臺南市第五十一屆公私立國民中小學科學展覽會作品說明書 組別 : 國中組 國小組 科 別 : 物理 化學 生物 地球科學 數學 生活與應用科學 作品名稱 : 幾分甜 - 螞蟻取食偏好 關鍵詞 : 螞蟻 甜度 蛋白質 ( 最多 3 個 ) 編號 : 製作說明 : 1. 說明書封面僅寫科別 組別 作品名稱及關鍵詞 2. 編號由承辦單位編列 3. 封面編排由參展作者自行設計
目錄 摘要...1 壹 研究動機...1 貳 研究目的...1 參 研究設備及器材...2 肆 研究方法與結果...2 伍 討論...13 陸 結論...13 柒 參考資料及其他...14 圖目錄 圖 1 校園螞蟻分布圖...3 圖 2 螞蟻對固體食物的取食偏好...4 圖 3 螞蟻對液體食物的取食偏好...6 圖 4 黑頭慌蟻對不同距離食物取食情形...7 圖 5-1 黑頭慌蟻對不同糖水的偏好...9 圖 5-2 黑頭慌蟻對不同糖水的偏好分析...10 圖 7-1 熱帶火蟻取食蛋白質 香瓜香料及草莓香料糖水溶液的情形...12 圖 7-2 不同時間熱帶火蟻取食 A B C 水溶液的情形...12 表目錄 表 1 螞蟻築巢點及特徵分析表...2 表 2-1 固體食物的消耗量...4 表 2-2 黑頭慌蟻取食固體食物的時間表...5 表 3 黑頭慌蟻取食液體食物的時間表...6 I
摘要 在台南市大同國小的校園可以發現三種主要的螞蟻, 分別是熱帶火蟻 狂蟻及小黃家蟻, 我們紀錄 校園內螞蟻的分布地圖, 製作一份 螞蟻圖鑑, 並以 螞蟻 為研究主題, 觀察螞蟻的取食偏好 本次研究的發現包括 : 1 提供酵母粉 奶粉 砂糖 冰糖 鹽 味精 胡椒粉等固體食物, 黑頭慌蟻的工蟻搬運最多的是酵母粉, 而胡椒 砂糖和鹽也有微量被搬回蟻巢 2 將酵母粉 奶粉 砂糖 冰糖 鹽 味精 胡椒粉配製成 10% 的水溶液, 黑頭慌蟻在取食冰糖水的時間最久, 對於奶粉水一點興趣都沒有 3 食物置放的距離不會影響黑頭慌蟻的取食順序 4 黑頭慌蟻對楓糖和蔗糖的喜好程度遠大於蜂蜜和果糖 5 酒精可以讓食物的氣味較快散發, 誘集螞蟻到達取食的時間較快, 但不影響螞蟻對食物的取食總量 6 香瓜及草莓的氣味會誘集螞蟻取食, 加了花生醬會降低螞蟻的食慾 7 甜度不是螞蟻選擇進行取食的主要因素 壹 研究動機 家裡有很多好吃的食物, 不管藏在哪裡, 都會被螞蟻發現, 最後常常都要和螞蟻共享這些美食, 我們絞盡腦汁的想有沒有解決辦法, 後來想到, 如果知道家裡的食物有哪些是螞蟻喜歡的? 找到螞蟻最愛的東西, 利用它把螞蟻抓起來, 這樣螞蟻就不會再來和我搶食物了! 另外, 在我們四年級的時候, 有學到 昆蟲世界 單元, 告訴我們如何飼養 觀察昆蟲, 了解昆蟲與環境的關係 ; 加上這學期 動物的生活 單元, 我們更進一步的知道動物覓食的實例, 從課本及老師上課補充, 知道螞蟻是社會性的昆蟲, 有蟻后 工蟻 兵蟻, 他們都有不同的任務 有了這些知識, 就和有同樣困擾的同學討論, 決定研究螞蟻的取食偏好, 再解決我們的問題 貳 研究目的 一 紀錄 校園內螞蟻的分布地圖, 製作一份 螞蟻圖鑑 二 探討螞蟻對固體食物的取食偏好 三 探討螞蟻對液體食物的取食偏好 四 測試螞蟻對同樣的食物在不同距離的取食選擇 五 螞蟻對果糖 蜂蜜 楓糖及砂糖取食偏好研究 1
六 添加蛋白質及酒精對螞蟻誘集的影響 參 研究設備及器材 放大鏡 相機 1.5C.C. 離心管 滴管 冰糖 砂糖 酒精 蛋白腖 花生醬 胡椒 啤酒酵母粉 奶粉 香瓜香料 紅色食用色素 藍色食用色素 綠色食用色素 楓糖 蜂蜜 果糖 紙盤 鹽 自來水 紙 筆 圓規 肆 研究方法與結果研究問題一 哪裡有螞蟻的家? 研究方法 : 在台南市大同國小的校園中尋找螞蟻的家, 先發現螞蟻後, 再沿著螞蟻的行進路徑, 尋找螞蟻的家, 利用放大鏡及顯微鏡觀察螞蟻特徵 型態, 再對照圖鑑鑑定螞蟻的種類, 紀錄蟻窩 週遭環境和螞蟻築巢點及特徵分析表 研究結果 : 在校園中主要有三種螞蟻, 其中熱帶火蟻有三個大族群, 還有小黃家蟻及狂蟻, 分佈情形見圖 1, 螞蟻築巢點及特徵分析見表 1 表 1 螞蟻築巢點及特徵分析表 圖片 螞蟻名稱 築巢地點及編號 熱帶火蟻 中庭 菜園 (No.001~003) 小黃家蟻 垃圾場 (No.004) 特徵熱帶火蟻會堆積沙土成土丘狀, 它們的蟻巢面積較大且有許多出口 若食物中含有豐富的蛋白質, 兵蟻會出來搬運食物 小黃家蟻無觀察到兵蟻的行跡, 走過的路上有一條明顯軌跡 狂蟻 垃圾場 (No.005) 狂蟻非常神經質, 只要周圍 有一點點變化, 例如影子移 動, 就會驚慌失措的跑走 2
圖 1 校園螞蟻分布圖 研究問題二 搬的動嗎? 研究方法 : 居家最常出現的是黑頭慌蟻, 因為我們在部份的實驗中使用黑頭慌蟻為研究樣本, 在飼養的黑頭慌蟻蟻巢上方架設取食帄台, 將啤酒酵母粉 奶粉 砂糖 冰糖 鹽 味精及胡椒粉放在一樣長寬各為 3 公分的塑膠淺盤, 再逢隨機放置在取食帄台上, 觀察經過 1 分鐘 10 分鐘 20 分鐘 30 分鐘, 黑頭慌蟻至淺盤取食的數量, 並記錄固體食物的消耗重量 研究結果 : 黑頭慌蟻對固體的食物都不太喜歡, 比較喜歡的只有啤酒酵母粉, 而且觀察到工蟻搬運的情形 ( 圖 2) 雖然有螞蟻停留在砂糖上, 但是固體的消耗量仍然是啤酒酵母粉最多, 此現象與書本說的黑頭慌蟻喜好食物特性不同, 因此推論 ( 一 ) 冰糖與砂糖的顆粒較大, 對黑頭慌蟻而不方便取食 ; 相較之下, 啤酒酵母粉含有豐富的維他命 礦物質及蛋白質, 重點是顆粒小成粉末狀 ( 表 2-1) ( 二 ) 奶粉對黑頭慌蟻的取食行為也表現出興致缺缺, 其原因可能為奶粉中含有其他添加物, 導致黑頭慌蟻不喜歡 ( 三 ) 味精的成分有一種氨基酸, 看來黑頭慌蟻也興趣缺缺 ( 表 2-2) 3
試驗進行 1 分鐘 試驗進行 10 分鐘 試驗進行 20 分鐘 試驗進行 30 分鐘 圖 2 螞蟻對固體食物的取食偏好 表 2-1 固體食物的消耗量 物品 盤子淨重 重量 ( 加淨重 ) 實驗後重量 ( 加淨重 ) 消耗量 鹽 0.48g 1.48g 1.44g 0.04g 砂糖 0.52g 1.52g 1.47g 0.05g 胡椒 0.53g 1.53g 1.43g 0.1g 味精 0.52g 1.52g 1.52g 0 冰糖 0.46g 1.46g 1.40g 0.06* 奶粉 0.51g 1.51g 1.52g -1( 因受潮 ) 酵母粉 0.48g 1.48g 1.33g 0.15g** ** 表示消耗量最多,* 表示消耗量次多 4
表 3-2 黑頭慌蟻取食固體食物的時間表 實驗食物 第一隻螞蟻來的時間 第一隻離開的時間 喜愛排名 啤酒酵母粉 6 分 8 分 35 秒 1 奶粉砂糖 18 分 23 秒 24 分 3 秒 2 冰糖鹽 26 分 28 秒 28 分 3 味精胡椒粉 註 : 無時間記錄欄位則表示黑頭慌蟻無取食行為 研究問題三 哪種水好喝? 研究方法 : 為山更進一步驗證研究問題二的結果與推論, 我們在飼養的黑頭慌蟻蟻巢上方架設取食帄台, 將啤酒酵母粉 奶粉 砂糖 冰糖 鹽 味精及胡椒粉調成 10% 的水溶液, 裝入 1.5cc 的離心管, 再隨機放置在取食帄台上, 觀察經過 1 分鐘 10 分鐘 20 分鐘 30 分鐘, 紀錄螞蟻取食液體食物的情形 研究結果 : 與 研究問題二 搬得動嗎? 的結果相比較, 發現 ( 一 ) 黑頭慌蟻對液體的食物都很喜歡 ( 圖 3), 只有奶粉水仍然是列為拒絕往來戶, 但味精水有嚐試可是興趣還是不大 ( 二 ) 黑頭慌蟻最喜歡冰糖水和糖水 驗證之前的推論, 因固體的砂糖 冰糖真的太重了, 導致黑頭慌蟻不便搬運而取食運動就減少 ( 表 3) 5
試驗進行 1 分鐘 試驗進行 10 分鐘 試驗進行 20 分鐘 圖 3 螞蟻對液體食物的取食偏好 試驗進行 30 分鐘 表 4 黑頭慌蟻取食液體食物的時間表 實驗食物 第一隻螞蟻來的時間 第一隻離開的時間 喜愛排名 啤酒酵母粉 4 分 5 分 30 秒 6 奶粉砂糖 3 分 14 分 13 秒 2 冰糖 4 分 30 秒 25 分 44 秒 1 鹽 17 分 50 秒 19 分 20 秒 5 味精 9 分 12 分 10 秒 4 胡椒粉 24 分 35 秒 29 分 10 秒 3 註 : 無時間記錄欄位則表示黑頭慌蟻無取食行為 6
研究問題四 吃東西要爬多遠? 研究方法 : 在飼養的黑頭慌蟻蟻巢上方架設取食帄台, 以取食橋為中心, 畫出半徑 6 公分 12 公分 18 公分等 3 種不同距離, 將冰糖調成 10% 的水溶液, 裝入 1.5cc 的離心管, 放置在不同取食距離上, 觀察經過 1 分鐘 10 分鐘 20 分鐘 30 分鐘, 紀錄螞蟻取食液體食物的情形 研究結果 : 經過 2 分 10 秒時, 螞蟻首先吃了距離蟻窩 18 公分的糖水 ; 在 6 分 33 秒時, 吃了距離蟻窩 6 公分的糖水 ; 在 6 分 40 秒時, 吃了距離蟻窩 12 公分的糖水 距離 18 公分是最早取食的點, 其次為 6 公分, 最後是 12 公分的糖水 ( 圖 4) 試驗進行 1 分鐘 試驗進行 10 分鐘 試驗進行 20 分鐘 圖 4 黑頭慌蟻對不同距離食物取食情形 試驗進行 30 分鐘 7
研究問題五 哪種糖好吃? 研究方法 : 由前面的實驗知道了黑頭慌蟻愛吃糖, 所以我們找了不同的糖有蜂蜜 果糖 砂糖及楓糖, 並調成 10% 的水溶液 ; 在飼養的黑頭慌蟻蟻巢上方架設取食帄台, 將裝入塑膠淺盤中, 再隨機放置在取食帄台上, 以數位相機攝影記錄經過 1 分鐘 5 分鐘 10 分鐘 20 分鐘 30 分鐘 40 分鐘 50 分鐘 60 分鐘 90 分鐘及 120 分鐘, 黑頭慌蟻取食液體食物的情形 研究結果 : 黑頭慌蟻最喜歡砂糖溶液和楓糖溶液, 對於蜂蜜和果糖, 並沒有多大的興趣 ( 圖 5-1 圖 5-2) 試驗進行 1 分鐘 試驗進行 5 分 試驗進行 10 分鐘 試驗進行 20 分鐘 8
試驗進行 30 分 試驗進行 40 分鐘 試驗進行 50 分鐘 試驗進行 60 分鐘 試驗進行 90 分鐘 圖 5-1 黑頭慌蟻對不同糖水的偏好 試驗進行 120 分鐘 9
螞蟻數量 螞蟻數量 螞蟻數量 蜂蜜取食試驗 楓糖取食試驗 120 80 40 120 80 40 0 1 5 10 20 30 40 50 60 90 120 觀察時間 ( 分鐘 ) 0 1 5 10 20 30 40 50 60 90 120 觀察時間 ( 分鐘 ) 果糖取食試驗 120 80 40 0 1 5 10 20 30 40 50 60 90 120 觀察時間 ( 分鐘 ) 圖 6-2 黑頭慌蟻對不同糖水的偏好分析 研究問題六 怎樣比較香? 研究方法 : 老師在上課時告訴我們螞蟻是嗅覺靈敏的昆蟲, 因此想了瞭解氣味對螞蟻誘引效果的影響 所以我們特地調配了添加不同氣味的糖水, 分別加了酒精 香瓜汁以及花生醬, 另外添加藍色色素分便觀察 將 (A)10 % 糖水,(B)10% 糖水添加酒精,(C)10% 糖水添加香瓜汁,(D)10% 糖水添加花生醬等四種液體食物滴在紙盤上 分別放置在校園螞蟻族群編號 no.002 no003 及 no004 處, 觀察 5 分鐘 10 分鐘及 60 分鐘螞蟻取食情形 研究結果 : 觀察發現小黃家蟻最喜歡 (C)10% 糖水添加香瓜汁, 一放下去馬上圍繞取食, 第二個選擇是 (B)10% 糖水添加酒精,(D)10% 糖水添加花生醬是最後的選擇 而熱帶火蟻與小黃家蟻取食的順序不同, 最先取食 (B)10% 糖水添加酒精, 對於 (D)10% 糖水添加花生醬比較晚進行取食, 但是三個螞蟻族群最後都將所以液體食物吃光光 ( 圖 6) 10
no004: 小黃家蟻 no003: 熱帶火蟻 no002: 熱帶火蟻 5 分鐘取食情形 5 分鐘取食情形 5 分鐘取食情形 10 分鐘取食情形 10 分鐘取食情形 10 分鐘取食情形 60 分鐘取食情形 60 分鐘取食情形 60 分鐘取食情形 圖 6 酒精及花生醬添加的糖水溶液與香瓜汁的比較 研究問題七 蛋白質的影響? 研究方法 : 熱帶火蟻的覓食習性喜歡含有較多蛋白質的食物, 因此為了瞭解蛋白質對熱帶火蟻誘引效果的影響, 調配了 (A)10% 糖水添加酒精, 再加入蛋白質及藍色食用色素 (B)10% 糖水添加酒精, 再加入綠色色素 (C) 10% 糖水, 再加入紅色色素, 添加色素目的為方便觀察 將藍色 紅色及綠色等三種液體食物滴在紙盤上 分別放置在校園熱帶火蟻族群處, 觀察螞蟻取食情形 研究結果 : 熱帶火蟻最先取食含但蛋白質的糖水 ( 藍色 ), 但是對所有液體食物都喜歡吃 ( 圖 7-1, 圖 7-2) 11
5 分鐘取食情形 30 分鐘取食情形 圖 7-1 熱帶火蟻取食蛋白質 香瓜香料及草莓香料糖水溶液的情形 圖 8-2 不同時間熱帶火蟻取食 A B C 水溶液的情形 12
伍 討論 1 螞蟻搬移固體食物應該與蟻群的需求和能不能搬的動有關, 由實驗中發現黑頭慌蟻對酵母粉消耗量最多, 可能因含有豐富的維他命 礦物質及蛋白質, 且顆粒小成粉末狀 而糖類, 冰糖 砂糖消耗量分別 0.06g 及 0.05g, 因糖顆粒對黑頭慌蟻而言太大了, 螞蟻無法搬移 另外, 黑頭慌蟻對於未曾取食過的物品, 會好奇的搬回蟻窩, 所以胡椒及鹽也被搬回蟻巢 而奶粉因為受潮, 所以實驗後變重了 2 覓食螞蟻會進行食物搜尋, 因此對於試驗配製各種水溶液, 都會先短暫停留後離去, 再召集更多的蟻群進行取食 黑頭慌蟻取食冰糖水及糖水的螞蟻數量最多, 停留的時間也最久, 因為黑頭慌蟻喜好甜食 但是黑頭慌蟻不喜歡奶粉水, 奶粉泡水後成懸浮狀, 又有點黏性, 可能黑頭慌蟻怕被黏住, 所以不敢去取食 3 黑頭慌蟻群中的覓食蟻在進行覓食時是以 S 型方式前進搜尋, 只要先發現就會先進行取食, 和試驗的糖水放置的遠近位置無關 4 如果以砂糖的甜度為 100 計算, 果糖的甜度比為 173, 蜂蜜的甜度比為 97, 楓糖漿的甜度比為 64 螞蟻對糖的感覺應該與人不同, 對甜度比 173 的果糖最不喜歡, 不管在哪個觀察時間, 圍繞在果糖周圍的螞蟻數都是最少的 螞蟻也不喜歡蜂蜜, 甜度不是決定螞蟻取食的決定因素, 而果糖與蜂蜜是單糖, 砂糖和楓糖是雙糖, 因此糖的種類才是螞蟻決定取食的原因 5 黑頭慌蟻嗜吃甜食, 熱帶火蟻也有同樣的習性, 添加酒精的糖水和無酒精的糖水螞蟻一樣喜歡吃, 但是有酒精的糖水, 螞蟻比較早來吃, 因為酒精的氣味會較快將味道散發 螞蟻最後才選擇添加花生醬的糖水, 因為添加花生醬的糖水比較黏稠, 可能取食比較不容易, 因此先將容易吃的吃完, 最後再取食較黏稠且不易取食的食物 6 熱帶火蟻非常喜歡添加了蛋白質的糖水, 因為熱帶火蟻會進行獵食, 大部分獵物都富含蛋白質, 蛋白質是螞蟻帅體成長必須的營養物質 而我們精心設計各種食物, 螞蟻最後都會以 愛就是把食物吃光光 來回報我們 陸 結論 1 螞蟻會先行選擇容易搬運的食物 2 螞蟻喜歡大部分的糖水, 比較不喜歡同屬於單糖的果糖和蜂蜜 3 距離對螞蟻選擇食物沒有影響 4 螞蟻會先去選擇比較早發現的食物 5 螞蟻會先選擇容易吃到的液體 6 熱帶火蟻喜歡吃有蛋白質的東西 7 進行螞蟻取食偏好, 要在螞蟻進行取食的時間觀察, 最好是早上或是黃昏, 日正當中, 螞蟻都會躲回溫暖的蟻巢 13
柒 參考資料及其他 中文部分林春暉 ( 民 84) 昆蟲的生活 光復書局企業股份有限公司 張永仁 ( 民 87) 昆蟲入門 遠流出版 張碧員 ( 民 88) 台灣昆蟲記 大樹文化出版 蔡承志譯 ( 民 88) 螞蟻. 螞蟻 遠流出版 網站資源螞蟻的家 ( 民 100 年 3 月 15 日 ) 取自: http://www.ant-home.idv.tw/index.html-6.16.html 科學人 ( 民 100 年 3 月 15 日 ) 家屋螞蟻覓食記 取自: http://sa.ylib.com/saeasylearn/saeasylearnshow.asp?fdocno=1468&cl=88 14