108 年 國立臺灣大學園藝系碩士班作物甲組《園藝學原理》

此題考查微量元素鎳 (Nickel, Ni) 在植物體內的角色及其潛在的毒害效應。

核心觀念：
鎳是植物必需的微量元素之一，在特定生理生化過程中扮演重要角色，但過量時也會產生毒性。

詳解：

• 作用：
  1. 尿素酶 (Urease) 的輔因子： 鎳是尿素酶的必要組成部分。尿素酶是催化尿素水解產生氨 (ammonia, NH$_3$) 和二氧化碳 (carbon dioxide, CO$_2$) 的酶。在植物體內，尿素是氮代謝的中間產物，尿素酶的作用對於將尿素轉化為植物可吸收利用的銨離子 (ammonium ion, NH$_4^+$) 至關重要。沒有足夠的鎳，尿素的代謝會受阻，影響氮的利用效率，甚至導致尿素在植物體內累積，造成毒害。
  2. 其他酵素活化： 鎳也被認為是其他一些酶（如過氧化物酶 peroxidase）的激活劑，參與植物的抗氧化防禦系統。

此題考查果樹栽培中，對植株進行「整枝」（training）與「修剪」（pruning）的目的與重要性。

核心觀念：
整枝與修剪是果樹栽培管理中不可或缺的技術，旨在透過人為干預，塑造樹體結構、調節生長與結果，以達到提高產量、品質及管理便利性等目標。

詳解：

果樹生產需要進行 training (整枝) 和 pruning (修剪) 的主要原因包括：

1. 建立理想的樹體結構 (Structure Establishment)：

   • Training (整枝)： 主要在幼樹時期進行，透過引導主枝、側枝的生長方向和角度，建立穩固、通透、樹冠開闊的骨架。這有助於確保樹體未來能承受果實的重量，並使陽光能均勻照射到樹冠的各個部位。
   • Pruning (修剪)： 雖然修剪也包含在整枝過程中，但更側重於後續的維護和調整。

2. 促進光照與通風 (Improve Light Penetration and Air Circulation)：

   • 適當的修剪可以移除過密、交叉、重疊或向內生長的枝條，打開樹冠，讓陽光能穿透至樹冠內部，促進葉片進行光合作用，提高果實著色和糖分累積。
   • 良好的通風有助於降低濕度，減少病蟲害發生的機會。

3. 調節樹勢與結果量 (Regulate Vigor and Fruiting)：

   • 控制樹勢 (Vigor)： 過度旺盛的生長（徒長）會消耗養分，不利於結果。修剪可以去除部分旺盛枝條，將養分導向結果枝。

此題考查「Curing」的定義，以及其在園藝植物繁殖與採收處理中的重要性。

核心觀念：
Curing 是一種處理過程，旨在促進傷口癒合、減少水分散失、誘發特定生理變化，以提升儲藏壽命、品質或繁殖效率。

詳解：

• Curing 的定義：
  Curing（中文常譯為「處理」、「催熟」、「癒合」或「乾燥」）是指在採收後，對某些園藝產品（特別是球根、塊莖、果實、種子等）進行一段時間的特定環境處理（通常是溫暖、通風、有時伴隨較高濕度或特定氣體條件），目的是為了：

  1. 促進傷口癒合： 採收過程中產生的機械損傷（如切口、擦傷）會導致水分散失和病原菌入侵。Curing 能夠刺激細胞分裂和組織再生，形成保護層（如栓質層 suberization），封閉傷口，減少水分蒸發和病原菌感染。
  2. 誘發生理變化： 某些植物組織在採收後需要經過 curing 才能達到最佳的儲藏品質或種子發芽能力。例如，馬鈴薯塊莖的澱粉轉化為糖，或是種子的後熟（after-ripening）。
  3. 降低水分含量： 對於某些需要長期儲藏的產品，curing 過程也包含適度的乾燥，以降低水分含量，抑制呼吸作用和微生物生長。

• 在園藝植物繁殖與採收處理中的重要性：

  1. 繁殖材料處理 (Propagation Material Treatment)：
     • 球根、塊莖、鱗莖 (Bulbs, Tubers, Corms)： 例如馬鈴薯、洋蔥、種子馬鈴薯（seed potatoes）等。採收後，通常需要進行一段時間的 curing。
       • 重要性：
         • 傷口癒合： 封閉採收時造成的傷口，防止病原菌侵入，減少腐爛。
         • 降低呼吸作用： 癒合過程有助於減緩組織的呼吸速率，延長儲藏壽命。

此題考查落葉果樹落葉的環境因子與內生激素調控機制。

核心觀念：
落葉是落葉果樹在特定季節（通常是秋季）的正常生理現象，是環境訊號（如日照、溫度）與內生激素相互作用的結果，目的是為了適應不利環境（寒冷、乾旱）並保存能量。

詳解：

落葉果樹的落葉是一個複雜的生理過程，受到環境因子和內生激素的協同調控。

• 環境因子 (Environmental Factors)：

  1. 日照長度 (Photoperiod)： 秋季日照時數逐漸縮短是觸發落葉的重要訊號。短日照會抑制生長素的合成，同時可能促進離層素的產生。
  2. 溫度 (Temperature)： 低溫是另一個重要的觸發因子。當氣溫持續下降，特別是經歷霜凍後，會加速落葉過程。低溫可以促進乙烯的合成，並影響激素的平衡。
  3. 水分 (Water Availability)： 乾旱也會誘發落葉，作為一種減少水分散失的適應性反應。雖然落葉果樹主要是在秋季因季節變化落葉，但極端乾旱也可能提前或加劇落葉。

• 內生激素 (Endogenous Hormones)：
  落葉的機制涉及兩種主要激素的平衡變化：生長素 (Auxin) 和離層素 (Abscisic Acid, ABA)。此外，乙烯 (Ethylene) 和細胞分裂素 (Cytokinin) 也參與其中。

  1. 生長素 (Auxin)：

     • 作用： 在生長季節，葉片中的生長素合成量較高，能維持葉片與枝條之間的連接，抑制離層的形成。生長素會抑制離層素的作用。
     • 機制： 隨著日照縮短和低溫，葉片中的生長素合成量下降，同時生長素向葉柄基部的運輸效率也可能降低。

  2. 離層素 (ABA)：

     • 作用： ABA 是誘導落葉的主要激素。它在葉片中合成，並在離層（abscission zone，位於葉柄基部）積累。

此題考查對植物地下儲藏器官變態的理解，特別是 rhizome、corm、tuber 和 bulb 這四種結構的區別、來源及應用。

核心觀念：
這些都是植物為了儲藏養分、無性繁殖或度過不利環境而發生的器官變態，但它們的來源（莖或根）、結構特徵、生長方式和儲藏部位有所不同。

詳解：

此題考查植物花性（photoperiodism）的分類，以及其對開花時間的影響。

核心觀念：
花性是指植物對日照長度（或日照與黑暗週期的相對長度）的反應，進而決定其開花時間。這是植物適應季節變化的重要機制。

詳解：

植物的花性（photoperiodism）主要根據植物對日照長度的反應，可分為以下幾類：

1. 長日照植物 (Long-day plants, LDPs)：

   • 定義： 這些植物需要在日照長度超過某個「臨界日長」(critical day length) 時才能開花。換句話說，它們需要較長的白天和較短的夜晚。
   • 機制： 臨界日長通常是 12-14 小時。超過此長度，植物才會誘導開花。
   • 例子： 許多春季或夏季開花的植物，如菠菜 (spinach)、萵苣 (lettuce)、小麥 (wheat)、大麥 (barley)、牽牛花 (morning glory)。

2. 短日照植物 (Short-day plants, SDPs)：

   • 定義： 這些植物需要在日照長度低於某個「臨界日長」時才能開花。換句話說，它們需要較短的白天和較長的夜晚。
   • 機制： 臨界日長通常是 10-12 小時。當白天長度低於此值，夜晚長度超過某個閾值時，植物才會誘導開花。
   • 例子： 許多秋季或冬季開花的植物，如菊花 (chrysanthemum)、大豆 (soybean)、玉米 (corn)、草莓 (strawberry，部分品種)、一品紅 (poinsettia)。

3. 日中性植物 (Day-neutral plants, DNPs)：

   • 定義： 這些植物的開花對日照長度不敏感，它們的開花時間主要受其他因素（如溫度、植株發育階段）的影響。
   • 機制： 無論日照長度如何變化，只要達到適當的發育階段和環境條件，這些植物就會開花。
   • 例子： 番茄 (tomato)、黃瓜 (cucumber)、豌豆 (pea)、玫瑰 (rose，多數品種)、棉花 (cotton)。

此題考查「敷蓋」（mulching）技術在園藝作物栽培中的限制或缺點。

核心觀念：
Mulching 是一種常見的園藝管理技術，通過在土壤表面覆蓋一層材料，可以帶來諸多益處，如保濕、抑制雜草、調節土溫等。然而，它也並非沒有缺點或限制。

詳解：

Mulching（地面敷蓋）雖然有很多優點，但在實際應用中也存在一些限制，主要包括：

1. 成本與勞力投入 (Cost and Labor Input)：

   • 材料成本： 購買有機（如稻草、木屑、樹皮、堆肥）或無機（如塑膠布、地膜、碎石）敷蓋材料需要一定的經濟投入。
   • 鋪設勞力： 將敷蓋材料均勻、有效地鋪設在作物行間或周圍，需要耗費大量的人力或機械操作時間。對於大規模生產，這可能是一筆可觀的開銷。

2. 病蟲害傳播與發生風險 (Risk of Pest and Disease Transmission/Development)：

   • 病原菌滋生： 有機敷蓋材料在潮濕環境下，可能成為某些病原菌（如真菌、細菌）的溫床，增加作物感染病害的風險。
   • 害蟲棲息： 敷蓋層可以為一些害蟲（如蝸牛、蛞蝓、某些節肢動物）提供隱蔽和繁殖的場所，可能導致害蟲密度增加，進而損害作物。
   • 傳播媒介： 如果敷蓋材料本身帶有病原體或蟲卵，可能會將其傳播到田間。

3. 水分管理問題 (Water Management Issues)：

   • 過度保濕： 雖然保濕是優點，但過厚的敷蓋層，尤其是在排水不良的土壤上，可能導致土壤水分長期過高，影響根系呼吸，甚至引發根腐病。
   • 水分蒸發影響： 某些類型的敷蓋（如深色塑膠布）可能過度吸收太陽熱能，導致地溫升高，反而增加土壤表層水分的蒸發，或對作物根系造成傷害。
   • 灌溉不均： 敷蓋層可能會影響水分在土壤中的分佈，導致灌溉不均。

4. 土壤通氣性與肥力影響 (Soil Aeration and Fertility Impact)：

此題考查馬鈴薯儲藏溫度對其食用品質（鮮食與炸薯片）的影響及其生理生化原因。

核心觀念：
馬鈴薯的儲藏溫度，尤其是低溫，會顯著影響其澱粉和糖的代謝，進而改變其烹調後的顏色、質地與風味。

詳解：

馬鈴薯的儲藏溫度對其鮮食和炸薯片的品質有重要影響，這主要與低溫誘導的澱粉向還原糖轉化過程有關。

• 高溫儲藏 (High-Temperature Storage, 約 7-10°C 或更高)：

  • 對鮮食品質的影響：
    • 質地： 烹調後質地較鬆軟，水分含量相對較高。
    • 風味： 較為清淡，澱粉味較明顯。
  • 對炸薯片品質的影響：
    • 顏色： 炸後顏色較淺，接近金黃色。
    • 原因： 在較高溫度下，馬鈴薯的呼吸作用和發芽速率較快，但澱粉酶活性相對較低，澱粉轉化為糖的過程較慢。因此，塊莖內澱粉含量相對較高，糖含量較低。在油炸時，糖分不足以進行過度的美拉德反應 (Maillard reaction) 和焦糖化反應 (caramelization)，故顏色較淺。

• 低溫儲藏 (Low-Temperature Storage, 約 4-7°C)：

  • 對鮮食品質的影響：
    • 質地： 烹調後質地可能變得較硬、較黏，有時帶有甜味。
    • 風味： 甜味增加，澱粉味減弱。
  • 對炸薯片品質的影響：
    • 顏色： 炸後顏色較深，可能呈現深棕色甚至焦黑色。
    • 原因： 在 4-7°C 的溫度下，馬鈴薯塊莖的呼吸作用會減緩，但澱粉酶（如澱粉磷酸化酶 starch phosphorylase）的活性相對較高，同時乙烯的產生也可能增加，這些因素共同作用，誘導澱粉（聚合物）大量分解轉化為還原糖（如葡萄糖、果糖）和蔗糖。當這些還原糖含量升高後，在油炸高溫下，會迅速發生美拉德反應和焦糖化反應，導致薯片顏色變深，甚至出現焦黑。
    • 口感： 顏色加深通常伴隨質地改變，可能變得較脆，但過深的顏色意味著過度烹調，可能產生丙烯醯胺 (acrylamide) 等不良物質。

此題考查農作物需水量 (Crop Water Requirement) 和水分利用效率 (Water Use Efficiency) 的定義，以及兩者之間的關係。

核心觀念：
農作物需水量是作物生長所需的水量總和，而水分利用效率是衡量作物有效利用水分的指標。兩者是評估作物抗旱性、灌溉管理和水資源利用的重要參數。

詳解：

1. 農作物需水量 (Crop Water Requirement, CWR)：

   • 定義： 指在特定作物、特定生育期、特定氣候條件和管理措施下，作物生長發育所需要的水量總和。它主要包含兩個部分：
     • 蒸散量 (Evapotranspiration, ET)： 作物通過蒸騰作用（葉片表面水分蒸發）和土壤表面水分蒸發（土壤蒸發）所散失的水分。這是 CWR 的主要組成部分。
     • 水分利用量 (Water Use for Biomass Production)： 作物吸收並用於光合作用、細胞結構形成等生理過程的水分。這部分通常佔總需水量的比例很小（約 1-2%）。
   • 影響因素： 氣候條件（溫度、濕度、風速、日照）、作物種類、生育階段、土壤性質、栽培管理（如施肥、覆蓋）等都會影響 CWR。

2. 水分利用效率 (Water Use Efficiency, WUE)：

   • 定義： 指作物在一定時間內，通過生理過程（主要是光合作用）所生產的乾物質量（或生物量、產量）與所消耗的水量（通常指蒸散量 ET）之比。
   • 計算公式：
     $WUE = \frac{\text{乾物質生產量 (Dry Matter Production)}}{\text{蒸散量 (ET)}}$
     或
     $WUE = \frac{\text{作物產量 (Yield)}}{\text{蒸散量 (ET)}}$
     （視乎研究目的，可使用乾物質總量或特定產量作為分子）
   • 單位： 通常表示為 kg/ha/mm 或 g/m²/mm。
   • 意義： WUE 越高，表示作物利用每單位水量生產乾物質或產量的能力越強，即水分利用越有效率。

3. 兩者之間的關係：

   • CWR 是基礎，WUE 是效率： CWR 描述的是作物「需要多少水」，而 WUE 描述的是作物「利用這些水能產生多少效益」。
   • 潛在的權衡關係：

此題考查種子生產者為確保農民播種後種子能快速、整齊發芽且幼苗健壯所採取的技術，以及這些技術的限制。

核心觀念：
種子生產的目標不僅是生產高產的種子，更要確保種子具有優良的生理品質，包括高發芽率、整齊發芽、快速萌發和幼苗活力。這需要從種子處理、儲藏到推廣的各個環節進行管理。

詳解：

種子生產者可以採用多種方法來提升種子品質，確保農民播種時獲得良好的萌發與幼苗生長：

一、 提升種子品質的方法：

1. 優良的親本選擇與田間管理：

   • 方法： 選擇基因型優良、抗病蟲害能力強的親本；在田間進行精細化管理，包括適時灌溉、施肥、病蟲害防治，確保種子在成熟過程中獲得充足的營養和健康環境。
   • 目的： 產生生理品質高的種子，儲藏養分充足，種胚發育完善。

2. 適時採收與乾燥：

   • 方法： 在種子達到最佳成熟度（生理成熟，但尚未過熟）時及時採收。採收後進行適當的乾燥處理，將種子水分含量降低至安全儲藏水平（通常為 8-15%，視種子類型而定）。乾燥過程應溫和，避免高溫損害種胚。
   • 目的： 阻止種子衰老，降低呼吸作用，防止黴變，為長期儲藏打下基礎。

3. 種子處理 (Seed Treatments)：

   • 包衣 (Seed Coating)：
     • 方法： 在種子表面包裹一層保護層，通常包含殺菌劑、殺蟲劑、生長調節劑、微量元素、緩釋肥料等。
     • 目的： 提高種子活力，保護種胚免受病蟲害侵害，提供幼苗早期生長所需的養分，改善播種性能（如均勻性）。
   • 藥劑處理 (Seed Dressing)：
     • 方法： 在種子表面噴灑殺菌劑、殺蟲劑等。
     • 目的： 殺滅種子攜帶的病原菌和害蟲，預防苗期病蟲害。
   • 浸種催芽 (Seed Priming/Soaking)：
     • 方法： 在播種前將種子在特定溶液（如水、生理鹽水、PEG 溶液、或含有生長調節劑的溶液）中浸泡一段時間，然後取出並在一定溫度下催芽，使其達到近乎萌發的狀態（如胚根剛伸出），再進行乾燥或立即播種。
     • 目的： 縮短種子在田間的萌發時間，提高萌發的整齊度，減少苗期遭受病蟲害的風險。
   • 擠壓處理 (On-Farm Drying/Conditioning)：