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1 1 台灣生物多樣性的 保育與研究 Chang-Hung Chou 周昌弘 國立成功大學客座特聘講座 103 學年度第 1 學期 (2014 年 10 月 23 日 ) 成功校區理化大樓 B1 格致廳小講堂 內容 前言 台灣自然保育發展的過程 生物多樣性與人類的關係 生物多樣性的保育 台灣的生物多樣性的研究 ( 例子 ) 結論

2 2 一 前言 前言 台灣地處熱帶及亞熱帶之間, 氣候溫暖, 雨量充沛, 且高山林立, 海拔落差大, 蘊育了豐富的動植物資源, 現有維管束植物 4,200 多種 真菌 5,700 多種 野生動物 19,000 多種, 同時受地理長期區隔之影響, 特有種比例相當高

3 3 前言 但近 60 年來, 台灣由於人口的急劇增加, 經濟的快速發展, 自然資源的不當開發利用, 對生態環境已造成相當嚴重的破壞, 也造成許多物種面臨滅絕或已經滅絕 臺灣地區動植物統計表

4 4 美國前總統克林頓的首席科技顧問 Peter H. Raven 於 2000 年 5 月 28 日在中央研究院以 生命世界 : 永續之鑰 發表生物多樣性演說時指出 : 近 50 年來世界人口由 25 億成長為 60 多億, 人類耗盡了地球四分之一的表土, 五分之一的可耕地以及三分之一的森林, 物種滅絕的速率每年約一千種是自然滅絕速率的 500 到 1000 倍, 預估到 2050 年將有三分之一的物種將滅絕或瀕危 二 台灣自然保育發展歷程

5 5 ( 一 ) 自然保育黑暗期 ( 年 ) 農藥的引進 :1949 年引進 DDT, 1950 年引進 BHC,1952 年引進巴拉松,1953 年引進馬拉松 1961 年成立山地農牧局 ( 水土保持局前身 ), 輔導農民開發山坡地, 以增產農產品 林務局為因應政府財政需求以及賺取外匯, 光復後每年伐木量逐年增加 這個時期也是台灣經濟快速發展期,60-70 年代台灣的經濟成長率都在 16-18% 之間 1972 年經濟部與內政部會 銜宣布全面禁獵 1972 年政府公布國家公園 法 1975 年實施新林業改革政 策, 林業經營應以國土保安 之長遠利益為目標, 不以開 發森林為財源, 每年伐木量 開始降低 ( 二 ) 自然保育啟蒙期 ( 年 )

6 6 ( 二 ) 自然保育啟蒙期 ( 續 ) ( 年 ) 1972 年以後, 研究野生動物行為及生態的學者, 陸續返國執教, 諸如林曜松老師 周昌弘老師 呂光洋老師 陳明義老師等, 在大專院校授課, 作育英才, 培養自然保育的尖兵 學術界周昌弘教授 ( 現為中研院院士 ) 等在 年發起淡水紅樹林保育運動, 為台灣保育思潮的濫觴 1982 年政府公布文化 資產保存法 1984 及 1989 年經濟部及行政院 農委會據以公告指定櫻 花鉤吻鮭等 23 種為珍貴 稀有動物 年內政部 成立墾丁等 6 個國家公園 ( 三 ) 自然保育發展期 ( 年 )

7 7 ( 三 ) 自然保育發展期 ( 續一 ) ( 年 ) 1988 年經濟部及行政院農委會依據文化資產保存法公告指定烏來杜鵑等 11 種為珍貴稀有野生植物 1989 年政府公布野生動物保育法, 並公告約 1,933 種保育類動物 年政府依據文資法, 公告設立 18 個自然保留區 ( 三 ) 自然保育發展期 ( 續二 ) ( 年 ) 年政府依據野生動物保育法, 公 告設立 14 個野生動物保護區 1992 年成立特有生物研究保育 中心, 為國內唯一對特有野生物 及其生態系進行調查 研究 保 育及宣導之政府研究機構 1994 年美國以培利法案制裁台 灣

8 8 ( 三 ) 自然保育發展期 ( 續二 ) ( 年 ) 年政府依據野生動物保育法, 公告設立 26 個野生動物重要棲息環境 自 1998 年以後, 台大動物系林曜松教授等舉辦二十餘次生物多樣性研討會 大肚溪口野生動物保護區 ( 四 ) 生物多樣性保育時期 (2000 年以後 ) 行政院農委會於 2000 年元月宣布 2000 年為生物多樣性保育年, 並規劃特有生物研究保育中心改組為生物多樣性保育研究所 2000 年 12 月特有生物研究保育中心舉辦大型的 繽紛的世界 年生物多樣性保育展 2001 年 8 月 15 日行政院核定公布 生物多樣性推動方案 2002 年 12 月行政院訂頒 生物多樣性行動計畫

9 9 三 生物多樣性與人類的關係 地球上所有的生物存在著不同 差異 或不相似而形成多樣性 基因多樣性 物種多樣性 生態系多樣性 生物多樣性

10 10 生物多樣性形成之模式簡意圖 Biodiversity ( 生物多樣性 ) Genetic diversity ( 遺傳多樣性 ) 基因之突變 Gene A Gene B Gene C Gene D 突變 Gene A1 Gene B1 Gene C1 Gene D1 變異過程 Ecotype 1 Ecotype 2 Ecotype 3 Ecotype 4 種化過程 Variety 1 Variety 2 Variety 3 Variety 4 Species diversity ( 物種多樣性 ) Species 1 Species 2 Species 3 Species 4 生態系統 Ecosystem diversity ( 生態系多樣性 ) 生態系統 1 生態系統 2 生態系統 3 Biodiversity Harvesting Farming Food Human Health Human Wellbeing

11 11 生物多樣性的價值觀 人文面的價值 經濟面的價值 生命面的價值 一枝草, 一點露 每種生物在地球上都蘊藏不同的生機及物質, 扮演著不同的角色 有的扮演生產者 消費者 清除者或分解者, 如果缺了一環則生態系會不穩定, 導致生命的滅亡 野生植物如野生稻 大豆 莧菜 野生動物如黑面琵鷺 犀牛 水雉

12 12 野生植物 : 雜草可作為牧草 藥草 健康 食品 如 : 野生稻 白茅 芒草 莧菜 野菜等 野生稻莧菜芒草 山萵苣 白茅 大花咸豐草 野生動物 : 動物品種的改良 醫療的研究 野生動物如 : 迷你豬 山羊 彌猴 水鹿 黑面 琵鷺 犀牛 水雉等 迷你豬山羊台灣彌猴台灣水鹿 黑面琵鷺白犀牛水雉

13 13 Food Ipomoea batatas (Sweet potato) Colocasia escutenta (Taro) Setaria italica (Millet) Pandanus odoratissimus (Fruit of thatch pandanus) Clothing Trema orientalis (India-charcoal trema) Firmiana simples (Chinese parasal) Cudrania cochinchinensis (Oriental cudrania) Acacia confusa (Taiwan acacia)

14 14 Living Aglaia formosana (Formosan aglaia) Schizostachyum diffusum (Climbing bamboo) Lalang grass is fastened on the roof with clinbing bamboo. Marking a wall using silver-grass (Miscanthus floridulus). Medicines Cinchona ledgeriana ( 金雞納樹 ) Clausena excavata (Taiwan wampee) Digitalis Purpurea ( 毛地黃 ) Alpinia zerumbet ( 月桃 ) Imperata cylindrica (Lalang grass)

15 15 Ceremonies Pueraria lobata (Kudzn bean) Ceremonial ball made from vine of the Kudzu bean. Fruit of Chinese soap berry (Sapindus mukorossii). A ceremonial offering made of Miscanthus plants. 維持環境穩定上的重要性 各種生物分別在生態系中扮演重要的角色, 使個別地區乃至於整個地球得以維持穩定 生物社會保護了土壤 集水區以及水源, 吸收污染物, 並調節當地的氣候 亞馬遜河流域有一半的降雨量與當地所覆蓋的森林相關 全球暖化及溫室效應

16 / /09 九九峰自然保留區 在科學上的重要性 物種就好比是圖書館裡的書一樣 物種的滅絕, 就像一部特別的期刊中遺失了其中一卷或一期般, 將瞬間失去它的價值 發掘地球上眾多生命所包含的資訊, 可滿足人類的好奇心與求知慾 由目前台灣約 4,000 種的維管束植物來估算, 島上約有 150,000 種生物

17 17 生命蘊含龐大的訊息 人體一分子 DNA 約含 10 億對核甘酸 完全拉直約一公尺 以一般大小的字體列印, 它所含的訊息可填滿 1768 年以來全部十五版的大英百科全書 (Wilson,1985) 美學價值 人類對自然之美的喜愛與生俱來 生物之美 多樣性及其複雜性構成我們所看到的這個世界 來自不同文化的詩人 作家 畫家證明了自然之美對於人類心靈與情感的影響, 也反映其文化價值與象徵的意義

18 18 生存的權利與道德價值 人類是自然的一部分, 所有的生命類型都是獨特的, 除了對人類的價值以外, 應受到尊重與保護 在生物學上, 人類與其他的生命比較, 是有些與眾不同, 這啟發人類對其他物種的責任, 一種融合於人與自然之間的伙伴關係 人類有責任去關心未來, 而這未來不僅包括未來人類的選擇權 未來人類世代對資源的獲取與選擇 ; 更包括了維繫演化的未來選擇

19 19 資料來源 : 光華月刊 四 生物多樣性保育

20 20 傳統的自然保育與生物多樣性保育之區別 生物多樣性保育係以所有物種為保育 對象, 並特別重視棲息地的維護 監測 與生物資源的永續利用 傳統的自然保育是以保護瀕危或受威 脅物種等明星物種為主, 且以明星物種 為標的劃設保護區保護, 並以人工方式 圈養繁殖復育瀕危物種 傳統物種保育與生物多樣性保育之區別傳統的物種保育生物多樣性保育 保育目的物種及保護區保護為主保護生態系多樣性 物種多樣性基因多 與重點 樣性與文化多樣性 強調全面 整體與永續性 ( 時間 空間 內涵的擴大 ) 利用方面 限制利用 傳統智慧 永續利用 參與人士 保育行政部門 保育人士 涉及影響 利用 保護 買賣生物多樣性之政府 民間 企業等單位 ( 例如從事農 林 漁 牧相關人士, 並強調非生物專長人士, 如法規 經濟外交等方面 ) 生物技術 未強調 利用生物技術開發新藥物 食物防汙染新材料等管制生物技術安全 利益 生態功能維護之有形與無 長期 持續 利益分享 形的利益 保護區域 限制 重視原住民傳統利用資源的智慧人與環 內之原住民 境共存 ( 人和其他消費者可永續利用 ) 國際性 多在國家和區域的層次 國際合作頻繁 分享知識與經驗, 具軟性約束 受破壞地 閒置 保育生物 環境工程 遺傳工程指導下 區 恢愎或重建自然環境

21 21 生物多樣性公約的產生 1992 年 6 月聯合國在巴西里約熱內盧舉行世界環境與發展會議 ( 通稱為地球高峰會議 ), 通過生物多樣性公約以來, 生物多樣性保育 受到舉世之重視, 迄今已有 190 個地區及國家簽署, 其主要目標 : 保育生物多樣性 永續利用其組成 公平合理分享遺傳資源所衍生的惠益 生物多樣性消失的原因 社會 經濟與政治方面 : 如非永續的生產與消費模式 人口成長 生物多樣性價值之不當經濟評估 國際交易 貧窮等 社會的缺失 : 如管理不當 單位間整合與協調不良 決策片段 文化認定與精神價值淪失 科技與落實能力不足 資訊不足 對生物多樣性價值之認知不夠等 市場與經濟政策失敗 : 如欠缺適當的調控機制 不當的補貼政策 生物多樣性之物品與服務欠缺適當的市場 環境與發展政策不明 環境影響評估未落實等 知識欠缺, 特別是直接涉及生物多樣性管理與決策者

22 22 福壽山農場 違法狩獵食補文化 食補 : 以當歸 人參 黃耆等為主, 野生動物的肉及器官不具補療 疾病媒介 : 野生動物有寄生蟲 絛蟲鉤蟲及結核菌 捕獵過程長 : 自捕獲至販賣 烹食時因腐爛 污染, 而危害人體健康 ( 有人吃 非法獵捕 野生動物減少 絕種 )

23 23 外來種的威脅 外來種來源 : 飼養中的逃亡或不願養而放生 破壞本土生態平衡 : 外來種入侵空間愈大, 則本地物種愈少 於農耕地覓食行為, 造成農作物損害如八哥 啃食樹皮, 危害行道樹, 如鸚鵡類 與本地種雜交, 破壞物種基因 在本地繁殖與本地物種生存競爭, 危害生態系平衡 生物多樣性研究 案例 1 芒屬植物生物多樣性研究從物種 基因 分子演化

24 24 我們對芒屬植物知多少? 芒草的價值 芒草曾經是台灣的經濟作物 芒草是水土保持的重要植物 芒草是未來生質能源的重要資源 芒草曾被視為雜草並遺忘多年, 卻在近年來被歐美學者特別關愛 The Wall Street Journal Online (July 10, 2007; Page B1) Alternate-Fuel Hunt Gives Plant Biologist a Life Malia Wollan Miscanthus x giganteus: New Biofuel Material

25 25 Dr. Stephen Long 被邀請到白宮見布希總統報告 M. x giganteus 為新能源植物之潛力 $5 億美元給 : UC Berkeley University of Illinois at Urbana-Champaign Lawrence Berkeley National Laboratory 做能源作物之研究 芒屬植物的研究 : 從生態到基因 Introduction: Why Do We Study Miscanthus Plants? Taxonomy of Miscanthus Taxa Population and Distribution of Miscanthus Plants Physiological and Ecological Aspects of Miscanthus Phylogeography and Molucular Evolution of Miscanthus Taxa Prospective of Miscanthus used for Biofuel Material in the Future Conclusions

26 26 Miscanthus Anderss 中國芒或台灣芒

27 27 台灣芒 小油坑之白背芒

28 28 台灣芒 白背芒

29 29 Miscanthus Andess A C4 perennial grass widely distribute in Asia and Pacific islands M. nepalensis complex M. sinensis complex M. floridulus complex 芒草的分類芒屬 (Miscanthus Anderss) 地區種變種 中國大陸 8 1 日本 6 1 琉球 2 1 菲律賓 3 爪哇 1 東喜馬拉雅 1 錫金 2 台灣 5 3 全世界 20

30 30 芒屬植物在台灣的分布 ( 李瑞宗,1994) 五節芒 (Miscanthus floridulus) 中南部海拔 m 山區, 最高到南投翠峰 2300 m 大甲溪以北的山區漸少且不連續 台中和平 國姓 埔里 魚池 水里 竹山 林內 恆春半島海岸 : 紅柴 貓鼻頭 香蕉灣 鵝鑾鼻 風吹沙 佳洛水 北部海岸 : 密集分布 : 石門 金山 萬里 基隆點狀分布 : 基隆以東數量銳減 : 越過三貂角蘇花公路及花東海岸公路 : 密集分布 : 蘇澳至花蓮大港點狀分布 : 花蓮大港以南數量銳減 : 知本以南到達仁宜蘭山區 : 密集分布 : 台 7 號公路, 粗坑 棲蘭點狀分布 : 棲蘭以西到四季台東山區 : 密集分布 : 台 20 號公路初來 碧山橋 中國芒 (Miscanthus sinensis) ( 李瑞宗,1994) 受東北季風影響的地區 大屯山向南 : 密集分布 : 台北盆地 林口台地 桃園 中壢台地 苗栗丘陵 密集分布 : 基隆 新店丘陵 宜蘭平原 三貂角 蘇澳海岸 點狀分布 : 恆春丘陵 三貂角的海岸公路 蘇花公路 花東海岸公路 花東縱谷 數量銳減 : 八卦台地以南

31 31 黃金芒 (Miscanthus flavidus Honda) ( 李瑞宗,1994) 雲霧帶的指標植物, 自南至北逐次下降南橫公路海拔 1500 m 以上東部山區較西部山區海拔更為提昇台 18 號公路 ( 阿里山公路 ) 之鞍腳 (830 m) 以上分布在 2000 m 以上雲霧帶區觀霧 (2070 m) 大禹嶺(2562 m) 關原 (2374 m) 鳶峰(2400 m) 夫妻樹 (2450 m) 石山(2300 m) 檜谷 (2487 m) 向陽(2312 m) 海拔上升, 遂漸銳減被高山芒取代 高山芒 (Miscanthus transmorrisonensis) ( 李瑞宗,1994) 雲霧帶以上的環境向陽的礫石坡面 2400 m 以上塔塔加 大霸尖山 (3490 m) 南大武山 (2841 m)

32 32 Selected Publication on Miscanthus research (1972-) Chou, C. H. and Chung, Y. T. 1974a. The allelopathic potential of Miscanthus floridulus. Bot. Bull. Academia Sinica 15: (SCI) Chou, C. H., Young, C. C. and Haung, C. 1975c. Quality of leaf protein concentrates in Miscanthus floridulus. Bot. Bull. Academia Scinica 16: (SCI) Chou, C. H., Hwang, S. Y.,and Chang, F. C. 1987f. Population study of Miscanthus floridulus (Labill.) Warb. I. Ecotypic variation of peroxidase and esterase in 27 populations in Taiwan. Bot. Bull. Academia Sinica 28: (SCI) Chou, C. H. and Lee, Y. F. 1991d. The allelopathic dominance of Miscanthus transmorrisonensis in an alpine grassland community in Taiwan. J. Chem. Ecol. 17: (SCI) Chou, C. H. and Ueng, J. J. 1992b. Phylogenetic relationship among species of Miscanthus populations in Taiwan. Bot. Bull. Academia Sinica 33: (SCI) Hsu, F. S. and Chou, C. H. 1992d. Inhibitory effects of heavy metals on seed germination and seedling growth of Miscanthus Bot. Bull. Academia Sinica 33: (SCI) Chou, C. H., Chiang, Y. C. and Chiang, T.Y. 1998k. Sequence Announcement : rdna IGS of Miscanthus sinensis var. glaber. Plant Mol. Biol. 37: (SCI). Chou, C. H., Chiang, Y. C. and Chiang, T. Y. 1999c. Within- and between- individual length heterogeneity of the rdna IGS in Miscanthus sinensis var glaber (Poaceae): Phylogenotic analyses. Genome 42: (SCI). Chiang, Y. C., Chou, C. H. and Chiang, T. Y. 1999k. rdna IGS of Miscanthus transmorrisonensis. Plant Mol. Biol. 39: (SCI) Chou, C. H., Chiang, Y. C. and Chiang, T. Y. 2000e. Genetic variability and phytogeography of Miscanthus sinensis var. condensatus, an apomictic grass, based on RAPD fingerprints. Canadian J. Bot. 78: (SCI) Chiang, Y. C., Schaal, B. A., Chou, C. H., Huang, S. and Chiang, T. Y. 2003a. Contrasting selection modes at the Adh1 locus in outcrossing Miscanthus sinensis vs. inbreeding Miscanthus condensatus (Poaceae). American Journal of Botany 90 (4): (SCI)

33 33 菅芒花詞 : 許丙丁台灣民謠 菅芒花白沒香冷風來搖動無虛華無美夢甚人相痛疼世間人錦上添花無人來探望只有月娘清白光明照阮的迷夢 菅芒花白沒味生來不著時無玉葉無金枝甚人會甲意世間事鏡花水影花紅有了時只有風娘溫柔搖擺顧阮的腰肢 菅芒花白呅呅出生在寒門無美貌無青春甚人來溫存世間事一場幻夢船過水無痕多情金姑來來去去伴阮過黃昏 生物多樣性研究 案例 2 淡水竹圍紅樹林生態系研究

34 34 台灣紅樹林的保護運動 1979 年台灣省政府要將竹圍 60ha 的紅樹林砍除並斥資新台幣 140 億, 以興建 8000 戶國宅 1980 年台灣植物學界及環境科學界掀起保護紅樹林運動 國內三家電視媒體及平面媒體呼籲保護

35 35

36 年 3 月 6 日 行政院孫前院長運璿 裁示 : 紅樹林成長地區應予保護

37 37 紅樹林之藻類植物 大型藻 藍綠藻 褐藻 鍊珠藻 圖盤藻 四輪藻 ( 陳忠信教授 )

38 38 紅樹林泥沼土中之生物 招潮蟹 彈塗魚 螃蟹 紅樹林中之浮游性動物 懷念雷淇祥教授, 一位 世界級的浮游性動物學家

39 39 紅樹林生態系循環 紅樹林碎片生態 紅樹林之營養鹽 浮游性植物 / 動物 小型魚類 / 大型魚類 人類 排泄物 紅樹林分子生態研究 Phylogeography of Kandelia candel in East Asiatic mangroves based on nucleotide variation of chloroplast and mitochondrial DNAs T. Y. CHIANG, Y. C. CHIANG, Y. J. CHEN, C. H. CHOU, S. HAVANOND, T. N. HONG, and S. HUANG

40 40 Kandelia candel in Asia Pacific Region Geological regions are genetically differentiated In the East-China Sea and the Northern South-China Sea region : low genetic diversity Frequent seedling flow via ocean currents Seedling Seedling dispersal: Ocean currents

41 41 The ocean currents in East Pacific Region 1. The ocean currents are continuous between East- China Sea and Northern South-China Sea. 2. The ocean currents are discontinuous between Northern and Southern South-China Sea. 3. The ocean currents are discontinuous between Indian Ocean and Southern South-China Sea Phylogeography of Kandelia candel in east asiatic mangroves based on nucleotide variation of chloroplast and mitochondrial DNAs Chiang et al. 2001

42 42 atpb-rbcl intergenic spacer of chloroplast DNA (Nm = 20) East-China Sea Northern South-China Sea Indian Ocean Southern South-China Sea cpdna: nucleotide diversity = low genetic diversity Population subdivision in different geological region

43 43 Selected Publication on Kandelia candel research (1993-) Chiu, C. Y. and Chou, C. H Oxidation in the rhizosphere of mangrove Kandelia candel seedlings. Soil Sci. Plant Nutr. 39: (SCI) Chiu, C. Y., Hsu, F. S., Chen, S. S., Chou, C. H Reduced toxicity of Cu and Zn To mangrove seedlings (Kandelia candel (L.) Druce.) in the saline environments. Bot. Bull. Academia Sinica 36: (SCI) Yang, C. M., Jin, M. H., Lu, I. K., Hsu, J. C., Hwang, Y. S. and Chou, C. H Adaptive capability in response to light and salinity by organs of Kandelia candel measured by biosynthesis of pigment. Pp In Proc. Symposium on Mangrove Forest Ecosystem. Taiwan Endemic Species Research Institute, Chichi, Taiwan. Chiang. T. Y., Chiang. Y. C., Chen. Y. J., Chou. C. H., Havanond. S., Hong. T. N., Huang. S Phylogeography of Kandelia candel in East Asiatic mangroves based on nucleotide variation of chloroplast and mitochondrial DNAs. Molecular Ecology 10: (SCI) 永續發展 ( Sustainable Development ) 是建立在 本世代的發展需求與慾望不能傷害到下一代的生存發展 ( Development which meets the needs and aspirations of current generations without compromising those of further generations )

44 44 Source: National of Biodiversity Strategy of Japan 2010: Biodiversity is Life, Biodiversity is our Life 結 論 莊子 ( 齊物論 ) 曰 : 天地與我並生, 萬物與我為一 人類的永續建立在生物多樣性的保育 永續發展是建立在 本世代的需求與發展不能傷害到下一代的需求與發展

45 45 Thank you for your attention! Rhododendron pseudochrysanthum

X 傳統育種技術 分子育種技術 基因改良育種

X 傳統育種技術 分子育種技術 基因改良育種 06 2015 7 511 72 92? 2010? X 傳統育種技術 1960 1980 30 60 20 分子育種技術 5 10 3 5 基因改良育種 2015 7 511 07 改良後的基因及其生產的蛋白質都需經過嚴格的動物及田間生物安全試驗才會上市, 程序就跟新藥一樣 20 基改產品禁得起考驗 12 2013 1.75 50 1 5 1996 80 2013 156 35 21 6 90 08

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