109學年度臺中市中小學科學展覽會 作品說明書 科 別：生物科 組 別：國中組 作品名稱：五顏六色—探討大頭金蠅取食時的顏色偏好 關 鍵 詞：大頭金蠅、顏色偏好 編 號： 摘要 開花植物中有87.5%必須藉由動物授粉，但近年蜜蜂數量減少加劇糧食危機，在台灣 除了蜜蜂外，農民會利用大頭金蠅進行芒果及棗子授粉，本研究我們探討大頭金蠅在取食上 是否有偏好的顏色，我們利用各種波長搭配糖水進行探討，黑色對於吸引大頭金蠅效果最差 (7.8%±1)、其餘紅色為22.8±1.5%、黃色14.9±3.5%、白色17.5±3.5%、綠色15.7±5.3%及藍色20.9± 4.4%，除黑色外其他顏色並無明顯差異，此結果與赤銅綠蠅取食偏好相同， 我們認為大頭 金蠅在取食上除了顏色外，仍會受到其他因素影響，且應同赤銅綠蠅具有分辨顏色及學習能 力，本實驗未來可以運用在植物授粉上以因應傳粉昆蟲減少所帶來的危機。 壹、研究動機 一、實驗動機 蜜蜂是廣為人知的基石物種(Keystone species)，它的授粉行為影響著生態系中許多的生 物，目前報告指出蜜蜂和蝴蝶的數量正在急速地減少，有37%的蜜蜂種類和31%的蝴蝶種類 持續減少(IPBES，2016)，然而開花植物中有87.5%皆必須藉由動物授粉(Jeff Ollerton et al， 201 1)，幾乎所有的水果和蔬菜都必須依賴授粉，蜜蜂的減少將會加劇人類的糧食危機。然而除 了蜜蜂外，依然有許多昆蟲具有傳粉的行為，如：蛾、食蚜蠅、蝴蝶、甲蟲及虻.......等。(W alton RE et al，2020)、(吳子淦，2002)、(羅峰，2003)，在台灣及澳洲的農民會利用大頭金蠅 來進行芒果樹及棗子的傳粉工作(RM Gabre et al，2005)，因此我們想探討大頭金蠅在訪花時 是否有偏好的花朵顏色，並且是什麼因素影響大頭金蠅的選擇，在其他相似研究當中T Fukus hi於1989年指出赤銅綠蠅(Lucilia cuprina)在訓練前對於黃色紙卡造訪頻率最高；綠色紙卡最 低，但目前仍未有關於大頭金蠅偏好顏色之研究，因此我們想探討大頭金蠅取食時是否有偏 好的顏色。 二、背景介紹 (一) 實驗動物簡介 大頭金蠅(Chrysomya megacephala)屬於麗蠅科 (Calliphoridae)中的雙翅目昆蟲，為臺灣平 地、都市地區最常見之麗蠅種類。其數量多、適應力強，成蟲體長 8－10 mm，身軀粗壯並 呈現藍色或綠色金屬光澤，雌、雄蟲可由複眼之離合方式來區分，雌性的複眼未緊連稱為離 眼型(dichoptic)，雄性的複眼緊連稱為合眼型(Holoptic)(圖1)(圖2)，幼蟲為蛆形，顏色為白 色，身體不具骨化能以伸縮爬行，腹部第8-10節有肉質狀突起，一般棲息動物屍體、腐肉或 糞便裡。喜歡取食腐敗物質，三齡幼蟲老熟後，會停止取食，離開取食地點，四處爬行散布 以尋找適合化蛹地點。大頭金蠅發育時間從卵至羽化在夏天及冬天需時約9.8天及11天(Shabn amnaz Siddiki,2017)，在溫暖的環境下越快羽化，反之在寒冷的環竟會發育遲緩。 1 圖1 大頭金蠅─雄性 圖2 大頭金蠅─雌性 (二) 實驗架構圖 圖3 實驗架構圖 貳、研究目的 一. 探討大頭金蠅取食時對於顏色的偏好 2 參、研究設備及器材 一、實驗設備及器材 名稱 備註 大頭金蠅 (Chrysomya megacephala) 購自兄弟釣具店(三齡幼蟲) 濕度感測器 購自台灣物聯網 溫度感測器 購自台灣物聯網 恆溫培養箱 購自海山儀器公司 昆蟲培養箱 (寬30 x 長30 x 高30公分) 購自Bugdorm 昆蟲培養箱 (寬40 x 長40 x 高40公分) 購自Bugdorm 複式顯微鏡 購自金益萬數位儀器行 解剖顯微鏡 購自金益萬數位儀器行 SciView 手機光譜儀 購自科學marker 船型開關 購自鴻集蕊電子 0.5毫米單心線(紅色) 購自台灣物聯網 3mm F3 紫色LED 395nm 購自鴻集蕊電子 3V 鋰電池 2032 購自鴻集蕊電子 Φ9公分、6公分培養皿 直徑9公分和直徑5.8公分 5mm F5 365nm LED 購自鴻集蕊電子 5mm F5 白光 LED 購自鴻集蕊電子 黑色絕緣膠帶 購自台灣物聯網 酵母粉 購自全聯福利社 各色色紙(白，黑，黃，藍，綠，紅) 購自文具店 特級白砂糖 購自全聯福利社 鰻魚魚粉 購自兄弟釣具店 洋菜粉 購自家樂福 表1 3 肆、研究過程或方法 二、實驗方法與過程 (一)大頭金蠅培養 1. 將0.8克的洋菜粉、20克魚粉及8克酵母粉加入至80毫升水中進行加熱。 2. 在加熱的過程中，以攪拌棒攪拌加速混和，沸騰後靜置冷卻再放入大頭金蠅的 培養箱中。 3. 室溫培養，直至進入前蛹期。 4. 以鑷子挑選前蛹放入Φ9公分培養皿中直至成蟲。 5. 將砂糖與水比例3：7攪拌至砂糖溶解，以棉花球沾取放入培養箱作為成蟲食 物，每兩天更換糖水棉球。 (二)大頭金蠅麻醉方式 1. 將大頭金蠅培養箱放入冰箱-18℃冷凍庫5-10分鐘麻醉。 2. 再利用水彩筆沾取移入實驗用飼養箱進行後續實驗。 (三)實驗裝置設計 1. 將Φ9cm培養皿的側邊以美工刀切割出3公分的開孔，將船型開關放入並以熱熔 膠黏妥。 2. 將單心線剝線並連接發光二極體之正負極串聯船型開關及3V鋰 池。 3. 將培養皿上蓋並以黑色絕緣膠帶黏妥防止漏光。 4. 用膠帶將色紙黏貼在培養皿上蓋的上方，並在色紙上再放一個培養皿。 5. 在培養皿中間放入沾了糖水的棉花球進行實驗。 4 圖4 實驗裝置 圖5 實驗裝置模擬圖 作者自行拍攝 作者利用tinkercad模擬 (四)手機光譜儀校正與色紙之色光分析 1. 將手機鏡頭與SciView 手機光譜儀結合。 2. 利用手機光譜儀測量PHILIPS 5W省電燈泡。 3. 利用Image J讀取照片並進行光譜儀校正。 (1) 圈選圖中色光條帶位置以Image->Duplicate 複製。 (2) Analyze->Plot Profile 如圖7。 圖7 (3) 依照CFL light光譜，在圖中標記436nm、486nm及546nm。 (4) 以Analyze->Tools->Curve Fitting計算。 (5) 利用Microsoft Excel校正波長。 (6) 依序測量各色紙波長。 5 (五)大頭金蠅取食時對於顏色的偏好 1. 將計數好的大頭金蠅暫停提供食物2日僅提 供沾水棉花球。 2. 將黏有各色紙的LED培養皿上放入糖水棉花 球再放入飼養箱中，並於培養箱上方放置 手機進行錄影。 3. 在25℃恆溫培養箱中進行取食實驗15分鐘， 並記錄各色光LED培養皿中大頭金蠅造訪的 圖6 次數。 伍、研究結果 作者自行拍攝 一、色紙光譜分析 圖7 色紙光譜分析 作者自行繪製 6 實驗環境 二、探討大頭金蠅取食時對於顏色的偏好 表1 大頭金蠅取食的顏色偏好 作者自行繪製 圖8 大頭金蠅取食的顏色偏好 從此實驗中我們發現大頭金蠅在取食時候，紅色、黃色、白色、綠色及藍色的光源無明顯差 異，唯黑色除外。另外大頭金蠅造訪黑色卡紙及紅色卡紙的次數其標準差最小，但綠色卡紙 的標準差最高。 7 陸、討論 在本次實驗中發現大頭金蠅取食時，除了黑色造訪率遠低於其他顏色之外，牠們對顏 色並無特別的取食偏好，此結果與Tsukasa Fukushi(1989)的赤銅綠蠅(Lucilia cuprina)研究相 符，Tsukasa Fukushi研究中赤銅綠蠅可以藉由糖水與色紙訓練達到分辨黃色以及藍色，並且也 推論赤銅綠蠅的選擇除了與顏色有關之外，也可能受到環境亮度的刺激，在我們進行研究時 也發現，環境中的燈源會造成大頭金蠅的趨光行為，以至於後續實驗我們皆在暗室中以色卡 上的燈源進行實驗。 圖9 蜜蜂複眼感光細胞光譜感度 圖10 大頭金蠅複眼內受器光譜感度 Karl von Frisch曾以蜜蜂進行行為學實驗，證實蜜蜂複眼中小眼內每個感光細胞具備不 同光譜的感度(圖9)，該複眼即可能具有分辨不同波長的色覺能力，Kirschfeld指出大頭金蠅的 視覺受器可以分為R1-R6在約350nm及500nm有吸收的高峰，受器R7p及R7y對紫外線波長也有 吸收高峰，R8p則是在450nm、R8y則是在550nm的位置(圖10)，在本次實驗中尚未探討400nm 波長的光源對於大頭金蠅取食是否有影響，因此後續的實驗我們會加入紫外光與鎢絲燈光一 同進行實驗並比較，確定紫外光是否為大頭金蠅取食的線索之一。另外台灣的果農在利用大 頭金蠅授粉時，會取得市場中的魚頭進行腐敗以吸引環境中的大頭金蠅，因此我們認為氣味 可能也是影響大頭金蠅取食的條件之一 ，未來可以加入氣味等變因一同進行實驗，以確定 影響大頭金蠅取食的因素為何。 8 柒、結論 一、以簡易光譜儀及ImageJ軟體分析各種顏色色紙搭配白光LED燈的波長，並藉由各種色光 發現大頭金蠅在取食時不偏好黑色，但對其他顏色並無明顯偏好，顏色並非大頭金蠅取 食的唯一要素。 二、實驗結果與Tsukasa Fukushi(1989)的赤銅綠蠅(Lucilia cuprina)研究相符，未來可嘗試以不 同顏色訓練大頭金蠅取食，使大頭金蠅在傳粉上發揮更好的效率。 捌、參考文獻資料及其他 一、英文期刊 1. 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