109 年 國立臺灣大學園藝系碩士班景觀暨休憩組《園藝學原理與園藝植物生理學》

本題為名詞解釋題，主要在測試考生對園藝學與植物生理學基礎概念的掌握程度。

1. Seed Priming (種子預處理)
   種子預處理是一種在播種前，利用水或其他處理方式，讓種子在可控制的環境下進行部分萌發前階段的處理技術。目的是透過吸水、代謝活化，但不至於長出胚根，待播種後能加速萌發，縮短萌發時間，提高萌發一致性，並可能增加幼苗的活力與抗逆性。常見的預處理方式包括水浸、乾熱處理、化學藥品處理等。
   【答案】種子預處理是播種前，讓種子在可控制環境下進行部分萌發階段的處理，以加速萌發、提高一致性並增強幼苗活力。

2. Parthenocarpy (單性結果)
   單性結果是指植物的果實能在沒有經過授粉和受精作用的情況下發育成熟的現象。這類果實通常沒有種子，或者種子不具發育能力。在園藝上，單性結果的果實（如無籽番茄、無籽葡萄、無籽西瓜）因其食用方便，常被視為優良的栽培品種。單性結果的發生可能與植物體內生長素（auxins）或激勃素（gibberellins）等植物荷爾蒙的異常分泌有關。
   【答案】單性結果是指果實在未經授粉受精下即可發育成熟的現象，常產生無籽果實，園藝上具重要價值。

3. Climacteric Fruit (更年期果實)
   更年期果實是指在採收後，其呼吸速率會呈現一急劇上升的階段（稱為更年期高峰，climacteric rise in respiration），此階段常伴隨有乙烯（ethylene）的產生量增加、果實軟化、顏色改變、風味物質形成等一系列成熟過程。

本題主要考查植物生長素（auxins）的運輸機制及其在植物體內的生理功能。

生長素在植物體內的運移方式：

生長素的運移主要有兩種方式：

1. 極性運輸 (Polar Transport)： 這是生長素最主要的運移方式，具有方向性，通常是從莖的頂端向下或從葉片向下運輸，而不能逆向運輸。這種運輸方式是能量依賴的，需要質子幫浦（proton pump）和生長素載體蛋白（auxin efflux carriers，如 PIN 蛋白家族）的參與。生長素在細胞間的運輸機制是基於質膜上的載體蛋白，將生長素以離子形式（auxinate anion）或分子形式（undissociated auxin）跨膜運輸。在質膜上，質子幫浦將細胞外質子泵入細胞，使細胞質膜內側呈負電位，外側呈正電位，有利於生長素陰離子的跨膜運輸。PIN 蛋白則負責將生長素從細胞內高效地泵出到細胞外，完成極性運輸。
2. 非極性運輸 (Non-polar Transport)： 這種運輸方式沒有明顯的方向性，可以在植物體內任何方向進行，通常發生在韌皮部（phloem）的篩管元素中，與物質的質流（mass flow）一起運輸。生長素也可以透過韌皮部進行長距離運輸，將其從產生部位（如頂芽、幼葉）運輸到作用部位（如根尖、果實）。

生長素的生理機制：

生長素是植物生長發育過程中最重要的植物荷爾蒙之一，其生理機制廣泛，包括：

本題旨在探討園藝作物中整枝與修剪的關鍵目的。

園藝作物整枝與修剪的目的：

整枝（training）與修剪（pruning）是園藝生產中重要的栽培管理技術，其主要目的涵蓋以下幾個方面：

1. 建立優良樹型或植株形態 (Establish Desirable Plant Form)：

   • 整枝： 在植株幼年時期，透過整枝技術，引導其長成符合經濟或觀賞需求的骨架結構，例如，蔬果樹木的開心形、圓形樹冠，或觀賞植物的特殊造型。這有助於後續的生長、結果和管理。
   • 修剪： 透過修剪，去除不良枝條（如徒長枝、競爭枝、交叉枝、下垂枝），維持或調整已建立的樹型。

2. 促進結果與提高產量 (Promote Fruiting and Increase Yield)：

   • 結果枝的培養： 合理的修剪可以去除營養枝，保留或促進結果枝的形成，使養分集中供給結果部位。
   • 通風透光： 透過修剪，改善樹冠內部的通風與透光條件，增加光合作用面積，減少病蟲害發生，有利於花芽分化和果實發育，進而提高產量和品質。

本題主要考查園藝生產中「覆蓋」（mulching）的多元功能。

圍場操作（通常指園藝栽培環境）中「覆蓋」的功能：

覆蓋是指在土壤表面或作物周圍鋪設一層材料（有機或無機），以達到特定栽培目的。其主要功能如下：

1. 抑制雜草生長 (Weed Suppression)： 這是覆蓋最主要的功能之一。覆蓋材料能阻擋陽光照射到土壤表面，使雜草種子無法萌發，或抑制已萌發的雜草生長，從而減少雜草與作物爭奪水分、養分和光照的競爭，並降低除草所需的人力成本。
2. 保持土壤水分 (Moisture Conservation)： 覆蓋層能有效減少土壤水分的蒸發，特別是在乾燥、炎熱的氣候下，能顯著提高土壤保水能力，維持作物根系區域的濕潤，減少灌溉次數。
3. 調節土壤溫度 (Soil Temperature Regulation)：
   • 夏季降溫： 淺色或反光性的覆蓋材料（如銀黑塑膠布）能反射部分陽光，降低土壤表面溫度，避免高溫對作物根系造成傷害，維持根系活動。

本題考查蔬果截切後褐化的原因及其產物的生理功能。

截切後蔬果褐化的產生原因：

蔬果截切後出現的褐化現象，主要是一種酵素性褐變（Enzymatic Browning），其發生需要三個關鍵要素：

1. 酚類化合物 (Phenolic Compounds)： 蔬果的細胞液中含有豐富的酚類化合物，這些物質是植物次級代謝產物，常見的有單寧酸、兒茶素、類黃酮等。
2. 多酚氧化酶 (Polyphenol Oxidase, PPO)： 這是一種存在於蔬果細胞質體（如質體 plastids）中的酵素。
3. 氧氣 (Oxygen)： 當蔬果被截切、撞擊或組織受損時，原本分隔在細胞質體內的 PPO 酵素會與酚類化合物接觸，並在氧氣的存在下，發生氧化反應。

反應過程：
多酚氧化酶催化酚類化合物被氧化成醌類化合物（quinones）。這些醌類化合物非常活潑，會進一步與酚類化合物、胺基酸或蛋白質反應，形成深色的聚合物，即黑色素（melanins），導致蔬果切面呈現褐色或黑褐色。

此類物質（酚類化合物及其氧化產物）對於植物可提供的生理功能：

酚類化合物是植物重要的次級代謝產物，雖然 PPO 催化氧化後的產物（如醌類）可能具有一定的細胞毒性，但其前驅物——酚類化合物本身，在植物體內扮演著多樣且重要的生理功能：

本題主要考查植物水分吸收的機制以及水分對植物生理功能的維持作用。

(1) 植物如何吸水？

植物主要透過根系吸水，其吸水機制涉及以下幾個主要過程：

1. 水分進入根毛細胞 (Water Entry into Root Hair Cells)：

   • 滲透作用 (Osmosis)： 根毛細胞的細胞液濃度通常高於土壤溶液（尤其是在濕潤土壤中），因此水分會透過滲透作用，由水勢較高的土壤溶液進入水勢較低的根毛細胞。
   • 水通道蛋白 (Aquaporins)： 根毛細胞質膜上存在大量的水通道蛋白，這些蛋白質專門負責快速且選擇性地運輸水分子，大大提高了水分進入細胞的效率。

2. 水分在根部的運輸 (Water Transport within the Root)：
   一旦水分進入根毛細胞，它會以兩種主要途徑繼續向內運輸，直至到達木質部：

   • 共質體運輸 (Symplastic Pathway)： 水分從一個細胞的細胞質流向相鄰細胞的細胞質，透過細胞間的胞間連絲（plasmodesmata）進行運輸。這是一個連續的細胞質網絡。
   • 質外體運輸 (Apoplastic Pathway)： 水分沿著細胞壁和細胞間隙進行運輸，不經過細胞質。這條途徑在根皮層細胞之間非常普遍，直到達到內皮層（endodermis）。
   • 內皮層的卡氏帶 (Casparian Strip)： 在內皮層細胞中，細胞壁上存在一種稱為卡氏帶的蠟質條帶，它阻礙了水分和溶解物質沿著質外體運輸。這迫使水分必須進入內皮層細胞的細胞質（共質體途徑），才能進一步進入中柱（stele）並到達木質部。卡氏帶的作用是作為一個篩檢機制，控制哪些物質可以進入維管束。

3. 水分進入木質部 (Entry into Xylem)：
   經過內皮層後，水分進入木質部導管（xylem vessels）和管胞（xylem tracheids）中。木質部是一個連續的管道系統，從根部延伸至莖和葉。

本題考查營養繁殖在園藝上的重要性、目的，以及常見的營養繁殖方法及其操作。

(1) 園藝操作上為何需要使用營養繁殖？

營養繁殖（Vegetative Propagation）是利用植物的營養器官（如根、莖、葉）或其一部分進行無性繁殖。在園藝操作上，使用營養繁殖有其不可替代的優勢和重要性：

1. 保持優良性狀的穩定性 (Maintain Stability of Desirable Traits)： 許多園藝作物（如特定品種的水果、觀賞花卉）擁有優良的性狀，如高產、優質、抗病、特殊花色或香味等。透過營養繁殖，這些性狀可以穩定地遺傳給下一代，而種子繁殖（有性繁殖）可能會發生性狀分離，無法保證子代與親代性狀一致。
2. 加速繁殖速度 (Accelerate Propagation Speed)： 對於一些生長緩慢或需要特定條件才能繁殖的植物，營養繁殖可以更快速地獲得大量植株。例如，許多樹木需要多年才能開花結果，但透過嫁接或扦插，可以快速獲得成熟的繁殖材料。
3. 繁殖不易開花結果或種子繁殖困難的植物 (Propagate Plants Difficult to Flower/Fruit or with Difficult Seed Propagation)： 有些植物品種可能因雜交、基因突變等原因，難以開花或產生有活力的種子；或者其種子萌發率低、萌發困難，甚至不育。營養繁殖是繁殖這些植物的唯一或主要途徑。
4. 獲得特定形態或大小的植株 (Obtain Plants with Specific Morphology or Size)： 透過砧木選擇（如矮化砧木）或特定繁殖技術，可以培育出特定大小、形態的植株，有利於栽培管理、採收或景觀設計。
5. 培育抗病砧木或植株 (Propagate Disease-Resistant Rootstocks or Plants)： 可以選擇具有抗病性的親本進行營養繁殖，培育出抗病能力更強的植株或砧木，提高作物對特定病害的抵抗力。
6. 促進生根與早期生長 (Promote Rooting and Early Growth)： 某些繁殖方法（如嫁接、壓條）可以利用母株已有的根系或發達的莖，使新植株能更快地建立根系並進入生長發育階段，縮短幼苗期。

(2) 營養繁殖有哪些方法？並簡述其操作方法。

營養繁殖方法多樣，可分為自然營養繁殖和人工營養繁殖兩大類。以下列舉常見的人工營養繁殖方法：

1. 扦插 (Cutting)：
   • 方法： 從親本植株上剪取一段具有芽的莖、葉或根，將其插入土壤、水或培養基中，使其生根並長成獨立的植株。