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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    錐果櫟的遺傳-環境-表現型相關性研究
    (2023) 孫沛煒; Sun, Pei-Wei
    環境會顯著地影響樹木的族群歷史 (demographic history) 與遺傳特徵。研究影響族群分佈、遺傳多樣性、局部適應 (local adaptation)、與棲位分化的因子在生物學當中是至關重要的議題。尤其對於在生態系統當中具有重要角色的森林樹木來說,釐清局部適應與氣候變遷衝擊的關聯對於保育及森林管理有關鍵性的功能。在本論文中,我使用錐果櫟 (Quercus longinux) 作為研究物種,以簡化基因組測序 (RAD-Seq) 建構的單核苷酸多態性 (SNPs) 及葉片特徵來探討在異質性棲地間的族群遺傳、棲位分化、和形態變異等議題。依據族群歷史分析的結果,錐果櫟的族群大小變化和基因交流與更新世 (Pleistocene) 的氣候波動有關。由於末次盛冰期 (LGM) 之後氣候變得更加暖活和濕潤,錐果櫟族群在間冰期經歷了族群擴張和更頻繁的基因交流。錐果櫟族群被發現有向北的不對稱基因交流,可能是開花季節時盛行的西南風或冰河歷史使台灣南部族群有較大的族群數量所造成。使用現在的環境因素,地勢 (topology) 造成的阻礙被認為是藉由阻礙種子或花粉的基因交流而引發遺傳分化最重要的因子。高海拔山區被認為是錐果櫟進行基因交流的重要障礙。然而,從適應的角度來看,土壤和氣候相關因子是影響環境相關天擇 (environment-associated selection) 最重要的因子。季節性季風帶來的降水變化和緯度及海拔造成的溫差可能造成局部適應。我也偵測到環境相關天擇的信號和非生物壓力反應(包括乾旱和霜凍)相關功能的基因有關。除遺傳結構外,葉片形態性狀的變異還受土壤和氣候相關因素的影響,而水分可及性的因子是影響葉片個別性狀最重要的環境因素。最後,從未來脆弱性 (future vulnerability) 的預測來看,面對氣候變化,台灣北部的錐果櫟族群可能因大量增的冬季降水而產生適應不良。冬季降水的增加可能會改變物候並且進一步降低基因交流的效率和遺傳多樣性,這些都會對錐果櫟在未來的存續和適應產生有害影響。輔助性基因交流 (assisted gene flow) 將是可能的保育措施之一,但應在具備足夠背景知識的情況下進行,以避免對錐果櫟族群的適應造成意外後果。
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    印度洋-西太平洋的細蕊紅樹親緣地理研究
    (2007) 廖培鈞; Pei-Chun Liao
    紅樹林植物的拓殖與分化受到地質歷史及地形的影響甚鉅,例如,東南亞的細蕊紅樹(Ceriops tagal)即可能同時受到馬來半島的陸地阻隔以及南中國海內的古代地理的影響,形成特殊的族群結構。故本研究利用遺傳方法,以東南亞的細蕊紅樹為模型,回溯印度洋-西太平洋地理區的紅樹林親緣地理關係。以母系遺傳的葉綠體DNA進行偵測,可以避免花粉(父系遺傳)的干擾,有效地追蹤細蕊紅樹胎生苗的流傳方向及地理隔離對其傳播的干擾。五百萬年來馬來半島對南中國海(太平洋)及孟加拉灣(印度洋)沿岸的細蕊紅樹形成有效的地理屏障,造成兩海域間族群的明顯分化;而冰河時期馬來半島與婆羅洲形成巨大的巽他大陸(Sundaland),使現今分布於馬來半島、海南島及婆羅洲等地的細蕊紅樹遺傳同質性高。而阻隔南中國海與安達曼灣的馬來半島最窄處──克拉地峽(Kra Isthmus)僅寬約六十公里,兩岸的細蕊紅樹族群雖明顯的分化並各自享有獨特的基因型,但卻檢測出長距離散播的可能性。嚴格分子鐘的計算與五百萬年前的隔離事件大致吻合,些微的低估可能導因於南中國海與孟加拉灣之間的長距離傳播。根據溯祖理論檢驗出馬來半島南端的族群與其他地區在歷史上有高度的基因交流,亦提供麻六甲海峽為其溝通管道的證據。在兩萬一千年前巽他大陸消失、暹邏灣初形成之際,細蕊紅樹沿著古湄南河口逐漸退縮至現今的暹邏灣沿岸。藉由暹邏灣內的灣流及潮汐力量,胎生苗得以在各族群之間順暢的流動,並藉由族群的拓殖、滅絕等動態變化維持整個暹邏灣內細蕊紅樹的族群穩定,構成一個典型的關聯族群(classical metapopulation)。此外,因週期性的冰河期與間冰期使海平面下降、上升,造成兩海域的族群時而隔離、時而有機會進行長距離的傳播,使其遺傳多樣性得以藉冰河期時的累積突變與間冰期時的基因交換而提高。而孟加拉灣因大陸棚較陡峻、海底較深,因此冰河期海岸變化不大,使其細蕊紅樹族群得以維持穩定。相對地,南中國海因巽他陸棚在冰河期時形成巽他大陸,南中國海面積縮小,間冰期後再度擴張,因此在該海域檢測出族群擴張,但區域之小族群則呈穩定狀態,因此推測其南中國海族群擴張方式主要以拓殖、建立新族群為主,而非增加區域族群之大小。由本研究得知,印度洋-西太平洋的紅樹林的族群遺傳結構的確受到古代地質事件及地形的影響,尤其是南中國海地區,陸棚較淺、較緩,海岸線受冰河影響較大,其族群藉基因交流、拓殖等方式彼此影響,形成關聯族群的結構。因此,根據Levins模型的結論──遷移率的提升有助關聯族群的維持,建議在開發港口、工廠之餘,東南亞各國宜保護各海岸的自然環境,提供紅樹林擴散的踏腳石,提高其遷移率,以維持其關聯族群的穩定性。
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    台灣稜果榕授粉蜂的末次冰期高峰後族群擴張與低族群分化之遺傳證據
    (2007) 林容仟; Rong-Chien Lin
    發生於末次冰河時期的氣候波動,被認為對於現今生物的族群變化以及遺傳多樣性的程度上,有很深遠的影響。直至目前為止,這類相關的研究大都以歐洲或北美洲的溫帶物種為主,相較之下,對於亞熱帶以及熱帶地區的生物如何受到冰河作用的影響,我們在這方面的知識是較為缺乏的。因此,本研究以亞熱帶地區的一種稜果榕授粉蜂(Ceratosolen sp. 1)為研究對象,藉由探討稜果榕授粉蜂的族群變動歷史、長期以及近期的基因交流,以瞭解最近的冰河作用如何影響一個亞熱帶物種的族群變化和當代的遺傳結構。我們使用來自於219個體的粒腺體COI基因序列片段 (1052 bp)以及398個體在15個微衛星體基因座的基因型等遺傳資料,進行分析。族群變動歷史的重建結果顯示,稜果榕授粉蜂曾經歷過一次顯著的族群成長,發生在距今大約兩萬七千年前;接著在兩萬一千年前左右,也就是最近的冰期高峰之後,此成長幅度開始劇烈地增加,直到距今約一萬年前,族群趨於穩定。此結果說明,稜果榕授粉蜂的族群變動歷史與發生在台灣的末次冰期氣候變動具有緊密的相連性,並且對於末次冰期如何影響亞熱帶物種的議題上,提供了一個明確的例子。在族群數量的變化大小方面,我們發現冰河時期前後,稜果榕授粉蜂的族群大小差異,將近一千倍左右。此結果顯示了在最近一次冰河時期發生時,稜果榕授粉蜂與其宿主的族群是高度被壓縮以及破碎化的。冰河時期後的族群數量與分布空間的擴張也可能是造成稜果榕授粉蜂族群間並不存在遺傳分化(FST< 0.02)的部分原因。根據現生個體的來源族群推測,發現稜果榕授粉蜂具有長距離擴散的可能性以及族群間低比例的第一代遷入者。綜合我們的結果推測,現今觀察到稜果榕授粉蜂的族群結構是同時受到最近一次冰河時期結束之後氣候變動以及授粉蜂擴散能力的影響。除此之外,本研究亦觀察到稜果榕擁有多種授粉蜂,而關於此現象在演化上的意涵,也於此篇報告中一併陳述。