111 年 國立臺灣大學園藝暨景觀學系碩士班園產品處理及利用組《園藝學原理與園藝植物生理學》

本題旨在釐清學生對於植物內源性生長調節物質（植物荷爾蒙）與外源性添加的生長調節物質（植物生長調節劑）之間的定義、特性與應用差異的理解。

核心觀念： 植物荷爾蒙是植物體內自行合成、傳遞並調控生長發育的訊號分子，而植物生長調節劑則是人類為了調控植物生長而外加的化學物質，其作用機制與植物荷爾蒙相似或不同。

解題步驟：

1. 定義與異同比較：
   • 植物荷爾蒙 (Plant hormone/phytohormone)：
     • 定義： 由植物體內合成，並在極低濃度下就能對植物的生長、發育及對環境刺激的反應產生顯著影響的有機化合物。它們通常由特定器官產生，透過質流或韌皮部運輸至作用部位，發揮訊號傳導作用。
     • 種類： 主要包括生長素 (auxin)、吉貝素 (gibberellin, GA)、細胞分裂素 (cytokinin, CK)、離層素 (abscisic acid, ABA) 和乙烯 (ethylene)。
     • 特性： 內源性、生理性、低濃度高活性、多樣性作用（一種荷爾蒙可能有多種功能，一種生理反應也可能受多種荷爾蒙交互影響）、專一性與非專一性。
   • 植物生長調節劑 (Plant growth regulator, PGR)：
     • 定義： 指任何用於調節植物生長過程的物質或混合物，無論其為天然或合成的，以及是否為植物荷爾蒙本身。然而，在園藝及農業實務上，PGR 通常專指「外源性」施用的、具有調控植物生長發育作用的化學物質，其中許多是模擬或干擾植物荷爾蒙作用的合成物。
     • 種類： 包含模擬植物荷爾蒙的合成物（如合成生長素 IAA 的衍生物、合成吉貝素、合成細胞分裂素、合成離層素、乙烯發生劑等）以及其他非荷爾蒙類型的調節劑（如植物生長抑制劑、萌發抑制劑等）。
     • 特性： 外源性、可調節性、作用濃度範圍可能較廣、可針對特定目的設計、可能具有非生理性或毒性作用（高濃度時）。
   • 異同點：
     • 相同之處：
       • 作用機制：許多 PGR 的作用模式是模擬或干擾植物荷爾蒙的訊號傳導路徑。
       • 調控功能：兩者都能調控植物的生長、發育、分化、開花、結果、抗逆性等。
       • 應用目的：都可用於提高作物產量、改善品質、促進或抑制特定生長行為。
     • 不同之處：
       • 來源： 荷爾蒙是植物體內「自行合成」的；PGR 通常是「外源性添加」的（雖然植物荷爾蒙本身也可作為 PGR 使用）。
       • 專一性： 植物荷爾蒙是植物體內調控的「天然訊號」；PGR 則可能是合成物，其作用可能更廣泛或更具侵入性。

本題主要探討在氣候變遷導致的全球暖化背景下，園藝作物如何應對高溫逆境的挑戰。

核心觀念： 高溫逆境會對植物的生理代謝、生長發育、繁殖能力及產品質量造成嚴重影響。克服高溫逆境需要從品種選擇、栽培管理、環境控制等多方面著手。

解題步驟：

1. 高溫逆境對園藝作物的主要影響：

   • 生理代謝： 光合作用效率下降（RuBisCO 活性受影響、氣孔關閉）、呼吸作用增強（能量消耗大）、水分散失加劇（蒸散作用增強）、蛋白質變性、膜脂流動性改變、活性氧 (ROS) 產生過多，導致細胞損傷。
   • 生長發育： 生長緩慢甚至停滯、開花不良、授粉結實率降低、果實發育異常（如著色不良、畸形、軟化）。
   • 產物質量： 產量下降、風味物質合成受阻、營養成分（如維生素、糖分）減少、採後貯藏性變差。

2. 克服高溫逆境的對策舉例：

   • A. 品種選育與選擇：

     • 對策： 選育或選擇對高溫具有較強耐受性的品種。這些品種可能具有：
       • 較高的光合作用穩定性。
       • 更強的抗氧化能力，能有效清除高溫產生的活性氧。
       • 較低的蒸散速率或較高的水分利用效率。
       • 良好的授粉結實能力，即使在高溫下也能保持一定的繁殖效率。
       • 較高的熱穩定性蛋白質（如熱休克蛋白 HSPs）。
     • 舉例： 在番茄育種中，篩選耐高溫、高濕下也能保持良好授粉坐果的品種；在水稻育種中，選育抽穗期耐高溫的品種。

   • B. 栽培管理措施：

     • 對策： 調整栽培方式以減輕高溫影響。
     • 舉例：
       • 遮陰： 在夏季高溫時期，利用遮陽網（如 30-50% 遮光率）降低日照強度和溫度，減少葉片溫度，避免灼傷。適用於葉菜類、瓜果類及某些觀賞植物。
       • 覆蓋： 使用地膜（如銀黑色地膜）或有機覆蓋物（如稻草、牧草），可以降低土壤溫度，減少水分蒸發，保持土壤濕度，並抑制雜草生長。
       • 灌溉管理： 增加灌溉頻率與水量，尤其是在高溫強光的時段，以補充蒸散損失，降低植株溫度（葉面噴水也有短暫降溫效果）。採用滴灌或噴灌系統，提高水分利用效率。
       • 施肥管理： 適量施用鉀肥 (K)，鉀離子有助於調節氣孔開閉，提高植物抗旱、抗熱能力；補充鈣肥，增強細胞壁強度，提高耐熱性。

本題旨在評量考生對於非化學農藥（無毒、友善環境）的害蟲防治策略的知識廣度與深度。

核心觀念： 非農藥防治策略是整合性害蟲管理 (Integrated Pest Management, IPM) 的重要組成部分，強調利用生態、生物、物理及栽培等方法，降低害蟲密度至經濟危害水平以下，同時減少對環境、人類健康及益蟲的衝擊。

解題步驟：

1. 非農藥害蟲防治策略分類：
   非農藥防治策略主要可歸納為以下幾類：

   • 生物防治 (Biological Control)： 利用生物天敵（捕食性、寄生性昆蟲、線蟲、真菌、細菌等）或生物製劑來防治害蟲。
   • 物理防治 (Physical Control)： 利用物理方法阻隔、誘殺或驅趕害蟲。
   • 栽培管理防治 (Cultural Control)： 透過調整栽培方式、種植時間、品種選擇等來預防或降低害蟲發生。
   • 生態工程防治 (Ecological Engineering)： 創造不利於害蟲生存、有利於天敵繁殖的生態環境。

2. 具體非農藥防治對策描述：

   • A. 生物防治 (Biological Control)：

     • 天敵昆蟲的釋放：
       • 原理： 引入或保護害蟲的捕食性或寄生性天敵，使其數量增加，進而控制害蟲種群。
       • 舉例：
         • 在溫室番茄栽培中，釋放捕食性蟎類（如小花蝽、捕食性瓢蟲）來防治蚜蟲、薊馬。
         • 釋放寄生蜂（如赤眼卵寄生蜂）於螟蟲卵期，寄生蜂會將卵產在害蟲卵內，導致害蟲無法孵化。
         • 利用蘇力菌 (Bacillus thuringiensis, Bt) 噴灑，Bt 菌產生對特定鱗翅目幼蟲有毒的蛋白質晶體，幼蟲取食後死亡。
     • 微生物製劑：
       • 原理： 使用對害蟲具有致病性的微生物，如細菌、真菌、病毒。
       • 舉例：
         • 蘇力菌 (Bt)： 廣泛用於防治鱗翅目（如菜青蟲、斜紋夜蛾）及鞘翅目幼蟲。
         • 白僵菌、綠僵菌： 接種昆蟲病原真菌，感染昆蟲體表，形成菌絲，最終導致昆蟲死亡。適用於防治多種地面或藏匿性害蟲。
         • 病毒製劑 (NPV)： 利用核多角體病毒，感染特定昆蟲幼蟲，造成其死亡。

   • B. 物理防治 (Physical Control)：

     • 誘殺與阻隔：
       • 原理： 利用害蟲的趨性（趨光、趨色、趨味）或物理屏障來捕捉或阻止害蟲。
       • 舉例：
         • 黃色或藍色黏蟲板： 蚜蟲、粉蝨、薊馬等小型飛蟲會被特定顏色吸引，黏附在板上死亡。
         • 紗網/防蟲網： 在溫室或設施栽培中，用於阻隔小型飛蟲（如粉蝨、蚜蟲、蟎類）進入。
         • 誘捕燈： 利用特定波長的光源吸引夜行性害蟲（如飛蛾），再透過電擊或水盆溺殺。
         • 有機物覆蓋： 稻草、塑膠布等覆蓋物，可阻礙害蟲（如地老虎、瓜蛆）的產卵或幼蟲取食。
     • 溫度處理：
       • 原理： 利用高溫或低溫殺滅害蟲。

本題旨在考察學生對園產品採收後品質劣變過程中，生物性因素影響的理解。

核心觀念： 園產品採收後並非死亡，其細胞呼吸、代謝作用仍在進行，同時也易受到微生物侵染，這些內在的生理活動及外來的生物性因子是導致採收後敗壞的主要原因。

解題步驟：

1. 生物性因子定義：
   生物性因子是指影響園產品採收後品質劣變的、具有生命活動的因素，主要包括植物本身的生理活動以及來自環境的微生物。

2. 具體生物性因子說明：

   • A. 植物內源性生理代謝 (Plant Physiological Processes)：
     • 呼吸作用 (Respiration)：
       • 說明： 採收後，植物組織仍進行呼吸作用，消耗儲藏的碳水化合物、有機酸、脂肪等，釋放能量、二氧化碳和水。呼吸作用的速率與溫度、氧氣濃度、二氧化碳濃度等密切相關。高呼吸速率意味著快速消耗養分，加速衰老，並產生更多熱量，可能加速其他劣變過程。
       • 影響： 養分消耗、重量減輕、產生熱量、加速衰老。
     • 衰老 (Senescence)：
       • 說明： 植物組織的自然老化過程，細胞結構和功能逐漸喪失。這是一個受內源激素（如乙烯、離層素）調控的程序性過程。
       • 影響： 質地變軟、顏色改變（如葉綠素分解）、風味下降、水分散失加速、對病原菌的抵抗力減弱。
     • 蒸散作用 (Transpiration)：
       • 說明： 植物組織（尤其是果實和葉菜）表面的水分散失，是維持植物體內水分平衡和散熱的過程。
       • 影響： 造成失水、萎蔫、重量減輕、質地變軟、皺縮，影響外觀和口感。
     • 成熟與後熟 (Maturation and Ripening)：
       • 說明： 部分園產品（如香蕉、番茄）在採收後會繼續進行成熟過程（後熟），這是一個涉及酶活性、色素、風味物質、質地變化的複雜生理過程。
       • 影響： 質地變軟、顏色改變、風味增強（但也可能過熟）。

本題要求考生闡述影響園藝作物開花的環境因子，並說明如何透過這些因子來調節花期，以達到商業生產或觀賞的目的。

核心觀念： 植物開花是一個複雜的過程，受到遺傳和環境因子的共同調控。環境因子，特別是光照和溫度，是觸發或延遲開花的主要外部訊號。

解題步驟：

1. 影響園藝作物開花的環境因子：

   • A. 光照 (Light)：

     • 光週期 (Photoperiod)： 指每日的日照長度。植物對光週期的反應可分為：
       • 長日照植物 (Long-day plants, LDPs)： 在日照長度超過某一臨界日長（通常是 12-14 小時）時開花，如菠菜、生菜、小麥。
       • 短日照植物 (Short-day plants, SDPs)： 在日照長度短於某一臨界日長（通常是 10-12 小時）時開花，如菊花、大豆、草莓（部分品種）。
       • 日中性植物 (Day-neutral plants, DNPs)： 開花不受日照長度影響，主要受溫度或發育階段的影響，如番茄、玉米、黃瓜。
     • 光強度 (Light Intensity)： 雖然光週期是關鍵，但足夠的光強度對於光合作用和開花所需的能量積累也至關重要。過低的光強度可能抑制開花。
     • 光質 (Light Quality)： 不同波長的光（如紅光、遠紅光）能影響植物的形態建成和開花。例如，遠紅光可能抑制某些植物的開花。

   • B. 溫度 (Temperature)：

     • 溫度積累 (Temperature Accumulation)： 許多植物需要達到一定的溫度積累量（或稱生長日數）才能進入開花階段。
     • 低溫誘導 (Vernalization)： 部分植物，特別是二年生或越年生植物（如某些草本花卉、水果），必須經過一段時間的低溫（通常在 0-10°C）處理，才能打破休眠、誘導花芽分化，進入開花期。例如，草莓、某些鬱金香品種。
     • 高溫脅迫 (Heat Stress)： 極端高溫可能抑制花芽分化、影響授粉、導致落花落果，進而影響開花結果。

   • C. 水分 (Water)：

     • 水分供應： 適度的水分是植物生長和開花所需的。但過度乾旱會抑制生長，減少開花；而過度濕潤（尤其是在低溫、通風不良條件下）可能導致根系受損，影響開花。
     • 水分脅迫 (Water Stress)： 輕度的水分脅迫有時反而能誘導某些植物（如某些草本花卉）開花，因為它們將資源轉向繁殖。

   • D. 養分 (Nutrients)：

     • 氮肥 (Nitrogen)： 氮肥主要促進營養生長。過量的氮肥會導致植株徒長，延遲或抑制生殖生長（開花）。適量的氮肥是開花所需的。
     • 磷肥 (Phosphorus)： 磷是能量代謝和核酸合成的重要元素，對花芽分化和開花有直接促進作用。
     • 鉀肥 (Potassium)： 鉀參與光合作用和轉運，有助於開花結果。
     • 微量元素： 如硼 (B)、鋅 (Zn)、錳 (Mn) 等，對花粉發育、授粉、受精過程至關重要。

   • E. 植物激素 (Plant Hormones)：

     • 吉貝素 (Gibberellins)： 在長日照植物開花中扮演重要角色，可誘導長日照植物開花，或打破某些植物（如萵苣）的休眠，促進開花。
     • 乙烯 (Ethylene)： 在某些植物中，乙烯可以促進開花，或加速花朵成熟。
     • 離層素 (Abscisic Acid, ABA)： 通常被認為是抑制開花的激素，特別是在不利的環境條件下。
     • 細胞分裂素 (Cytokinins)： 與吉貝素協同作用，促進花芽分化。

本題旨在評量考生是否能將園藝學原理與作物生理學的知識，連結到實際生產操作，並理解「產前」條件如何決定「產後」品質。

核心觀念： 作物的品質並非僅由採收後的處理決定，其在生長發育期間所經歷的栽培環境、管理措施，早已深刻地影響了其內在的生理結構、化學組成和抗性，進而決定了採收後的貯藏壽命、外觀、風味、營養價值及加工適性。

解題步驟：

1. 選擇一種園藝作物：
   考生可選擇任何一種較為熟悉的園藝作物，如：

   • 水果類：番茄、草莓、蘋果、葡萄、香蕉。
   • 蔬菜類：葉菜（如生菜）、根莖類（如馬鈴薯、胡蘿蔔）、果菜類（如黃瓜、甜椒）。
   • 花卉類：玫瑰、菊花、洋桔梗（若側重觀賞品質）。

   為方便說明，以下以「番茄」(Tomato) 為例進行闡述。

2. 說明採收前栽培條件及其對採收後品質的影響：

   • A. 光照 (Light)：

     • 栽培條件： 充足的光照是番茄進行光合作用、合成糖分、番茄紅素 (lycopene) 等抗氧化物和風味物質的基礎。
     • 採收後品質影響：
       • 外觀： 充足光照下的番茄果實顏色更鮮紅（番茄紅素含量高）、著色均勻。光照不足則導致果實顏色淡、著色不良（黃綠或綠色），影響商品價值。
       • 風味與營養： 光照充足有利於糖分和有機酸的積累，進而影響風味的酸甜平衡。同時，番茄紅素等抗氧化物質的合成也依賴光照。
       • 貯藏性： 養分積累較多的果實，其細胞結構可能更穩定，抗病性相對較好，有助於延長貯藏期。

   • B. 溫度 (Temperature)：

     • 栽培條件： 番茄是喜溫作物，生長和果實發育需要適宜的溫度範圍（白天 20-28°C，夜間 15-20°C）。
     • 採收後品質影響：
       • 果實發育與成熟： 高溫（超過 30-35°C）會抑制番茄紅素的合成，導致果實成熟時顏色偏黃或橙色，而非鮮紅色；低溫（低於 10-15°C）則會抑制番茄的後熟過程，影響風味和質地，導致「寒害」或「冷害」現象（果肉變褐色、質地變軟、風味差）。
       • 風味： 適宜的溫度有利於糖分、有機酸和揮發性風味物質的合成與積累。極端溫度不利於風味形成。
       • 質地： 溫度影響果實細胞壁的形成和果膠的降解，進而影響採收後的硬度、脆度或軟化速度。

   • C. 水分管理 (Water Management)：

     • 栽培條件： 番茄對水分較敏感。生長發育期間，尤其是在開花結果期，需要穩定、充足的水分供應。
     • 採收後品質影響：
       • 果實發育與大小： 乾旱會導致果實發育不良、大小偏小、易落果。
       • 裂果 (Cracking)： 在乾旱後突然大量灌水，或雨水沖刷，容易引起果實細胞吸水膨脹不均，導致果實表皮破裂（同心裂或輻射裂）。裂果是微生物感染的主要入口，嚴重影響商品價值和貯藏性。
       • 乾物質含量與風味： 適度的水分脅迫有時能提高果實的乾物質含量和糖度，從而改善風味。但過度乾旱會導致果實乾癟、風味淡。
       • 貯藏性： 裂果、乾物質含量低的果實，其貯藏性通常較差。