提早蛻皮 而蛻 利用昆蟲生長調節劑可抑制或干擾昆蟲正常生長發育 進而致死以達到害蟲防治的目的 38

41 使 用 生 長 調 節 劑 的 一 項 缺 點 是 需 要 較 久 的 時 間 才 能 看 到 殺 蟲 效 果, 為 提 高 效 率, 可 在 低 齡 期 施 用 生 長 調 節 劑, 或 搭 配 速 效 性 藥 劑 一 起 使 用 瑕 不 掩 瑜 陳 美 娥 中 興 大 學 昆 蟲 學 系

42 專題報導 防治害蟲的 物理方法 唐立正 凡是利用力學 光電的方式殺死昆蟲的方法 小從使用一條橡皮筋打蒼蠅 大至藉由輻射照射使昆蟲不孕 都屬於物理防治 只要了解昆蟲的習性 發揮巧思 有效的物理防治方法可謂無奇不有 農作物的天敵 人類進入農耕社會 開始種植糧食 蔬菜 和水果後 就遭受到昆蟲的危害 牠們種類多 數量大 繁殖力強 能在一夕之間使作物損失 殆盡 農民欲哭無淚 於是人類開發出砷 亞 砒酸銅 砷酸鉛 氟化鈉 冰晶石等無機殺蟲 劑 並以菸鹼 毒魚藤 奎寧 顛茄鹼等植物 萃取殺蟲成分來防治蟲害 二次世界大戰後 有機化學合成工業發達 開始應用有機氯殺蟲劑如 DDT BHC 增進農業 機械耕犁可破壞害蟲棲地 生產 其後又開發了有機磷 氨基甲酸鹽與合 成除蟲菊 形成綠色革命 但在發展過程中 也付出相當代價 化學農藥在水中及土壤中的長期汙染 進入生物食物鏈造成生態浩劫 近年來 蜜蜂迷航找不到回家的路 據調查與使用類尼古丁劑的殺蟲劑有關 人類開始檢討到底做錯了甚麼 接下來該怎麼做 因此 有了減少化肥及農藥的使用 而以 資源再利用的有機肥料及非農藥防治法來生產作物的做法 在非農藥防治法中 有一項最簡單有 效 唾手可得且無毒的方法就是 物理防治 以資源再利用的有機肥料及非農藥防治法來生產作物 可以減少化肥及農藥的使用 40

43 手抓或振動打落 花園裡發現了吃葉片 的蟲子 可直接捏死 或捉起來放入稀釋的 清潔液中 清潔液能降低水的表面張力 使 昆蟲淹死 如果是小甲蟲像金花蟲和小金龜子 可 把水盆放在樹下 輕輕搖晃樹枝 讓甲蟲跌 落水盆中淹死 噴水 利用高壓水柱噴射植物 使害蟲因 一時無法找到遮蔽而受傷 流走或淹死 這種 方法適於處理身體柔軟的害蟲如蚜蟲 粉蝨及 葉蟎類 因被擊傷或被擊落後不易再爬回原先 用網室栽培木瓜 可阻絕有翅型蚜蟲入侵傳播木瓜 輪點毒素病 的寄主植物上 耕作翻土 土棲昆蟲主要以土壤為棲所 上 阻絕了有翅型蚜蟲入侵傳播木瓜輪點毒 取食 生長和繁殖都在其中 如金龜子 螻 素病 使我們又可以吃到香甜軟綿的木瓜 蛄 蟋蟀 黃條葉蚤的幼蟲 有的害蟲則生活 另外 用網室栽培花椰菜 小黃瓜 史中的某一時期生活在土中 如斜紋夜盜 果 哈密瓜 小番茄與甜椒 因為網子的保護 實蠅 瓜實蠅 蝦殼天蛾等 雖然經常取食的 生產的果實幾乎不含農藥 能夠直接生吃 是植物的地上部分 卻都鑽到土壤中化蛹 在這類害蟲的防治上 可借助於土壤條 件的管理 例如改變土壤環境的生態條件 抑 幼苗護圈 制害蟲的發育與繁殖 把藏在地下的害蟲翻至 作物幼苗在穴盤培育後 移植田間定 土表 改變環境的物理因子 增加鳥類等天敵 植 由於幼莖相當幼嫩 遇強風易吹斷 的捕食機會 使害蟲大量死亡 其次利用深 有時也會遭遇土棲昆蟲如蠐螬 螻蛄與切 耕把害蟲翻入土層深處 無法由土壤中羽化出 根蟲危害造成缺株 這時可以用衛生紙捲 來 把植物地上部分翻埋入土中 使害蟲失去 筒 環切塑膠瓶 紙板或銅版紙做的護圈 寄主而大量死亡 尤其是雜草的清除 更具防 來保護幼苗 也就是把部分護圈埋在土壤 治效果 或者深耕時 使土壤中部分害蟲的巢 裡 部分露出土表 並把圈套在幼苗周遭 穴和蛹室遭到農耕機具破壞而死亡 等到幼苗茁壯後再移除 這方法通常用在 阻隔網 有網目的紗網 蚊帳 尼龍網或 瓜苗及貴重花苗上 魚網 都可以用來有效隔離飛行害蟲侵害栽培 阻隔帶 樹幹阻隔帶用於防治爬行的 的作物 把網子覆蓋在由竹竿 鐵絲與鋁管搭 昆蟲 裁切一條相當於樹幹直徑 1.5 倍長 成的框架上 並把垂到近地表處的網子邊緣埋 入土中壓實 就構成網室 可阻絕害蟲入侵 民國 年間 台灣由夏威夷引進日 昇種紅肉木瓜時 也把木瓜輪點毒素病一併帶 寬 公分的塑膠布 圍繞樹幹並在 10 公分處用繩子或彈簧綁紮 塑膠布的下 半部向下摺疊成垂片 像裙襬般打開 以 阻斷下方害蟲往上爬越 進來 木瓜得到這病後會變硬 無香味及甜味 另外 許多果樹幼嫩部位常遭受介殼 經研究人員多年的努力 把網室用在木瓜生產 蟲危害 雖然介殼蟲移動性非常差 但由於 41

44 專題報導 某些物理防治方法 其實是農民在田間長期觀察以後 針對害蟲的行為及習性所開發的 既省錢又方便 會分泌蜜露 螞蟻會把牠當成乳牛般放牧 幫其到處遷移為害 農民用藥防治介殼蟲 效果不佳 後來發現幫凶是螞蟻 於是利用 草繩浸機油或噴灑少量藥劑 纏繞在樹幹基 部 阻斷螞蟻上樹 才能有效防治 大陸果農為了防止土中的蟬上樹羽化 並在嫩梢產卵 便在蟬的羽化期用寬的透 明膠帶纏繞在樹幹基部 蟬因為膠帶光滑 爬不上去而停滯在膠帶下緣 隨後被農民 捕捉用鹽醃漬成為一道佳餚 用膠帶纏繞樹幹 阻斷了蟬的老熟若蟲上樹 台灣文旦曾遭受一種窄胸天牛危害植 株根部 使一些老欉文旦死亡 每年 4 5 月 梅雨季節土壤溼軟時 天牛成蟲羽化 爬出土表交尾 交尾後大腹便便的雌蟲 把產卵管插入柚子的樹皮縫產卵 農民觀 察到這現象就在樹幹上纏一圈捲實的報紙 誘引雌蟲產卵於其上 再把報紙燒毀 近 年來 另在天牛產卵期 把兩片長條木板 放置在樹幹上 讓雌天牛把卵產在木片夾 縫間 農民只需搓磨木片 就能輕易把蟲 卵搓破 木片則繼續使用 果實套袋 台灣盛產各種瓜果 果實 成熟時 經常會遭受雌性瓜實蠅或果實蠅 柚子樹幹綁報紙可誘引窄胸天牛產卵在報紙上再燒毀 圖片來源 林明瑩 產卵危害 造成腐爛或落果 因此 在果 實結小果時 用紙袋 透明塑膠袋或網袋 把果實套住 可隔絕產卵以保護果實 透明塑膠袋早期用於套蜜棗 因為太費 42 同顏色的紙板 塑膠板或寬膠帶塗上黏蟲膠 吸引昆蟲而予以捕捉 工 現在則改為整園用網室保護 白紙袋套 黏蟲板可在田間定期更換 並記錄蟲數以 絲瓜 水蜜桃 甜柿 芒果等 黑色紙袋或 監測害蟲族群發生 也可長期設置進行大量誘 牛皮紙袋套白苦瓜 水梨等 有的在袋子底 殺 最適合的場所是網室及溫室 因為風沙少 部兩端開小孔防止積水 火龍果因為果實上 效果較佳 通常黃色效果較好 引誘的昆蟲種 有大鱗片 所以用塑膠網袋子套住果實 類最多 綠色黏捕葉蟬類 藍色則引誘薊馬 有色黏蟲板 很多昆蟲會被不同顏色 燈光誘引 昆蟲大多藉由光盤反應進行 的花朵吸引 人們就利用這個特性 把不 導向飛行 如日行性的昆蟲以太陽為導航的光

45 利用超音波使孑孓體內產生氣泡而死亡 吸入式燈光誘捕器 源 夜行性則以月光導航 但自從人類利用火 電擊 電捕蚊燈是利用昆蟲的趨光性原 燈為光源後 昆蟲也會藉由火光燈光發出的光 理設計而成 由紫外線燈管和數倍壓整流電 線 以 80 度角切線朝著光源飛去 人們因此設 路組成 當蚊蟲受到捕蚊燈的燈光誘引飛入 計一些自動捕捉裝置 如在風扇頂端裝設黑燈管 捕蚊燈時 觸動高壓電擊網造成兩極間高壓 引誘昆蟲 在風扇下方接裝網袋 利用風的吸力 放電產生電弧火花 短路 利用短路瞬間 把誘引來的飛蟲吸入網袋內 電擊方式擊斃蚊蟲 這方法在居家使用時要 在水稻田中 這種裝置用來偵測二化螟 注意遠離瓦斯 如陽台熱水器 客廳茶車及 三化螟 瘤野螟 褐飛蝨 斑飛蝨 黑尾葉蟬 廚房 另外 電捕蚊燈不適用於穀倉 畜倉 等鱗翅目 以及同翅目害蟲的棲群動態 做為 以及具粉塵之類的場所 以免引發火災 害蟲發生預報的參考 另外 也應用在港口 榖倉 倉儲庫內 監測榖蛾 麥蛾 外米綴蛾 蟲蟲戰爭無止息 榖蠹等倉庫害蟲 反光帶或光碟片 懸掛反光帶 塑膠條或 從以上介紹的各種防蟲法 可以發現 光碟片 在風刮時發出瞬間炫光 可以驅嚇某 先人早就想出各種保護農作不被害蟲危害 些昆蟲如薊馬 另外 利用銀色塑膠膜鋪設在 的簡易有效方法 某些物理防治方法 其 畦面產生反光 可阻止有翅蚜蟲降落作物田 實是農民在田間長期觀察以後 針對害蟲 避免傳播植物毒素病 的行為及習性所開發的 既省錢又方便 輻射照射 利用鈷 60 銫 137 伽馬 射線及 X 光照射處理 可使生物體基因突變 而隨著科技發達 較新穎的方法也會陸續 發展出來 死亡或失去生殖能力 如劑量在 KG 人類與有害農作昆蟲的戰爭終究是無 之間 可使東方果實蠅 蘋果蠹蛾等不孕或死 止息的 因此應隨時創新構想 使農作物 亡 雖然操作簡便 快速有效且不影響品質 因蟲害的損失降到最低程度 但設備及技術受到管制且成本較高 超音波 利用超音波能量轉化為孑孓氣管 的諧振頻率 發射進入水中造成孑孓氣管組織破 裂 血腔產生氣泡 並破壞內部組織 使幼蟲麻 唐立正 中興大學昆蟲學系 痺無法活動 沉入水底死亡 43

46 一般報導 X 光劑量 對健康的影響 在發現和利用 X 光輻射的初期 由於不了解輻射對生物所引起的效應 而發生不同程度的輻射反應或輻射損傷 嚴重的甚至死亡 從此研發人員開始研究 X 光輻射生物學 以及了解輻射防護的必要性 楊界雄 曾千容 X 光輻射在醫療上的用途為人所熟知 它可以協助醫 生診斷及治療多種疾病 在發現和利用 X 光輻射的初期 由於不了解輻射對生物所引起的效應 且欠缺輻射防護的 知識 致使某些從事放射工作的人員和一些接受輻射治療 的病人 曾因受到較大劑量照射 而發生不同程度的輻射 反應或輻射損傷 嚴重的甚至死亡 從此研發人員開始研 究 X 光輻射生物學 以及了解輻射防護的必要性 大部分的人可能都有照胸部 牙齒 骨頭 X 光的經 驗 因此對以下輻射劑量學中的各種名詞及單位應該有基 本的認識 暴露量 定義是每單位質量的乾空氣與 X 或 γ 射線作用所產 生的正或負電荷量 其傳統單位是 侖琴 Roentgen, R 使 1 公斤乾空氣產生 庫倫電量是 1 R 國際單 位則使用 [C / Kg] 1 R C / Kg 侖琴是目前最古老的輻射劑量單位 顯示輻射使空氣 游離的量 用來紀念 X 光的發現者侖琴 Wilhelm Conrad Roentgen, 一般來說 單位暴露量等同於在 生物組織中所造成的單位等效吸收劑量 其最早單位是侖 目 rem, Roentgen equivalent in man 44 X 光輻射可以協助醫生診斷及治療 多種疾病 圖片來源 種子發

47 克馬 吸收輻射劑量的多寡 和輻射線的強 又譯為比釋動能 定義是 不帶電或間 接游離輻射時 每單位質量 m 的物質釋出 的所有荷電游離粒子的初期動能的和 Etr 又稱為能量轉移 以 K detr / dm 表示 其 國際單位以 [J / kg] 表示 度與種類 射源的距離 接觸輻射線時間 的長短 屏蔽材質與厚度 吸收物質的種 類等有關 等價劑量 克馬與通量 質能轉移係數的關係如下 K ΦE μtr 吸收劑量率與放射源種類 對生物的 輻射防護沒有任何指標作用 必須考慮到 ρ 其對生物的影響性 也就是不同種類的輻 射照射到人體的組織或器官時 即使人體 式中 Φ 是通量 是通過單位球體截面積 的粒子數 E 是能量 μtr ρ 是質能轉移係 組織有相同的吸收劑量 卻會造成不同程 度傷害的現象 數 克馬在輻射劑量偵測上是一有用的觀念 它容易計算 但不易度量 近年來 實用劑量 測定術有以空氣碰撞克馬代替暴露量的趨勢 為此 國際放射防護委員會 International Commission on Radiological Protection, ICRP 針對不同種類的輻射訂出輻射加 權因數 代表不同輻射對人體組織造成的 吸收劑量 不同程度的生物傷害 而ICRP 60與ICRP 定義是單位質量物質 m 吸收輻射的平 均能量 Ea 以D dea / dm表示 單位是戈 雷 Gray, Gy 1Gy 1 J / kg 100 rad 是目 103分別是1991年與2007年所訂定的輻射 加權因數 等價劑量 HT 是人體組織的吸收劑 前吸收劑量的國際專用單位 用以取代較早 量乘上輻射加權因數 以 HT D WR 表 的單位雷得 示 它已含有輻射對組織器官傷害的意義 輻射種類 光子 電子 中子 < 10 kev kev 100 kev 2 MeV 2 20 MeV > 20 MeV 質子 阿伐 重核粒子 ICRP 60 ICRP 不同能量中子的輻射加權因數 WR 15 B 10 A C 5 如右圖 E - 6 1E - 5 1E - 4 1E Neutron energy / MeV ,000 A ICRP - 60 建議的 WR 值 B ICRP 1990 連續函數 C ICRP 2007 新建議連續函數 國際放射防護委員會 ICRP 針對不同種類的輻射訂出輻射加權因數 代表不同輻射對人體組織造成的不同程 度的生物傷害 而 ICRP 60 與 ICRP 103 分別是 1991 年與 2007 年所訂定的輻射加權因數 資料來源 國際放 射防護委員會 45

48 一般報導 由於人體各組織器官對輻射的敏感度不同 因此雖各接受相同的等價劑量 但是造成的健康損失 也就是罹患癌症或不良遺傳的機率風險卻不同 其使用單位是 西弗 Sievert, Sv 1 Sv 1 J / kg 100 R 西弗是目前等效劑量的國際專用單位 SI unit 等同於 100 侖目 用以取代較 早的單位侖目 rem 有效劑量 各組織器官的 WT 值 器官或組織 ICRP 26 ICRP 60 ICRP 103 生殖腺 紅骨髓 肺 不同 因此雖各接受相同的等價劑量 但是 乳腺 造成的健康損失 也就是罹患癌症或不良遺 肝 傳的機率風險卻不同 也就是說 不同的器 食道 官組織 照射相同的輻射量所造成的傷害不 甲狀腺 同 因此又訂出 組織加權因數 WT 皮膚 代表各組織器官接受輻射對健康損失的機 骨表面 率 這值也是由 ICRP 訂定的 ICRP 曾在 腦 WT 值 即 ICRP 26 西元 1977 年 ICRP 年 和 ICRP 103 西元 2007 年 唾液線 其他 胃 膀胱 結腸 由於人體各組織器官對輻射的敏感度 不 同 時 間 和 2007 年 更 新 資料來源 國際放射防護委員會 HE 的定義是把各組織器官的等價劑量 HT 與加權因數的乘積再加以總和 表 有效劑量是針對癌症發生率 癌症死 示為 HE Σ HT WT HE 代表全身 亡率 壽命縮短和遺傳風險而訂定出的一 的輻射劑量 用來評估輻射導致失去健康 個單一數字 做為衡量輻射損害的標準 的風險 單位也是西弗 Sv 但各種組織器官受輻射所產生的癌症發生 在輻射防護學上 ICRP 對各種組織器 率 死 亡 率 造 成 的 壽 命 減 短 遺 傳 的 風 官受放射性輻射的影響 提供了一個計算 險所占的比率 卻是根據 ICRP 成員主觀的 輻射劑量總和的概念 也就是上面所說的 決定而制定的 沒有客觀的標準 有效劑量 我們可以發現 不同年分中各 種人體組織器官的 WT 值並不是一個固定 46 以差異最大的生殖腺和乳腺的 WT 值來 看 曾有學者指出在 1991 年到 2007 年 乳腺 的值 而是由 ICRP 成員在不同年分開會決 的 WT 值從 0.05 上升到 0.12 不是因為在這 定的 因此近幾年有不少有效劑量的議題 幾年中了解到輻射誘發乳癌的關係 而是因為 也討論有效劑量在放射診斷學中是否是一 在 2007 年 ICRP 委員會決定著重於癌症的發 個有用的概念 生率而不是癌症的死亡率 才會有所改變

49 有效劑量的概念廣泛運用在幫助醫生及病患評估何種檢測技術與 成像方式能夠有較低的輻射劑量 以達到風險較低的輻射防護 根據研究顯示 不僅僅是組織器官 不 同年齡 不同性別在相同的輻射照射下造成 的風險也不同 但由 ICRP 訂定出的 WT 值 是由不同年齡性別平均得到的 只有單一的 數字可供參考 沒有辦法反映出個別患者的 風險 因此許多學者認為需要進一步改進 另外 在細節上 不管是中文名稱或 英文名稱 有效劑量 effective dose 容易 與 等 價 劑 量 equivalent dose 吸 收 劑 量 absorbed dose 混淆 也在很多文獻中統 稱為劑量 容易產生誤解 而且有效劑量 ICRP 26 ICRP ICRP 103 生殖腺 乳腺 生殖腺與乳腺的組織加權因數在不同年分的變化 資料來源 David J. Brenner, Columbia University, New York 本意是衡量放射性損害風險的程度 卻採 用單位 Sv 也不易被人理解 0.1 mgy 的暴露量下 每 10 萬人會有多少人 死亡 從定義式來看 有效風險的計算方式 有效風險 基於以上幾種原因 專家學者近年來提 出了另一個衡量劑量風險的名詞 希望用來 取代有效劑量 稱為 有效風險 目的就 是改善上述所說的問題 並且讓不管是醫療 人員 從事放射性工作的人員 甚至一般的 與有效劑量相同 因此在計算上相當容易 雖然有效劑量有許多問題 但還是目 前醫療上量化輻射劑量與互相溝通的重要 標準 在患者接受 X 射線或放射性核素的 診斷時 可針對可能會吸收多少輻射進行 劑量的比較 因此有效劑量仍廣泛運用在 普通大眾 對劑量風險的了解能更有感覺 幫助醫生及病患評估何種檢測技術與成像 而不只是一個冰冷的數字而已 方式能夠有較低的輻射劑量 以達到風險 所謂的有效風險 其實與有效劑量的 較低的輻射防護 未來 ICRP 會不會參考有 計算方式差異不大 都是為了總結所有組織 效風險的建議 有效劑量又會有什麼樣的 器官的劑量 不同的地方在於加權因數的部 變化 或是有更科學的計量方式 都是很 分 有效劑量的組織加權因數是由 ICRP 委 有趣的課題 員會所產生 而這邊提出的有效風險的加權 因數 是根據實際流行病理學為基礎的癌症 風險 消除了 ICRP 委員會的主觀影響 R 的定義是 R Σ HT RT 其中 HT 是在放射線照射下組織或器官 T 的等 價劑量 與有效劑量公式中的 HT 相同 而 RT 代表不同年齡 不同性別 不同組織造 楊界雄 交通大學光電學院影像與生醫光電研究所 曾千容 交通大學光電學院照明與能源光電研究所 成一生中癌症發生率的風險係數 單位是在 47

50 一般報導 實驗室裡看地球 固體地球是指地表至地心的部分 但不包含海洋 本文就從 固體地球 著眼 討論另類的地球科學 龔慧貞 要了解的問題 為什麼地質學家要到野外探查某地方 有什麼樣的岩石或礦物 原因之一是想知 道這些物質的化學成分 地球表面分布著 許多不同的岩石 如火成岩就又有超基性 岩 基性岩 中性岩及酸性岩的分別 以 我們居住的整個地球來說 到底是由什麼 物質所組成的呢 眾所皆知 台灣 日本大部分的地震 是因板塊移動而互相碰撞 擠壓所造成的 但板塊為什麼會移動 地球磁極有反轉的紀錄 即地磁的南 北兩極正好相反 更有意思的是 地磁反 轉的期間相對於地球年齡的 46 億年 至多 幾千年而已 可說是極短 近年又有報導 地球的南北磁極分別在南北極附近 以不 同的速度漂移 而且地球磁場在過去的 160 年裡強度下降了 10 為什麼地球的磁場 有如此的反應與變化 地球磁場是如何形 成的呢 真的有一根大磁棒通過地球嗎 地球表面分布著許多不同的岩石 圖片來源 種子發 磁極反轉如何在 短 時間內發生 隨著科學的進步 得以應用不同方法及儀器來了解地球 大至整個行星體尺度 小至原子尺度 48

51 地 球 科 學 家 以 一 種 間 接 方 法, 結 合 了 地 質 科 學 地 球 物 理 及 大 地 測 量 三 者 來 建 立 現 行 地 球 化 學 成 分 的 模 型 瞎 子 摸 象 如 何 研 究 300 認 識 整 個 地 球 19 Filippo Cecchi

52 一般報導 1950 年代 哈佛大學的柏奇 Francis Birch 以高壓實驗的方法結合地球物理觀 測 認為地球內部是層狀結構 並解釋地 球內部的可能成分 在地函的區域應是以 矽酸鹽為主的礦物相 地核則可能是以結 晶及熔融的鐵鎳合金與少量的輕元素 可 能是 S Si O 等 所組成的 往 後 幾 十 年 間 地 球 科 學 家 多 著 重 在地函成分的探討 其岩石學模型主要有 兩種 一是由澳洲地球化學家林伍德 T. Ringwood 所提出 富含輝石及橄欖石相 澎湖的玄武岩及橄欖岩 圖片來源 楊懷仁 礦物的輝橄石 另一則是由美國地球物理學 家安德生 D. L. Anderson 及礦物物理學家 貝斯 J. Bass 共同提出富含輝石及柘榴子 石相礦物的榴輝岩 而到底是何種 輕 元 素存在於地核中 因實驗條件不易達到地核 光源 如從波長極短的 X 光至較長的紅外光 的壓力與溫度 所以尚未有定論 來測量地球物質的化學成分或物理性質 同步輻射則可提供以上的工作波長且高 實驗室裡的研究 從以上敘述可了解地球科學研究除了 野外觀測與標樣外 實驗室內的工作也占 了很大部分 尤其近幾十年來地球科學愈 趨向於從不同的方向尋求答案 所以地球 科學家得使用許多不同的技術或與不同領 域的科學家合作來達到目的 就以柏奇來 物質在地球內的行為有更深入的了解 有些 同步輻射設施甚至設立地球科學專屬的光束 線 如芝加哥先進光子源實驗室的地質環境 光束線 這光束線上共有 5 個工作站 有結 晶學 光譜學 化學及高壓研究的各國科學 家在一起做研究 說 其實他是在物理系完成博士學位的 地球科學除了受惠於實驗設施的進步 只是在他當博士生時 擅長高壓研究的指 外 也 因 與 不 同 領 域 科 學 家 交 流 而 帶 來 不 導教授布立基曼 Percy Bridgman 與地質 同 的 研 究 視 野 以 法 國 波 希 耶 Jean-Paul 系教授合作 要他主導探討地球礦物在高 Poirier 教授為例 他年輕時是以穿透式電子 壓下物理性質的計畫 結果帶給地球科學 顯微鏡研究材料的潛變行為為本業 後來把 界對地球內部研究很大的突破 從此高壓 他這方面的知識應用來解釋地函重要礦物相 研究也成為研究地球科學的重要方法 的相變機制 地球物質的形變 和地球物理 另外 對地球科學研究影響甚巨的實驗 50 強度的電磁波 量測更快速準確 使我們對 觀測的結果 設施之一就是同步輻射 許多檢驗地質岩石 當然也有從地球科學的研究跨足其他領 及礦物的儀器是用不同波長的電磁波為檢驗 域的 如中研院毛河光院士 臺灣大學地質

53 X 光束線 X光束線 a b X 光設施的比較 a 實驗室 X 光機 樣品空間頂多是電腦滑鼠 藍色物體 般大小 b 同步輻射設施 工作站可置入大型壓力機 如日本 SPring8 同步輻射中心的高壓實驗站 圖中箭頭所指是 X 光源 系畢業 羅徹斯特大學博士 後來在華盛 頓的地球物理實驗室工作 以高壓實驗研 究物質在地球內部 高溫及高壓環境 的 行為聞名 繼而把他的研究伸展至行星科 學 材料及物理領域 如何解釋地質現象 固體地球研究是結合不同學科研究地 球物質 進而了解其性質如何影響人類所 a 觀察到的地質現象 譬如寶石 大都以其光彩奪目的顏色 著稱 但是什麼原因造成吸引人的顏色 如大家熟悉的彩鑽 紅寶石或藍寶石 這 些高價的寶石其實基本化學組成都很簡單 就是碳 鑽石 和氧化鋁 紅寶石 藍寶 石 當它們是很純的碳或氧化鋁完美單晶 時 都是透明無色的 會有光彩奪目的顏 色 其實是這些晶體中帶有雜質或其中含 有局部的不完美晶體結構所致 前者是晶 場效應 後者是色心現象 以上現象的解 釋都牽涉到物理學的應用 含有磁性礦物的岩樣顯示 在地球有 固化的岩石後好幾十億年間 地磁的方向 b a 鈉鋰電氣石 中心紅色是因為鋰離子富集 而周圍微綠透光圈是因為鈉鋰離子富集 這種電氣 石因為外圈是綠色而內部呈紅色 類似西瓜的外綠 內紅而在寶石界稱為 西瓜璧璽 b 螢石 晶 體的紫色圈成因未明 可能是因為稀土離子取代鈣 離子在結晶格上的位置 圖片來源 黃克俊 51

54 一般報導 數學 物理及電腦模擬的結合 對人類在有限的生命時間尺度下探討長尺度的地質事件有很大的幫助 52 已南北倒轉好幾百次 而人的平均壽命才 雖有了理論基礎 但科學家仍需解釋這 約 80 年而已 因此不可能活著見證或親自 自發性行為的機制 和為什麼磁極會因時間 研究地磁歷經幾千年間的反轉事件 而不斷地反轉 21 世紀初 因累積相當的 地球的磁場如何產生的 現在一般接 地磁觀測資料及利用超級電腦來模擬地球發 受的理論是 地球發電機 是物理學家艾 電機的行為 包括下一次的反轉事件 這種 爾 薩 Walter M. Elsasser 在 1940 年 代 提 數學 物理及電腦模擬的結合 對人類在有 出的數學模型 描寫地球液態外核的對流 限的生命時間尺度下探討長尺度的地質事件 所產生流體運動的反饋機制而引發 自發 有很大的幫助 性 的發電機 以白話來說 就是地球擁 由於地球的行為都被地球物質的物理 有含鐵的熔融外核 因地球自轉造成的科 化學性質所控制 1990 年後 地球科學家 氏力而在地核部分引發電流和磁場 引進以理論計算方法來驗證地球科學家的

55 a Mg Si O b c 矽酸鎂 MgSiO3 輝石成分在地球不同深度的結晶結構 a 輝石的矽氧四面體構成的直鏈狀結構 b 鈣鈦礦結構 c 鈣銥酸鹽結構 輝石結構只能穩定存在於地底深度大概 300 公里以上 當矽酸鎂輝石成 分被加壓到相當於 670 公里深度時 會形成矽氧八面體以三維空間架構組成的鈣鈦礦結構 這種結構到了 大概 2,700 公里深度時 其矽氧八面體轉變成層狀結構 以上圖示都修改自網路圖案 實驗觀察 甚至用來預測在實驗條件無法 或難以達成的狀態 如地下 2,000 公里以下 深度 下的地球物質物化性質 譬如在地 函與地核交界處有一層厚度 公 里不一的 D 層 地震波資料顯示 這層與 地函物質的性質非常不同 到底是什麼樣 的物質一直困惑著地球科學界 2004 年 日本人先以實驗把地表常見 的直輝石成分 MgSiO3 加壓加溫至相當 CaIrO3 結構相同 再進一步計算具鈣 銥酸結構的 MgSiO3 物質的物理特性 發 現可解釋 D 層的地球物理觀察 這發現 促成我們對地球內部構造及成分有更進一 步的了解 以上粗略介紹不同於一般人印象中的 地球科學 而這些議題最後都解釋了我們 在地球表面所見到的地質現象 而能了解 地球更多的祕密 D 層 的 深 度 狀 態 125 萬 大 氣 壓 力 攝 氏 2,200 度 相 當 於 地 下 深 度 2,700 公 里 處 發現其結構轉變成有別於地表的輝 石結構 或在地函的深度應轉變成的鈣鈦 礦結構 這就是在 第一原理計算 方法 龔慧貞 成功大學地球科學系 的幫助下 解出這未知的結構與鈣銥酸鹽 53

56 一般報導 民航客貨機 飛行動力的演進 民航客貨機能在空中飛行是靠發動機的動力 發動機是以引擎為主體再加裝各種零組件所組成的 啟動發動機 配合飛機上翼面所產生的升力 就可翱翔於天空了 吳浴沂 民航客貨機發動機的動力發展過程分為兩個時期 汽缸 空氣和燃油在汽 缸內被壓縮和點火燃燒 以活塞為引擎動力 以活塞為動力的引擎稱為活塞式引擎 是由活塞 在汽缸壁內來回運動而產生動力的引擎 因此又稱為 往復式引擎 活塞式發動機分為裝置於小型飛機的對立式活塞 式發動機 以及裝置於中 大型飛機的輻射式活塞式 發動機兩類 進 氣 門 進空氣用 排 氣 門 排廢氣用 對立式活塞式引擎的編號以右方的汽缸為單數 最後方的汽缸是第一缸 而左方的汽缸是雙數 依序 從後向前數之 引擎的汽缸共有 4 個 6 個和 8 個 3 種 輻射式活塞式引擎最常使用的是單排汽缸和雙排 汽缸兩種 以往曾經發展到四排汽缸 但因為不實用 而遭淘汰 單排的輻射式活塞式引擎的編號以最上方的汽缸 為第 1 缸 依順時鐘方向分別是第 2 第 3 第 9 缸 有 3 個 5 個 7 個和 9 個汽缸的 4 種引擎 最早且最 實用的是 5 個汽缸的引擎 但是最常使用的是 7 個和 9 個汽缸的引擎 54 活塞 汽缸壁 內來回運動而 產生動力 連桿 連接 曲軸和活塞 曲軸 把活塞的直線 運動轉變成旋轉運動 往復式活塞引擎的零組件及其功能

57 對立式汽缸編號 Opposed 對立式活塞引擎 輻射式活塞引擎 單排輻射式汽缸編號 雙排輻射式汽缸編號 對立式活塞引擎及其汽缸編號 輻射式活塞引擎及其汽缸編號 由左至右 雙排的輻射式活塞式引擎的編號以後 排為單數 前排是雙數 後排最上方的汽 缸是第一缸 依順時鐘方向依序數之 最 燃燒 間歇性的 常使用的是 14 個汽缸 每排 7 個汽缸 空氣 燃油進氣 和 18 個汽缸 每排 9 個汽缸 兩種引擎 大部分飛機所裝置的活塞式發動機是 擎上所有的汽缸在曲軸旋轉兩轉 720 時會完成 4 個衝程的循環 四 衝 程 循 環 即 進 氣 壓 縮 動 力 和 排氣 4 個作用 但在壓縮衝程的後期 在 活塞達上死點之前若干度就點火燃燒燃油 壓縮 汽缸壓力 屬於氣冷式的四衝程循環式的引擎 即引 壓縮 動力 P 點火 A D 下死點 燃燒 上死點 排氣 排氣 進氣 最高 壓力 B C E BC I TC BC 活塞行程 活塞和氣門在汽缸內四衝程中的動作變化 和空氣的混合氣 等活塞到達上死點時 混合氣已完全燃燒而產生最大的壓力把活 在發現無法藉氣缸數的增加以增強發 塞往下推 因此在四衝程循環中發生了進 動機的動力時 航空工程師設計了一部內 氣 壓縮 點火 動力和排氣 5 件事 稱 裝有離心式葉輪的增壓器 把它裝置在氣 為了讓早期活塞式發動機的動力增 氣 經加壓後注入氣缸內以增加動力 雖 加 以加快飛機的飛行速度和加高飛行高 然改進的效果很好 仍然無法滿足人們要 為 four-stroke five - event cycle 度 必須增加發動機的氣缸數 但負擔推 缸的上方 在它轉動時可以吸進更多的空 求飛機飛得更快且更高的欲望 動活塞在氣缸內來回動作的曲軸的設計和 製造技術卻遭遇到困難 工程師也發現當 飛機飛得太高時 氣缸會有氣鎖現象 而 以渦輪為引擎動力 在人們強烈要求飛機能夠飛得更快且 且螺旋槳的轉速每分鐘超過 2,000 轉時會使 更高的同時 航空工程師改變了設計的構 飛機發生失速的現象 很顯然地 欲使活 思 採用渦輪做為引擎動力的來源 由此 塞式發動機動力增加的努力遇到了瓶頸 進入了另一個輝煌的時期 55

58 一般報導 在渦輪式引擎剛發展時 是先以大型 a 的離心式葉輪做為壓縮器 把空氣由轉動 的壓縮器吸入 經葉輪的增壓送入燃燒室 與燃油混合而點火燃燒 燃氣流從排氣管 口排出而產生推力 這一型的壓縮器稱為 離心式壓縮器 離心式壓縮器包括增壓器的葉輪和擴 散器兩部分 有下列 3 種型式 單向單級 離心式壓縮器 雙向單級離心式壓縮器 葉輪 擴散器 壓縮器歧管 b 可以增加雙倍的進氣量 單向雙級離心式 壓縮器 較常用的是單向單級離心式壓縮器 和雙向單級離心式壓縮器兩型 單向雙級 離心式壓縮器雖然具有兩具葉輪可以產生 c 增壓作用 空氣流向卻須經過好幾個將近 90 的轉彎 損失了很大的能量後才能送入 燃燒室跟燃油混合而點火燃燒 因此總體 分析的結果對於動力的增強並不理想 由於離心式的壓縮器對於引擎動力的 a 單向單級離心式壓縮器 b 雙向單級離心 式壓縮器 c 單向雙級離心式壓縮器 提升並不十分理想 因此又發展出一種軸 流式的壓縮器 這種壓縮器是由轉子組和 進氣 壓縮 燃燒 連續性的 燃燒 排氣 定子組所組成 空氣被轉動的轉子組吸入 並增壓 流向是平行於引擎的轉動軸的方 向 然後被輸送至燃燒室跟燃油混 合而點 火燃燒 因此稱為軸流式的壓縮器 最初發展出來的渦輪噴射引擎是單軸 B 式的 基本型式包括壓縮器 燃燒室 渦 燃燒 C 輪和噴射噴口 4 大部分 因為渦輪噴射引 比 引擎所產生的推力又和壓縮器的壓縮 排氣 壓力 擎的壓縮比和壓縮器內轉子組的級數成正 比成正比 因此為了增加引擎的推力 勢 必要大量增加壓縮器內轉子組的級數 壓縮 體積 引擎的啟動是由起動機帶動壓縮器先 行轉動的 當壓縮器內轉子組的級數大量 56 進氣 A 軸流式壓縮器 D

59 a 壓縮器 b 低壓壓縮器 燃燒室 燃燒室 渦輪 N2 高轉速的渦輪 噴射 噴口 高壓壓縮器 噴射噴口 N1 低轉速的渦輪 a 單軸式渦輪噴射引擎 b 雙軸式壓縮器引擎 複式 雙軸 壓縮器 風扇 低壓壓縮器 低壓壓縮器 高壓壓縮器 高壓壓縮器 葉片內部做為壓縮器前 段 經過這部分的空氣通 過壓縮器 僅葉片的外端兼做為風扇 的葉片 經過的空氣全部 逸出機外 而不通過引擎 N1 N2 中間罩 風扇型渦輪引擎 增加時 壓縮器就會變得特別重 起動機 燃油消耗量和增加燃油使用效率的方法 因 的起動扭力負荷也就跟著加大 為了減輕 此航空工程師又設計了一具直徑比壓縮器內 起動機的起動扭力負荷 進而設計了雙軸 轉子組的直徑大的風扇 加裝在前面的低壓 流式的壓縮器 把壓縮器分成兩個部分 低速 壓縮器前方 與低壓 低速 壓縮 前面較重的是低壓 低速 壓縮器 而後 器有一樣的轉速 當引擎轉動時 風扇外端 面較輕的是高壓 高速 壓縮器 分別由 區吸入的空氣不經過引擎內部 而僅經過加 兩不同轉速的渦輪軸來帶動 以起動機來 壓就可逕行排出以產生額外的推力 這稱為 啟動後面較輕的高壓 高速 壓縮器 其 風扇型渦輪引擎 扭力負荷自然可以減輕 風扇型的渦輪引擎由風扇外端吸入的 在世界燃油價格節節上升之際 航空 空氣不經過引擎內部混合燃油點火燃燒 公司強烈感受到兩種壓力 即必須尋求降低 也不供作引擎內部冷卻之用 可以減少排 57

60 一般報導 140+ Inch fan Inch fan 將來的需求 推力 千磅單位 Inch fan X* MD -12* Inch fan 70 A330 A350* 問世年代 A300 A MD / 87 * 有可能發展 6 / 94 6 / 95 首問世 PW4000 扇型渦輪引擎 PW4000 系列扇型渦輪引擎在推力和風扇直徑的發展演進情形 氣噴口的排氣流速度 以減低噪音的程度 擎的前方 由低速壓縮器的轉軸經兩道減 和減少環境的汙染 因此非常符合航空公 速齒輪組的減速後的傳動軸帶動旋轉 因 司的需求且可以減低營運成本 目前已被 此稱它為渦輪螺旋槳式的引擎 世界各種新式巨型飛機廣泛裝用 因其除 渦輪螺旋槳式發動機的優點有下列 3 了上述優點外 更兼備有渦輪噴射發動機 點 螺旋槳可以在飛機起飛時 使大量的 的高空高速的能力 和渦輪螺旋槳發動機 空氣很快地加速而縮短起飛的時間和跑道 的良好操縱效率及大推力 的距離 這型式的引擎可以在飛機降落時 目前最大的風扇型渦輪引擎的推力已 在機輪著地的瞬間以螺旋槳反槳矩產生的 達 84,600 磅 風扇的直徑是 112 英寸 大 反向推力當煞車用 渦輪螺旋槳式的引擎 風扇的直徑和壓縮器內轉子組的直徑的旁 在低空和低速飛行時效率最好 而且在低 通比是 將來風扇型渦輪引擎的推 空飛行時燃油的消耗量最經濟 力可發展到 10 萬磅 風扇的直徑會是 但渦輪螺旋槳式發動機也有兩大限制 英寸 其旁通比將達 引擎的燃油 在正常巡航速度的範圍內 其推進效率大 消耗量會更節省 致沒有變動 無法如渦輪噴射式發動機和渦 在發展渦輪式引擎的初期 也把活塞 輪風扇式發動機般隨著空速的增加 而使推 式發動機所慣用的螺旋槳移置在渦輪式引 進效率迅速增加 螺旋槳在空中有其限制

61 a 螺旋槳 單式壓縮器 雙軸 減速齒輪組 b 燃氣發生器渦輪 燃燒室 動力渦輪 複式壓縮器 雙軸 動力渦輪 噴射噴口 螺旋槳 低壓壓縮器 噴射 噴口 燃燒室 高壓壓縮器 燃氣發生 器渦輪 減速齒輪組 a 單式渦輪螺旋槳式的引擎 b 複式渦輪螺旋槳式的引擎 a 幾萬轉的引擎轉數必須經過兩道減速齒輪組 的大量減速之後 才能傳到螺旋槳的每分鐘 2,000 轉的臨界轉速之下 否則飛機會有失 速的危險 以渦輪為引擎動力的發動機有下列 4 類 渦輪噴射式發動機 大部分裝置在軍 用飛機上 渦輪風扇式發動機 廣泛裝置 在各種新式巨型民航飛機上 渦輪螺旋槳式 發動機 大部分裝置在中 小型的民航飛 機上 渦輪軸式發動機 裝置在直昇機上 b a 渦輪扇型發動機裝置在飛機上的情 形 b 渦輪螺旋槳發動機裝置在飛機 上的情形 吳浴沂 永達技術學院航空機械工程系 59

62 一般報導 約會 浪漫的邂逅或危機四伏的陷阱 一般人對於性侵害的概念大多停留在陌生人的情境 對於由熟識者所犯下的 約會強暴 的認識仍相當不足 施俊名 國內近年來性侵害案件不斷地發生 使得強 暴 亂倫等性侵害的議題逐漸受到大眾的關注 然而 一般人對於性侵害的概念大多停留在陌生 人的情境 對於由熟識者所犯下的 約會強暴 date rape 的認識仍相當不足 事實上 性侵害不一定都是由陌生人所發動 的 相反地 大多數的加害者都是受害者所認識 甚至熟識的 例如家中的親戚長輩 工作上的伙 伴 學校的同學或男女朋友等 其中 發生在初次 約會或已建立感情基礎的情侶間非自願性的強迫性 約會強暴常發生在熟識的情侶或朋友之間 圖片來源 種子發 行為 就稱為 約會強暴 由於這時候發生的性行為並非願意且大都沒有採取保護措施 因此可能造成日後懷孕 性 傳染病 強暴後的傷害等後遺症 加上發生在熟識朋友之間 雙方較易以私下和解的方式處理 反而模糊了強暴的事實 使受害人陷於遭人誤解或懷疑的窘境 更帶給受害者二次傷害 約會強暴與性犯罪 弔詭的是 約會強暴很少被社會大眾認定是一種性犯罪 原因和一般人對性犯罪既定的 刻板印象有關 例如性侵害應該是持有武器的陌生人所為 通常發生在夜間與戶外 伴隨著 暴力及哭喊抵抗 有嚴重的外傷等 性侵害不一定都是由陌生人所發動的 相反地 大多數的加害者都是受害者所認識甚至熟識的 60

63 青少年前後期是異性交往最頻繁的時期 發生約會強暴的機會自然較多 圖片來源 種子發 相反地 約會強暴的加害者與受害者雙 方在事前就已認識 且可能建立良好甚或羅 曼蒂克的關係 加害過程幾乎不需使用武器 或暴力 而多憑藉著口頭脅迫或其他壓力 受害者缺乏 極力抵抗 的證據 如破裂的 心的 例如美國統計資料顯示 約會強暴 的盛行率約為 之間 國內一項針對 1,074 位女大學生的調查 結果也顯示 約 1 4 的受訪者表示曾遭受 性侵害或企圖性侵害 其中 45 認識加害 衣服或身體傷痕等 受害者基於情感上的糾 人 而 40 的加害人是被害人的男朋友或 葛 通常會延遲報案甚或不願報案 同儕 這顯示約會強暴亟需重視 上述非典型特徵可能暗示約會強暴並 非真正的性犯罪 也不會像被陌生人強暴 一樣傷痕纍纍 然而 不可抹滅的事實是 遭受約會強暴就如同被陌生人強暴一樣 在身心方面也會造成很大的傷害 例如創 傷後壓力症候群 焦慮或憂鬱 甚至國外 研究結果顯示有高達三分之一的女性被男 性強暴後曾企圖自殺尋短 約會強暴的盛行率 發生原因的分析 造成約會強暴的原因相當多 若就受 害者的特徵來說 青少年前後期是遭受性 侵害最危險的階段 加上這階段也是異性 交往最頻繁的時期 發生約會強暴的機會 自然較多 此外 小時候曾有被家暴或性 侵的歷史 長大後也比較容易淪為約會強 暴的受害者 由於受害者可能從這些經驗中學習到 雖然約會強暴早就存在於我們的社會 無力感 認定自己沒有能力閃躲這些情境 中 但因為很多受害者沒有報案 導致約 進而使他們難以辨識潛在強暴犯所透露的 會強暴一向是最少呈露的強暴形式 但若 警告訊號 或即使能識別這一訊號 卻不 考量其盛行率 會發現結果是令人觸目驚 知如何採取有利的行動 61

64 一般報導 性侵害倖存者有時也會展現讓約會伴 侶誤解的行為 例如表現出與年齡不符的 性趣或利用性行為來吸引對方注意 進而 造成約會強暴的再度發生 就加害者的特徵而言 通常持有強暴 偏差 暴力的態度 以及對男性或女性有較 傳統的性別刻板印象 而且這些態度存有明 顯的性別差異 例如男性可能有女人喜歡性 暴力 女性說 不 是故做矜持態 其實心 裡是 要 的迷思 此外 加害人的人格特 質通常是在家庭暴力頻繁 父親早逝或早離 等家庭中逐漸孕育而成 加害者早期的成長過程或有遭受性虐 待的創傷 或是童年時期被忽略 使其心性 發展受到阻礙 對自我評價較低 常感到沮 喪 在成人或同儕團體中容易害羞 不安 因而影響了他們日後的學校生活 工作狀 況 態度 以及社會關係 這些經驗也可能 使他們在成年後演變成為約會性暴力者 就情境特徵而言 發生在男性車內或 住所的性暴力是在女性住所的兩倍 探究 其原因可能與加害人的控制欲和他們的地 在音樂 酒精及情境氣氛的催化下 年輕朋友容易 降低自制力及防衛力 圖片來源 種子發 盤感有很大的關係 當受害者進入其勢力 範圍時 便會觸發加害人的控制欲望與性 負部分責任 甚至選擇自責是因為自己不 衝動 進而對受害人施予性暴力行為 理性的飲酒行為 而導致無法在約會情境 另外 飲酒與約會強暴間的關係 也是 中扮演好把關的角色 許多人關心的焦點 首先 飲酒可能會讓男 性覺得權力感提升 增加自己的性感魅力與 侵略性 其次 飲酒會讓男性對伴侶施加性 62 詮釋約會強暴的理論 暴力找到合理化的藉口 同時飲酒可能會減 造成約會強暴的原因錯綜複雜 須從 損女性知覺性侵害或做出即時的反應 進而 多層面的觀點來詮釋 其中第一項觀點認 減低抗拒性侵害的能力 最後 在約會過程 為個人會透過觀察模仿的歷程 例如觀看 中 飲酒的女性常被對方誤認為在性方面也 電視節目或影集 而學習到與 性 有 具有相當程度的接受度 關的暴力行為 但是這行為是否會被模仿 上述原因都可能讓自己暴露在約會強 內化 還是要看這行為是否受到進一步增 暴的極大危險中 不幸的是 這些受害人 強而定 例如同儕的鼓吹與比較會增強個 常被他人或自己認為應為強暴事件的發生 體既有的強暴迷思

65 左 飲料容易摻入不明藥物 成為性犯罪工具 右 避免飲用來路不明的飲料 第二項觀點則把有機體看成一個整體或 實上是 半推半就 順從了加害人的強暴行 系統來考量 而暴力的產生被認為是雙方過 為 然而 這種責備被害人的論點卻也間接 去學習的結果 也是一種因果互動的網絡關 扮演為性侵害推波助瀾的角色 使得加害人 係 基於這論點 約會強暴被認為雙方在暴 對自己的強暴行為找到合理化的藉口 力的互動下都有參與且從中獲得好處 這樣 第五項觀點認為遭受性侵的風險會隨 的關係才能夠維持 例如受害者不願承認朝 著接近施暴者出沒的場所而增加 甚至受 夕相處的枕邊愛人會傷害他 希望藉由遺忘 害者對這些情境的反應策略 積極抵抗或 暴力過程以維繫兩人感情 消極順從 都可能增加被性侵的機會 第三項觀點認為每個人天生就有犯罪 綜觀以上觀點 約會強暴的發生 加 的潛能 人之所以能不犯罪是因為外在環境 害者 受害者及環境因素三者缺一不可 如家庭結構 父母 師長 同儕等 及各 新近的觀點認為犯罪的發生是加害人與被 種的規範使然 例如從警察干預的正式社會 害人行為結合下的產物 而非單純只是加 控制 到親朋好友不歡迎的非正式社會控制 害人不良的動機或被害人不合適的行為反 例如依附的喪失 等 這些制裁都會提高 應所致 因此 縱使自己非加害者 每個 使用暴力的成本 因此個人若能與社會建立 人仍應對自己的行為負一些責任 起強而有力的連結時便不易犯罪 反之若家 庭 友儕或法律對個人缺乏有效的社會控制 時 則會增加其對約會對象施暴的可能性 避免約會強暴的做法 初次約會時應避免單獨赴約或前往對 第四項觀點主張強暴事件的發生風險會 方處所 儘量不要在初次約會時就單獨赴約 因為受害者表現出特定行為 例如個性比較 或讓對方接送 甚至進入對方的 勢力範 被動或過度順從 而增加 過去學者曾研究 圍 如車內或房內 除了很容易讓對方知 646 例強暴案件 發現為數不少的被害者事 道你的底線外 也輕易把控制權交給對方 63

66 一般報導 因此 當女性的肢體或語言所傳達的訊 息與心裡所想的不一致時 都很可能導致約 會強暴的發生 因此女性要特別注意所表現 出來的衣著 語調 姿態及眼神所散發出來 的訊息 不要讓約會伴侶產生絲毫誤解 堅定果決的個性 在暴力關係的發展 中 會先出現語言暴力 例如貶抑 輕視 潑冷水 打擊另一方的弱點 之後才是肢體 攻擊 通常是加害者缺乏安全感 不懂得用 愛把人留在身旁 而習慣使用破壞的方式來 控制另一方 這時的妳態度應堅定 下定決 心離開 以避免自己受到更多的傷害 由蛛絲馬跡辨識出危險情人的可能訊號 例如情緒 反應誇大或行為表現突然失序 避免接觸酒精或藥物 約會強暴幾乎都 與酒精或藥物有相當程度的關聯 在酒精或 藥物催化下 不僅容易讓人卸下心防 解除 戒心 也減少了抗拒性侵害的能力 此外 甚至觸發性暴力的詭雷 彼此保持安全距 飲酒的一方常被對方認為在性方面的接受度 離 是避免約會強暴的不二法則 較高 因此 約會時儘量避免自己和對方喝 避免由對方付錢 主動邀請對方約會 或讓對方付清約會的所有花費 可能會讓 64 酒 或至少使自己能清醒地回家 千萬不要 依賴對方或他人護送 徒增危險性 對方誤以為可以從你身上獲取等值商品 留意可能的預警訊號 雖然每個人都 而這商品通常是 性 要避免這種 以 有情緒起伏的時候 但如果在約會時感覺 物易物 的心態 約會時建議各付各的 對方反應與變化過於誇大 例如突然大吼 或安排約會時儘量不要有什麼花費 大叫或兇暴無理時 這時必須留意對方可 勿 傳 達 不 明 確 的 訊 息 約 會 強 暴 的 能具有暴力傾向 或者在您說不時 對方 發生 很多導因於約會雙方對於訊息理解 不予理會 這反應表示他做事前可能會不 的不一致 例如某些男性會誤以為女性說 管你的想法 當他想要 性 時 可能也 不 其實是說 要 這些男性相信女 會自己做決定 而不管你到底要不要 因 性拒絕進一步的性關係 是因為她們不想 此 留意可能的預警訊號 有助於防範約 對性活動表露出過多的欲望 認為如果女 會強暴的發生 性表露過多欲望 她們擔心會受到負面的 本文雖然從被害人 加害人與環境 3 個 評價 並且背離傳統女性對於性應採取被 層面探討促成約會強暴的可能因素 然而這 動角色的看法 男性也相信女性對性會採 些觀點並非為了譴責被害人 製造出強暴的 取象徵性的抵抗行為 並認為說服女性從 環境因素 而是希望藉此改變個人的某些 事性活動本來就是男人應做的工作 行為觀念 以便減少自己受害的可能性

67 施 俊 名 樹 德 科 技 大 學 人 類 性 學 研 究 所

68 一般報導 自行車界中的跑車 公路車 自行車的種類很多 其中公路車重量較輕 速度也比較快 稱得上是自行車界中的跑車 讓很多人著迷不已 公路車有什麼特殊的地方 為什麼速度較快 造價為什麼較高 以下就為您一一解密 盧昭蓉 公路自行車就是一般所謂的公路車 road bike 設計的主要目的是用來騎乘在一般的 公路上 特色是輕量化的車身 下彎的把手以減少騎士騎乘時的迎風面面積 來降低空氣阻 力 輪胎的寬度較細窄 光滑 採壓力較高的輪胎 以減少滾動摩擦所造成的阻力 沒有前 後避震器以減輕車身重量 但為了保持騎乘時的舒適性 大多會採用較吸震的材料 此外 為了提升速度及續航力 比賽用的公路車也沒有停車用的腳架 後照鏡 擋泥板 甚至沒有車鈴 以方便賽車騎士發揮最大的效率衝鋒前進 公路車的結構可概分為車架 操控與煞車 傳動與變速 輪組 座墊等幾大部分 依次 說明如下 車架 車架包含頭管 上管 下管 立管 前叉 後上叉 後下叉等 其尺寸是以立管的長度 來表示 即大齒盤的中心到上管與立管交會處的長度 騎士可以用自己的胯下長度乘 0.65 為 標準 來選擇最適合自己的車架長度 車架的重要性就好比是人體的骨骼 好的車架必須符合質輕 強度夠及高剛性 3 個條件 因為質輕 才會省力 強度夠才能保障車架在各種路況騎乘下 不會有彎曲斷裂的危險 剛 性高則力量傳動較佳 唯有如此才能讓騎士節省負荷 騎得更久 更快 更遠 也更安全 進而達到省力與快速的目標 66

69 座墊 龍頭 座弓 座管 頭管 上管 後上叉 上把 下把 座管束 煞車 煞車 立管 下管 前叉 飛輪 前變速器 後輪花鼓 中軸 後下叉 前輸花鼓 後變速器 氣嘴 大齒盤 公路車的結構可概分為車架 操控與煞車 傳動與變速 輪組 座墊等幾大部分 圖片來源 種子發 因此研發一個好的車架 必須經過各 鉻鉬鋼因加入微量的鉻 具耐腐蝕 種繁雜的設計與實驗 以在這 3 條件上取 抗銹 和防止高溫氧化的作用 加入鉬後 得最佳的平衡 並經過嚴格的考驗 才能 能提高鋼的強度 並可防止回火脆性 回 成為名副其實的好車架 火時容易產生材質變脆的現象 鉻鉬鋼還 公路車車架與零件的材質較常見的有 合金鋼 鋁合金 碳纖維 鈦合金等 合 可透過抽管加工 使車架管壁變薄以減輕 車身的重量 金鋼是傳統的車架材質 是車架中壽命最 鋁合金的特性是質輕 可塑性佳 耐 長的一種 重量也最重 常見的有碳鋼與 腐蝕 加入鎂 鋅 錫 銅等金屬 並透 鉻鉬鋼 碳鋼車架須採強度適中 塑性佳 過熱處理後的合金 便比合金鋼略輕 也 容易加工的低碳鋼 因為含碳量太高 會 較不易生銹 且剛性高不易變形 因此力 導致鋼脆 焊接性與延展性差等缺點 量傳動較佳 但也犧牲了舒適性 此外 67

70 一般報導 題 也沒有鋁合金車架不吸震和金屬疲勞 較大的現象 此外 它也沒有碳纖維側向 強度較弱的缺點 不過 由於鈦合金車架 的製程難度非常高 包括焊接技術的高難 度 因此價格始終居高不下 操控與煞車 操控部分主要由龍頭 把手及前叉所 組成 把手的主要功能就是平衡與轉向 碳纖維車架 碳纖維的特性是比鐵和鋁輕 目前國 際重大公路車比賽用車大多採用碳纖維材質 騎乘者可以透過操縱把手改變行駛方向並 保持車身平衡 一般而言 公路車的把手 寬度會比登山越野車窄 把手的尺寸大多 是 42 到 45 公分 鋁合金較易金屬疲勞 因此使用壽命不及 公路車在飆速太快時容易造成操控轉 合金鋼 且吸震力較差 長途騎乘時路感 向不良 尤其在下坡路段 更需在控車與 會較不舒適 煞車力道中取得平衡 煞車系統是用來控 碳纖維是由含碳量 90 以上的纖維所 制車速以達到減速或停車的目的 是可把 組成 雖然比人類的頭髮還細 強度卻可 動能轉換成摩擦熱的構造 煞車裝置包括 達鋼的 4 倍以上 碳纖維的特性是比鐵和 左右手 控制前後輪 煞車握桿 煞車夾 鋁輕 重量僅約為鐵的四分之一 這也是 器 煞車內線 煞車外管 煞車皮 煞車 為什麼目前國際重大公路車比賽用車 大 多採用碳纖維材質的原因 雖然碳纖維的成本不高 卻需經過非 常繁瑣的製作程序 包括從原絲的生產 碳 化 編織成布 經數百片不同的碳纖維布 以各種不同的角度高溫 高壓堆疊及塗上 樹脂固化等過程 最後才能呈現出一台質 煞車的種類一般有 C 夾 V 夾與碟煞 3 種 由於比賽用的公路車煞車多是減速 用 因此一般都使用作用行程較短 煞車 反應靈敏 重量較輕的 C 夾 當握住上把 煞車時 因為力矩較小 會造成煞車較無 輕 高剛性的公路車 但仍有側向強度較 力 所以一般在高速下坡時 應握住下把 弱的缺點 正因碳纖維研發的門檻很高 煞車 才會產生較大的煞車力矩 此外 因此並不是每家公司都有能力生產 而這 應避免在高速下急煞 因後輪急煞很容易 也是碳纖維車身價值不斐的原因之一 導致滑胎 前輪急煞則可能導致前空翻 鈦合金車架的剛性雖不如鋁合金 強 度也低於碳纖維 卻沒有鋼管車生銹的問 68 皮固定座等 且煞前輪時一定要注意讓臀部離開座墊 重心壓低後移才安全

71 煞車握桿 煞車外管 變速手把 煞車內線 煞車夾器 煞車皮 煞車皮固定座 煞車皮固定座 煞車構造圖 煞車系統是用來控制車速以達到減速或停車的目的 是可把動能轉換成摩擦熱的構造 傳動與變速 傳動與變速系統主要由踏板 曲柄 大 齒盤 中軸 又稱 BB : bottom bracket 鏈 條 飛輪及變速把手 變速內線 變速器外 管 前後變速器所組成 通常是左手控制前 變速器 右手控制後變速器 而變速的用意就是讓騎士可以根據不同的 路況 並配合自己的體力 調整最適合的 齒比 即齒輪比 使騎乘時更加舒適 目前常見的大齒盤有 1 3 片 而飛 輪的片數一般有 6 10 片 更高級的則有 11 片 大齒盤和飛輪每片都有一個一個 的凸出物 稱為 齒 英文是 tooth 當變速時 變速把手會操控變速線的 因此多以 T 代表 至於變速有幾段 則 鬆緊程度 以調整彈簧的拉開量 使鏈條 取決於前後大齒盤與飛輪的片數 例如前 移到所要的齒片上 傳動系統的功能是把 面大齒盤有 3 片齒片 後面飛輪有 10 片齒 腳踩踏板帶動曲柄的力量 透過鏈條傳送 片 便有 3 乘 10 共 30 段不同的變速選擇 到大齒盤與飛輪的齒片上 飛輪再藉由花 一般而言 公路車的大齒盤齒數間距可 鼓和鋼絲幅條帶動輪框及輪胎旋轉前進 分為標準盤 53 / 39 簡稱為 CT 盤 50 / 69

72 一般報導 前變速器 飛輪 曲柄 變速外管 變速內線 大齒輪 鏈條 後變速器 傳動與變速系統圖 34 的壓縮盤和三盤 53 / 39 / 30 3 種 以 10 段飛輪其中之一的齒數間距為例 分別是 11 / 12 / 13 / 14 / 15 / 17 / 19 / 21 / 24 / 28 T 輪框上 花鼓是位在輪框中心的圓筒狀零 件 負責輪組的旋轉並提供支撐 花鼓的 當 齒 比 調 整 為 較 大 時 雖 然 比 較 費 兩側內有軸承 可讓軸心旋轉順暢以減少 力 車 速 卻 較 快 例 如 當 大 齒 盤 53 齒 摩擦損耗 快拆則穿過花鼓中心 以固定 配 合 飛 輪 11 齒 時 齒 比 53 / 11 約 為 4.82 就表示當騎士踩 1 圈時 便會透過 後面的飛輪帶動輪子轉 4.82 圈的距離 原 則上適用於平地 當齒比調整為較小時 雖然比較省力 但是前進距離較短 例如 當大齒盤 39 齒配合飛輪 28 齒時 則齒比 39 / 28 約為 1.39 時 就表示當騎士踩 1 圈時 只能使輪子轉 1.39 圈的距離 通 常適用於上坡 如此便可透過搭配不同的 齒比 產生適當的動力以發揮各種路況下 的最佳組合 輪組 70 側有孔 方便以鋼絲頭把鋼絲幅條固定在 輪組於車架上 公路車的輪胎大致上分 需內胎的車胎 tube type 簡稱 TT 管胎 tubular 及 無 內 胎 的 車 胎 tubeless 簡 稱 TL 3 類 TT 由 於 生 產 的 技 術較 成 熟 因 此 價 格 便 宜 安 裝 也 容 易 當 輪 胎 有 異 物 刺 入時 若外胎損壞不嚴重 可不用更換 只 需 用 補 內 胎 的 補 胎 片 及 補 胎 膠 修 補 或直接更換新的內胎後再灌氣就可上路 不 過 為 安 全 起 見 還 是 直 接 更 換 新 的 內 胎 比 較 保 險 以 防 剛 補 胎 後 的 內 胎 禁 不起馬上又要承受長時間高壓的騎乘而 再度爆胎 輪組一般由花鼓 鋼絲幅條 鋼絲頭 TT 的 缺 點 是 若 輪 胎 被 刺 破 內 胎 中 輪框 快拆 氣嘴及輪胎所組成 輪框內 的氣體會瞬間洩氣 因此比較容易摔車

73 鋼絲幅條 輪框 花鼓 快拆 輪組一般由花鼓 鋼絲幅條 鋼絲頭 輪框 快拆 氣嘴及輪胎所組成 且因內外胎間的摩擦阻力導致轉動效能較 差 所以比較適合於休閒或業餘比賽使用 管胎需要搭配專用輪框 因把內外胎 結合在一起 所以沒有內外胎間摩擦阻力的 問題 若被刺破的洞不是很大 胎內的洩氣 速度也會較 TT 慢 相對而言比較安全 而 一旦刺破 則無法修補 且安裝過程也不如 TT 簡單 因須重新以管胎膠或專用雙面膠 把新的管胎黏合後 至少需等待一天以上 以便輪胎完全黏合輪圈後再使用才安全 由於管胎使用的橡膠材質較佳 且生 產過程多需經手工處理 無法做到自動化 生產 因此管胎是三者中價位最高的一種 無內胎的輪胎 TL 的特色是把裡面密封 的橡膠和外面的胎面膠一起成形於車胎模 座墊 座墊部分由座墊 座弓 座管及座管 束所組成 決定座墊的高度可說是公路車 設定中不可或缺的部分 因會影響騎士踩 踏板的伸展程度 若座墊太低 踩踏時腿 部的肌肉不能充分伸展 則無法有效率地 踩踏 容易使腿部疲勞 而座墊太高 會 降低踩踏時的力量 腿部肌肉會長期過度 伸展 易有腿部抽筋的危險 一般會以自己胯下的高度乘固定係數 如 或 決定座 墊高度 指的是座墊中間高點沿著立管到 中軸的中心距離 在決定座墊高度後 再 透過騎乘者個人的感覺微調 才可降低長 時間騎乘的疲勞與傷害 具內 它需透過外胎的胎唇直接勾住輪圈 此外 座墊也應保持水平 若座墊過 的上緣 因此必須配合專用的輪框 優點 於向上 會造成騎乘時不舒服 且可能壓 是胎體結構較強 防穿刺力比 TT 高 當胎 迫到神經 若座墊太向下 又會使身體向 體被刺穿時 洩氣速度較慢 但缺點與管 前傾而導致手臂承受過多重量 最後 座 胎一樣 是無法修補的 墊的前後位置也是影響踩踏施力的重要因 71

74 一般報導 要打造一部高性能公路車 從設計 研發 實驗 改良 檢測 騎士的評價 到實際比賽的驗證 每個階段都是一場嚴峻的考驗 素 如果座墊位置偏前 因大腿無法充分 誠如巨大公司董事長劉金標所說 開 向前伸展 會影響踩踏的效率 而且主要 車太快 走路太慢 只有自行車才能留住人 使用的只有大腿四頭肌為中心的腳部肌肉 生的美景 騎乘公路車不僅可以欣賞沿途 不適合長途騎乘 美景 還可同時享受馳騁飆速的快感 這正 座墊位置偏後時 會造成腳部過度向 是讓許多人對公路車如此熱愛的原因吧 前 無法順暢地踩踏而降低效能 但可以 在下坡時才把重心稍微向後移動 如此可 以讓騎乘時更加穩定 總而言之 要打造一部兼具質輕 強 度夠 高剛性 低風阻 甚至騎乘舒適的 高性能公路車 絕對沒有想像中簡單 從 設計 研發 實驗 改良 檢測 騎士的 評價 到實際比賽的驗證 每個階段都是 一場嚴峻的考驗 72 盧昭蓉 國立科學工藝博物館蒐藏研究組

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76 台灣 新發現 NSC-supported Research 神奇的 石墨烯海綿 范賢娟 石墨是由碳原子排列成六角形蜂巢 狀的平面薄膜層層堆疊而成 層與層之間 藉由凡得瓦力吸引 科學家早就好奇 是 否可以打破層與層之間的凡得瓦力 得到 單層的蜂巢狀結構呢 由於低維度結晶體 熱擾動的考量 科學家原本認定這種單層 的石墨結構只存在於理想中 無法實際存 在 於 真 實 世 界 但 2004 年 杰 姆 Andre Konstantin Geim 與諾沃謝洛夫 Konstantin Novoselov 利用膠帶黏著剝離的方法 逐 次薄化石墨片而得到單層的結構 也就是 理想單層碳原子排成六角蜂巢狀的 石墨 烯 厚度僅 0.34 奈米 單層的石墨烯是全世界最薄也是最堅 硬的奈米材料 透光性達 97.7 導熱係 油汙會造成生態浩劫 目前並沒有好的處理方式 戴 念華教授利用石墨烯疏水親油的特性輕易的自海上 吸收浮油 如果此技術能商品化 或許有助於這些油 汙的清理 回收 圖片來源 Flickr 用戶 P199 數比奈米碳管和金剛石都好 常溫下有很 高的電子遷移率 而電阻率比銅與銀都低 由於優越的電性 石墨烯有可能取代目前 以內 表現出石墨烯獨特的性質 就依照層 的矽材料 成為製作新世代場效電晶體的 數多寡 分別稱為單層石墨烯 雙層石墨烯 主要材料 最早製備出石墨烯的兩位學者 與多層石墨烯 也因此得到 2010 年諾貝爾物理獎 並為學 術界及工業界帶來一股新興的研究風潮 74 清華大學材料科學工程系戴念華教授原 本就從事奈米碳管的研究 而把單層的奈米 目前科學家提出多種製備石墨烯的方 碳管剖開就可得到單層的石墨烯 因此當石 法 而石墨烯也不限於單層的六角蜂巢狀 墨烯的研究興起時 他也轉而探討這種新興 平面薄膜 基本上只要能讓層數減到 10 層 材料的特性 以及在工業界的可能應用 戴

77 石墨烯是全世界最薄也是最堅硬的奈米材料 圖片來源 種子發 教授從文獻上注意到奈米碳管有疏水親油的 特徵 這在石墨烯上也存在嗎 這種特殊海綿可以吸收自身重量幾十 倍到上百倍的油或有機溶劑 戴教授覺得 經過測試 發現當材料表面塗上石墨烯 可以用來清除海面上的浮油 對環境保護 後 果然有疏水親油的特徵 戴教授認為這 有實質的幫助 而這種吸油海綿可以重複 是由於石墨烯的表面上有許多特殊的微米與 使用嗎 在把海綿擰乾擠出油時 塗布的 奈米尺度結構的凸出物 讓水滴在塗布面上 石墨烯也會脫離海綿骨架 造成海綿疏水 有比較小的接觸面積 石墨烯疏水的特性讓 親油特性的劣化 因此 戴教授在石墨烯 水在其表面上不容易散布開來而凝成球狀 表面塗布一層聚二甲基矽氧烷矽膠 把塗 這就是一般熟知的蓮葉效應 布的石墨烯固定在海綿骨架上 海綿擰乾 為了印證石墨烯疏水親油的特性 戴教 時石墨烯不會隨油流出 就可重複使用了 授把市售的一般海綿浸入含有石墨烯的溶液 中 把海綿烘乾後 原本的骨架上會附著許 多石墨烯 因而把吸油也吸水的海綿 轉變 為吸油不吸水的特殊海綿 當這種特殊海綿 靠近水面上的油漬時 瞬間就把油漬吸走 除了吸油不吸水的特性外 這種海綿也可吸 收在水中呈兩相分離的有機溶劑 經過這樣特殊處理的海綿具疏水性 不會吸水 吸入的液體以油類或有機溶劑 為主 吸入的油類或有機溶劑可以很容易 范賢娟 本刊特約文字編輯 回收使用或分離 75

78 台灣 新發現 NSC-supported Research 侵入性肺炎 克雷白氏桿菌症候群 1980 年 之 前 我 國 肝 膿 瘍 的 致 病 因 肺炎克雷白氏桿菌帶有厚莢膜 為了深入了 子主要是痢疾阿米巴原蟲引起的阿米巴肝 解致病菌的特性 張教授和國家衛生研究院 膿 瘍 1980 年 之 後 肺 炎 克 雷 白 氏 桿 菌 的蕭樑基研究員 臺北榮民總醫院的馮長風 Klebsiella pneumoniae 引起的肺炎克雷 教授合作研究 發現能夠進入腦部或眼內的 白氏桿菌肝膿瘍逐漸成為細菌性肝膿瘍的 肺炎克雷白氏桿菌 其莢膜抗原的血清型幾 主要致病原因 乎都是 K1 和 K2 這與國外的情況相當不 肺炎克雷白氏桿菌所引起的肝膿瘍 透過 X 光檢查時 經常可在橫膈膜下方發 同 血清型 K1 在國外相當少見 K2 則多 與酗酒引起的壞死性肺炎有關 現水氣分層膿瘍氣泡的影像 有些病患同 張教授持續探討致病機制 發現白血 時患有腦膜炎 部分病患還會併發眼內炎 球的吞噬能力和肺炎克雷白氏桿菌的致病 嚴重的甚至會失明 能力有關 白血球在人體的免疫機制中扮 過去教科書記載的典型細菌性肝化膿 多由大腸桿菌或其他厭氧菌所引起 其中約 的病患有潛在的肝膽結石 較少 演著重要的防禦角色 可透過吞噬作用抵 抗侵入人體的病菌 張教授指出 白血球吞噬血清型是 K1 看到轉移性病灶 而肺炎克雷白氏桿菌肝膿 和 K2 的肺炎克雷白氏桿菌能力較差 而若 瘍患者常見到細菌轉移至全身各處 在肺 病人患有第二型糖尿病且血糖控制不佳時 部 腦 眼睛 臀部等處都可能發現其蹤跡 白血球吞噬的能力會更差 這個現象可以 此外 只有 20 左右的病患同時患有肝膽 解釋為什麼肺炎克雷白氏桿菌肝膿瘍常見 結石 其他症狀有發燒 肝功能異常等 少 數人則有黃膽 較特殊的是 約有 60 的 病患也患有糖尿病 在 1980 年代 國防醫學院張峰義教授 就已注意到這種特殊病菌所引起的肝膿瘍案 例 他的研究團隊發現 能夠造成肝化膿的 76 李銘杰 於糖尿病病患 進一步製備 K1 及 K2 菌株 的 K 抗原或 O 抗原缺失突變株 評估其對 白血球吞噬作用的抵抗性及造成肝膿瘍的 能力後 印證了 K 抗原的關鍵角色 參 考 Siu, L.K. et al. Lancet Infect Dis ; 12 :

79 飲食習慣或居住地靠近海岸地區 可能改變腸道環境 而使體內特定桿菌過度滋長 圖片來源 種子發 STL43 STL43ΔmagA 事實上 人的身上常帶有肺炎克雷白 氏桿菌 這些桿菌平時停留在腸道中 是 什麼因素導致血清型是 K1 和 K2 的肺炎克 雷白氏桿菌在腸道中生長占優勢 並轉移 至肝臟和其他部位 張教授指出 抗生素 的使用和腸道中肺炎克雷白氏桿菌的滋長 0.5 µm 0.5 µm STL43ΔwcaG STL43ΔrfbP 有關 但無法完全解釋致病原因 此外 飲食習慣或居住地靠近海岸地區等 可能 改變腸道環境 進而導致 K1 和 K2 血清型 的肺炎克雷白氏桿菌過度滋長 這些猜測 仍需要更多的研究來佐證 0.5 µm 0.5 µm 肺炎克雷白氏桿菌的穿透式電子鏡圖 STL43 是 K1 野生株 具有厚的莢膜 而其莢膜多醣體同一 轉錄單位內的基因例如 maga wcag rfbp 的缺 失突變株 分別是 ΔmagA ΔwcaG ΔrfbP 都 無 法 合 成 莢 膜 圖 片 來 源 Yeh, K.M. et al. J. Infect Dis ; 201 : 李銘杰 本刊特約文字編輯 77

80 科技新知 王道還 神經系統與壽命 我們對於神經系統的功能 有一刻板印象 那就是 神經系統接收環境資訊 提供動 物規劃行動方案 但是最近十多年 科學家發現越來越多證據 感官接收到的資訊還有更 多用途 例如改變身體的生理平衡 調控老化機制 結果會影響壽命 例如雌雄同體的線蟲 全身一共有 302 個神經元 頭部有一對化感器 鼻孔 每一 個有 12 個神經元 其中 11 個專門偵測化學分子 味覺 嗅覺 另一個對溫度非常敏感 2004 年 美國加州大學舊金山校區的研究團隊以雷射破壞線蟲的化感器 就可延長壽命 1 3 以上 進一步分析 破壞某些味覺神經元 會減壽 其他則延壽 其機制與胰島素調 控有關 破壞嗅覺神經元也會影響壽命 但是涉及另一個機制 與生殖系統有關 他們的 結論是 線蟲壽命受神經元偵測到的環境因子的調控 2007 年 美國德州休士頓貝勒醫學院的研究團隊發表果蠅的實驗結果 由於科學家 早就發現減少果蠅每日攝取的熱量 可以延壽 貝勒團隊比較實驗組 減熱量組 與對照 組的基因組 發現氣味受體基因 推測有 62 個 受年齡與營養的影響非常大 於是他們 想知道食物的氣味 活酵母菌的氣味 對壽命的影響 實驗結果顯示 因限制熱量而延壽 的果蠅 要是能聞到活酵母菌的氣味 就會減壽 平均 10 要是讓那些果蠅吃酵母菌 泥 壽命會進一步縮短 要是破壞氣味受體基因 Or83b 的功能 即使不限制每日攝取熱量 雌性果蠅的壽命都會延長 56 雄性延壽的效果較小 總之 破壞這個基因的功能 會 改變新陳代謝模式 結果提升抗壓力 延長壽命 最近 美國密西根大學的團隊研究果蠅的味覺對生理的影響 研究標的是一個偵測水 的受體 ppk28 他們發現缺乏這一受體的果蠅 新陳代謝模式會改變 體內累積較多脂 肪與水 活得健康 壽命延長 同時 這種果蠅的一個相關的神經內分泌路徑也發生變化 要是直接操縱這一路徑 也能得到健康 長壽的結果 另一個研究是以小鼠做的 過去學者就發現 小鼠若缺乏偵測辣 椒素的痛覺受體 TRPV1 即使餵食脂肪含量 11 的食料 體重比較輕 體脂肪也比較少 現在美國加州 大學柏克萊校區講座教授狄林 Andrew Dillin 的研究團隊發現 缺乏 TRPV1 的小鼠壽 命較長 年老後身體的生理指標仍維持年輕時的水準 此外 那些小鼠體內的胰島素調控 機制也發生變化 結果是胰島的胰島素分泌不再受神經抑制 老化的徵狀之一就是胰島 素分泌量減少 因而血糖上升 參考資料 Waterson, M.J. et al. (2014) Water sensor ppk28 modulates Drosophila lifespan and physiology through AKH signaling. PNAS, 111, Steculorum, S.M. and J.C. Brüning (2014) Die another day : A painless path to longevity, Cell, 157,

81 以雷射刺激再生 大家對再生醫學的願景 是使心臟 肝臟 腎臟 腦子 等重要器官恢復生機 其實牙齒更值得注意 因為受折磨的 人更多 最近哈佛大學生物工程講座教授穆尼 David J. Mooney 的團隊以大鼠做實驗 證實低功率雷射可以在組織中製造活性 氧物種 ROS 啟動組織內現成的轉化生長因子 TGF -β1 促進組織再生 使牙齒幹細胞分化為生產象牙質的細胞 穆 尼團隊在實驗室中以同一種雷射刺激成人的齒髓幹細胞 能 使它們分化為造牙本質細胞 生成象牙質的細胞 過去與現在 牙醫師都以鑽補技術治療齲齒 不久之後 由再生醫學衍生的技術可能就會派上用場了 參 考 資 料 An enlightened approach, The Economist, May 將再生醫學技術運用在治療齲齒上 可取代現有的鑽補技術 圖片來源 種子發 , p.69. st 精子品質與壽命 不孕夫妻中 大約有 3 至 5 成是先生種的因 但是先進的生殖技術仍然可能協助這些男性享受 天倫之樂 不過 他們的生殖缺陷是否只是孤立的零件失常 而不是反映身體健康狀況的指標 就 不清楚了 在男人基因組中 涉及精子形成的基因有幾千個 因此非生殖因子導致精子異常的可能 性 並不容易排除 例如 DNA 修復機制故障 不止影響精子形成 也會提升組織的癌變風險 德國的研究團隊追蹤到馬堡大學醫院男性不孕症中心求助的男性 發現精子數量在正常水準以 下的男性壽命較短 丹麥的研究團隊所做的類似調查 規模較大 人數較多 結論是 精子品質與 死亡風險成反比 今年 5 月 美國史丹佛大學的研究團隊發表了美國第一份同一性質的調查報告 調查對象是到史 丹佛大學醫院 休士頓貝勒醫學院做不孕症檢查的男性 他們接受檢查時的平均年齡是 36.6 歲 社經 地位良好 因此有錢做檢查 健康狀況也比較好 結論是 精子品質差的人 死亡風險比一般人高 與死亡風險相關的精子異常包括 精液量低 精子濃度低 精子活動力低 精子數量低 有活動能力 的精子所占的比率低 只要驗出兩項 死亡風險就加倍 但是精子形態異常並不影響死亡風險 Eisenberg, M.L. et al. (2014) Semen quality, infertility and mortality in the USA. Human Reproduction, May 2014 DOI : / humrep / deu

82 科技新知 賭博迷思 誰都知道賭博是與機率作對的遊戲 但是在賭場中 無論老手 新手 並不完全盲目下 注 大部分人都相信下注的歷史資料是可靠的 明牌 例如 手感好 hot - hand 就是從歷史資料得出的結論 這個詞來自籃球比賽 有些 球員在場上大發神威 幾乎怎麼投怎麼進 不僅觀眾看得興奮 連隊友也對他產生信心 總 把球傳給他 在賭場上 我們用的詞是 手氣好 手氣好的人總是贏 因此會繼續下注 他們相信自己吉星高照 好風憑藉力 送我上青天 另一種利用歷史資料的方式 統計學家稱為 賭徒謬誤 the gambler's fallacy 那就是 要是一個人老是輸 翻本機會很快就會出現 這個謬誤源自混淆了獨立事件與相關事件 例 如拋出一枚硬幣 它落地時不是正面朝上 就是背面朝上 機會都是 50 根據不斷拋擲的 長期紀錄 正面 背面出現的次數的確幾乎相等 因此 若發現過去 5 次都是正面 難免會 相信下一次必然是背面 根據這一思路 一直輸的賭徒應該繼續賭下去 靜待逆轉勝 英國倫敦大學的研究人員利用兩種網路賭博 賽馬 足球 的資料 觀察賭徒的行為 他們分析了 2010 年 776 人 565,915 注的輸贏 專注於同一人連贏 連輸的機率 結果發現 一 似乎真的有 好手氣 這回事 連贏的機率比統計學家的預測大 第一注就贏的機 率 48 第二注也贏 49 然後繼續贏的機率越來越高 二 運氣背 的人也比統計學家預測的輸得多 輸家越賭越輸 同樣的賭博 統計學家的預測都不正確 為什麼 研究人員指出 手氣好的人 也就是 連贏的人 會越來越謹慎 運背的人亟於翻本 容易走險棋 下注贏面小 獲利大的對象 反而更容易輸 其實他們的行為都是信仰 賭徒謬誤 的結果 由於深信過去的趨勢必然會 逆轉 於是贏家更謹慎 輸家則不惜 決一死戰 經濟學人 總結這個研究的教訓值得參 考 統計學家是對的 別相信運氣 還有 別在意第一注的輸贏 參考資料 Xu, J. and N. Harvey (2014) Carry on winning: The gamblers fallacy creates hot hand effects in online gambling. Cognition, 131,

83 紅酒保護牙齒 細菌會在牙齒表面形成生物膜 寄生在生物膜裡的細菌會產生酸腐蝕琺瑯質與象牙質 造成齲 齒 使用牙線 牙刷都能破壞生物膜 此外 也可使用殺菌劑 市面上的嗽口水 主成分是殺菌劑 氯己定 氯己定是世界衛生組織認定的必備藥 主要用於新生兒臍帶護理 但是氯己定嗽口水有明顯的缺 點 在牙齒表面造成色斑 而且長期使用會破壞味覺 因此科學家仍在尋找氯己定的替代品 西班牙 馬德里的一個研究團隊在紅酒裡尋找 因為過去的研究顯示紅酒中有殺菌成分 研究人員在羥磷灰石圓盤上培養 5 種常見口腔細菌 羥磷灰石是琺瑯質的主成分 培養液是糖 與人類唾液的混合物 然後比較氯己定嗽口水 紅酒 酒精含量 12 不含酒精的同一種紅酒 12 酒精溶液 清水的殺菌效果 結果 氯己定嗽口水效果最好 紅酒只能對付 5 種細菌中的兩種 不含酒精的紅酒 對其中一種的殺菌力更強 最後 研究人員發現 紅酒中的殺菌成分是一種類黃 酮 flavan ols 它是抗氧化劑 許多蔬果 草藥 以及茶 巧克力中都有 參考資料 Wine gums, The Economist, May 31st 2014, p.69. 腦子 vs. 肌肉 學者對人類與其他 3 個物種的 5 種組織 測量了 10,000 種代謝產物的濃度 代謝產物的濃度反 映的是組織與細胞的生理狀態 那 3 個物種是黑猩猩 獼猴和小鼠 牠們的始祖分別出現在 600 萬 年前 4,500 萬年前和 1 億 3,000 萬年前 標本採自前額葉皮質 視覺皮質 小腦 腎臟 肌肉等 結果 黑猩猩 獼猴 小鼠之間的差異 與彼此的遺傳距離成正比 人與牠們的差異 主要表 現在前額葉皮質與肌肉 人的腦子在過去 250 萬年增加了 3 倍以上 其中以前額葉增長的幅度最大 因此人與黑猩猩的前額葉代謝產物有巨大差異 我們並不會太驚訝 但是人與黑猩猩的肌肉代謝物差異更大 就出乎意料了 人的肌肉的變化 超過黑猩猩的 8 倍 而且這一差異似乎有不可忽視的後果 人的肌肉力量不及黑猩猩 獼猴的一半 在人工環境中養大 的黑猩猩 獼猴 不需要訓練就可以擊敗人類的運動菁英 籃球與登山好手 為了排除生活習慣的影響 研究人員強迫獼猴過人類的日子 整天運動量很少 吃垃圾食物 兩個月後再測量獼猴肌肉的代謝物變化 結果變化非常小 只能解釋獼猴與人的差異的 3 研究人 員的推測是 腦子是非常耗能的器官 人演化出巨大的腦子 被迫改變肌肉生理模式做為補償 參考資料 Roberts, R.G. (2014) Jocks versus Geeks the Downside of Genius? PLoS Biol, 12 (5), e doi : / journal.pbio 王道還 中央研究院歷史語言研究所人類學組 81

84 Henrietta Lacks, George Gey HeLa Cells HeLa Henrietta Lacks HeLa 20 HeLa 1960 Howard Jones, HeLa HeLa HeLa

85 HeLa 細胞的故事可以是科學進步且振 奮人心的事 就如當時美國電視節目中科學 家現身說法 告訴大眾他們的重大突破 並 且在大眾對癌症恐懼的年代裡 這為 戰勝 癌症 燃起多麼大的希望 然而 這個例子 卻有著令人難以面對的黑暗面 首先 是研究倫理的問題 在雷克斯尚 未病故之前 醫院的研究者在她不知情的狀 況下 採下她的癌細胞進行實驗 1950 年 代的霍普金斯大學醫院收留許多前來求醫的 貧窮病人 因為他們可以獲得免費的醫療 這些人很多是黑人 那個時代很普遍的現象 是 醫師與研究者從他們身上取得組織或細 胞都沒有經過知情同意的程序 我們不禁納悶 如果雷克斯是白人中產 階級婦女 或許這個科學家眼中令人興奮的 科學發展就不會發生了 因為她很可能住在 醫療倫理與醫學貢獻時常相互矛盾 圖片來源 種子發 另一種病房 而非免費病房 甚至在家中接 受治療 從這樣的病人身體取走一些組織細 胞 對於 1950 年代的醫療人員與研究者而言 克斯之所以到霍普金斯就醫 是因為醫院 是如此地自然 以至於他們並沒有多想其中 提供免費醫療給窮人 她不僅家貧 下葬 的問題 彷彿是走在森林裡時順手折下小樹 後沒錢立墓碑 還留下 5 個年幼的小孩 枝一樣 而依照美國法律 病人在醫院接受 而失去母親的孩子們隨後也因貧窮與失恃 醫療程序或手術之後所遺留下的組織或身體 交迫 飽嚐各種人生的苦難 部位並不歸病人所有 而是屬於醫師或醫院 83

86 科學 技術與社會 除了告知同意的倫理問題之外 這個 室看 HeLa 細胞時 她看著那些冷凍的管子 例子還隱藏了人體細胞組織的所有權問題 說 我不能相信這是我的母親 她對 雖然法律上沒問題 但就倫理而言 仍然 著試管吹氣並說 你很冷 你很有名 值得斟酌 如此 也牽連到另一個問題 HeLa 細胞的故事與雷克斯的故事不是 那就是科學研究成果的利益分配問題 雷 同一個故事 然而 HeLa 細胞的重要性卻 克斯的癌細胞奪走了她的生命 卻也為許 是建立在其永生不息的特性上 而這也是 多人帶來名利 奪走雷克斯生命的原因 就在生命終結那 當科學界了解 HeLa 細胞的用途廣泛後 一點 開啟了 HeLa 細胞令人驚奇的生命故 也很快地在 Tuskegee Institute 開始了 HeLa 細 事 科學家們地位大增 但是雷克斯所摯 胞的量產 帶來大量的利潤 很諷刺的是 愛的孩子們卻陷入各種不幸 歷史充滿了 雷克斯的家人仍然一貧如洗 正如雷克斯的 很多這種身處其中者難以洞悉的命運對照 女兒所言 我一直都覺得很奇怪 如果我 的母親的細胞對醫學的貢獻是如此的重大 為什麼她的家人沒錢看醫生 這實在是令人 費解 許多人因為我的母親而變得富有 而 我們當初根本就不知道他們採了母親的細胞 這件事 現在我們一毛也沒有 我以前曾經 想到這個就很生氣 我真的是很氣 氣到生 病 甚至要吃藥 在雷克斯年過世半個世紀後 科學界 終於正視這些問題 霍普金斯大學與雷克 斯的家人組成了委員會 共同決定 HeLa 細 胞該如何使用 被誰使用等 當研究者首 次讓雷克斯的女兒到霍普金斯大學的實驗 84 王秀雲 成功大學醫學系及 STM 中心

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