111 年 國立臺灣大學農藝系暨研究所作物甲組《作物學》

本題主要考查有機農業與永續發展目標（SDGs）中與氣候變遷相關的連結。學生需要理解有機農業的核心原則，並說明這些原則如何實際應用於減緩氣候變遷、適應氣候變遷，以及對應到SDGs中的具體目標。

解題思路：

1. 理解核心概念：

   • 有機農業 (Organic Agriculture)： 強調生態平衡、生物多樣性、資源循環利用，避免使用化學合成農藥、化學肥料、基因改造技術等。其目標是生產安全健康的農產品，同時保護環境、維護土壤健康、促進生物多樣性。
   • 永續發展目標 (Sustainable Development Goals, SDGs)： 由聯合國提出，共17項目標，旨在解決全球性問題，包括貧困、飢餓、健康、環境、經濟發展、和平等。與氣候變遷直接相關的目標包括：目標2（零飢餓）、目標13（氣候行動）、目標15（陸地生態系統）。

2. 連結有機農業與氣候變遷：
   有機農業的實踐方法，如：

   • 土壤健康管理： 增加土壤有機質，改善土壤結構，提高土壤碳匯能力（固碳）。健康的土壤更能抵抗乾旱、洪水等極端氣候事件（適應）。
   • 生物多樣性保護： 鼓勵多樣化種植、間作、輪作，保護有益生物，減少對單一作物和外部投入的依賴。這有助於生態系統的韌性，更能應對氣候變遷帶來的衝擊。
   • 減少化學投入： 避免化學肥料生產過程中產生的溫室氣體（如N₂O），避免農藥生產和使用帶來的環境污染和碳足跡。
   • 資源循環利用： 堆肥、綠肥等方式將農業廢棄物轉化為有機質，減少廢棄物處理的碳排放。
   • 節水灌溉與適應性種植： 選擇抗逆性強的品種，採用節水技術，以適應未來可能發生的水資源短缺和乾旱。

3. 對應 SDGs 目標：

   • 目標 13 (氣候行動)：
     • 減緩 (Mitigation)： 有機農業透過增加土壤碳匯、減少溫室氣體排放（如N₂O、CH₄），直接貢獻於減緩氣候變遷。
     • 調適 (Adaptation)： 提升土壤健康和生物多樣性，使農作系統更能抵抗極端氣候事件（乾旱、洪水、高溫），增強韌性。
   • 目標 2 (零飢餓)：
     • 有機農業生產安全、營養的食物，有助於糧食安全。
     • 透過改善土壤健康和生態系統，可實現更具韌性的糧食生產系統，更能應對氣候變遷對糧食生產的威脅。
   • 目標 15 (陸地生態系統)：
     • 有機農業保護生物多樣性，維護土壤健康，減少化學污染，促進陸地生態系統的健康和可持續性。

完整回答架構：

• 前言： 簡述有機農業與永續發展目標（SDGs）的關聯性，特別是氣候變遷是其中關鍵議題。
• 有機農業對抗氣候變遷的貢獻（減緩）：
  • 土壤碳封存：解釋有機質如何儲存碳，以及有機耕作如何增加土壤有機質。
  • 減少溫室氣體排放：說明化學肥料生產（N₂O）及其他化學品的使用所產生的碳足跡，有機農業如何避免或減少。
  • 資源效率：提到堆肥、綠肥等循環利用，減少廢棄物。
• 有機農業對抗氣候變遷的貢獻（調適）：

本題主要考查學生對「推拉農法系統」（Push-Pull Farming System）的理解，並能以具體的作物組合（玉米-山螞蝗-狼尾草）來闡述其運作機制。

解題思路：

1. 定義推拉農法：

   • 「推拉農法」是一種整合性病蟲害管理（IPM）策略，旨在利用不同植物間的相互作用，來驅逐（Push）害蟲遠離主要作物，同時吸引（Pull）害蟲至另一種植物，使其被捕捉或殺死。
   • 其核心是利用植物之間的「化學信號」和「物理干擾」來達到害蟲防治的目的。

2. 分析案例中的作物功能：

   • 主要作物 (Crop)： 玉米 (Maize)。這是農民主要想種植並收穫的作物。
   • 驅逐作物 (Push Plant)： 山螞蝗 (Desmodium spp.)。這是一種豆科植物，其作用是釋放揮發性物質，對玉米的害蟲（特別是玉米螟，Spodoptera frugiperda）產生「驅逐」作用，使其不願靠近玉米。
   • 吸引作物 (Pull Plant)： 狼尾草 (Brachiaria spp.)。這是一種禾本科植物，其作用是釋放揮發性物質，吸引玉米螟等害蟲前來取食或棲息。

3. 闡述運作機制：

   • 害蟲防治： 當玉米螟等害蟲試圖尋找玉米作為寄主時，山螞蝗釋放的化學物質會讓牠們感到不適而避開。同時，狼尾草釋放的氣味則會吸引這些害蟲，將牠們引誘到狼尾草植株上。
   • 害蟲的最終命運： 被吸引到狼尾草的害蟲，可能因為狼尾草的植株特性（如葉片質地、毛被）而不適合產卵或棲息，或者牠們會被狼尾草吸引來的掠食性天敵（如寄生蜂）所捕食。
   • 生態效益：
     • 固氮作用： 山螞蝗是豆科植物，能與根瘤菌共生，固氮於土壤中，提供玉米養分，減少化學氮肥的使用。
     • 土壤保護： 狼尾草的生長能有效覆蓋地面，防止土壤侵蝕，並增加土壤有機質。
     • 雜草抑制： 狼尾草的生長勢強，能有效抑制雜草的生長。

4. 結構化回答：

   • 定義： 首先定義推拉農法系統。
   • 案例說明：
     • 介紹系統中的三種作物及其在系統中的角色（玉米為主，山螞蝗為驅逐，狼尾草為吸引）。
     • 詳細說明驅逐（Push）機制：山螞蝗如何驅逐害蟲。
     • 詳細說明吸引（Pull）機制：狼尾草如何吸引害蟲。
     • 解釋害蟲在吸引作物上的最終結果（不適、被捕食）。

本題考查學生對水稻生長過程中兩種常見的異常現象——「貪青」與「秋落」的理解，包括其發生的現象、原因及對產量的危害。

解題思路：

1. 定義與現象描述：

   • 貪青 (Vegetative Overgrowth / Excessive Vegetative Growth)： 指水稻植株在生育後期，營養生長過於旺盛，葉片肥大、顏色深綠，但對生殖生長（抽穗、結實）不利的現象。
   • 秋落 (Premature Senescence / Autumnal Drop)： 指水稻植株在生長後期，特別是接近成熟時，葉片過早黃化、乾枯，生育期提前終止，影響籽粒的充實和產量。

2. 探討原因：

   • 貪青的原因：
     • 氮肥過量： 尤其是在生育後期追施過多的氮肥，會刺激營養生長。
     • 日照不足： 陰雨天氣多，光照不足，植株利用光能效率低，會將更多養分用於葉片生長。
     • 高溫、水分過多： 在生育後期，過高的溫度和充足的水分（尤其是不當灌溉）也可能刺激營養生長。
     • 種植密度過高： 植株間競爭強，但若肥水充足，仍可能導致部分植株貪青。
     • 品種特性： 某些品種本身較易發生貪青。
   • 秋落的原因：
     • 氮肥嚴重不足： 生育後期嚴重缺氮，導致葉片無法合成足夠葉綠素，提前衰老。
     • 水分胁迫： 乾旱、缺水，尤其是在孕穗期、抽穗期、灌漿期，嚴重影響植株生理活動。
     • 低溫： 生育後期遭遇寒流或連續低溫，加速植株衰老。
     • 病害： 如稻熱病、紋枯病等嚴重時，會導致葉片或莖稈過早乾枯。
     • 徒長後早衰 (部分貪青的後果)： 雖然貪青不利結實，但如果貪青後養分供應不足，或遇到不良環境，反而可能導致植株在後期迅速衰老，呈現類似秋落的現象。
     • 過熟： 某些情況下，如果收穫延遲，籽粒過熟後，植株本身也會開始衰老。

3. 分析危害：

   • 貪青的危害：
     • 影響抽穗與開花： 營養生長過盛，可能延遲抽穗，或導致抽穗不整齊。
     • 降低結實率： 葉片過於肥大，遮蔽陽光，影響光合作用，且養分過多供應葉片，導致穗部養分供應不足，影響穎花分化、授粉、結實，使空秕率增加。
     • 易感病蟲害： 肥大的葉片、密集的植株容易積水，通風不良，增加病蟲害發生的機會。
     • 延遲成熟： 影響收穫期。
   • 秋落的危害：
     • 籽粒充實不良： 葉片過早黃化乾枯，光合作用能力大幅下降，無法提供足夠的養分給籽粒進行灌漿，導致籽粒瘦小、不飽滿。
     • 產量大幅下降： 由於結實率低和籽粒不飽滿，總產量顯著降低。
     • 米質下降： 籽粒充實不足會影響米飯的口感和品質。
     • 影響下一期作： 如果秋落是病害引起，可能影響下一期的栽培。

4. 結構化回答：

   • 針對「貪青」，分別說明現象、原因、危害。
   • 針對「秋落」，分別說明現象、原因、危害。

【答案】
水稻的「貪青」與「秋落」是兩種在生育後期可能出現的異常生理現象，兩者都會對水稻的產量和品質造成不利影響。

一、貪青 (Vegetative Overgrowth)

本題要求學生從臺灣本土咖啡品種「台農1號」的介紹出發，回溯到世界三大咖啡原種，並進行詳細的比較。這考驗學生對咖啡分類、品種特性、栽培管理及用途的知識廣度與深度。

解題思路：

1. 識別三大咖啡原種：

   • 阿拉比卡 (Arabica)
   • 羅布斯塔 (Robusta)
   • 賴比瑞卡 (Liberica)

2. 搜集各原種的資訊：

   • 學名 (Scientific Name)：
     • 阿拉比卡：Coffea arabica
     • 羅布斯塔：Coffea canephora
     • 賴比瑞卡：Coffea liberica
   • 俗名 (Common Name)：
     • 阿拉比卡：阿拉比卡咖啡、小粒種咖啡
     • 羅布斯塔：羅布斯塔咖啡、大粒種咖啡、卡內佛拉咖啡
     • 賴比瑞卡：賴比瑞卡咖啡、利比里卡咖啡
   • 產量 (Yield)：
     • 阿拉比卡：相對較低，但品質優異。
     • 羅布斯塔：產量高，是阿拉比卡的一倍以上。
     • 賴比瑞卡：產量變異大，通常不高，且品質較不穩定。
   • 植物性狀 (Plant Characteristics)：
     • 植株高度： 阿拉比卡（灌木，2-5m），羅布斯塔（灌木或小喬木，5-10m），賴比瑞卡（喬木，可達10-18m）。
     • 葉片： 阿拉比卡（較小，橢圓形），羅布斯塔（較大，較圓，深綠），賴比瑞卡（極大，革質，卵形）。
     • 種子（咖啡豆）： 阿拉比卡（較小，橢圓形，中間溝紋彎曲），羅布斯塔（較大，圓形，中間溝紋較直），賴比瑞卡（極大，形狀不規則，常為扁平）。
     • 咖啡因含量： 阿拉比卡（較低，約1.5%），羅布斯塔（較高，約2.5%或更高），賴比瑞卡（較低，約0.5-1%）。
   • 栽培特性 (Cultivation Characteristics)：
     • 海拔： 阿拉比卡（高海拔，1000-2000m，溫涼氣候），羅布斯塔（中低海拔，200-800m，高溫濕潤氣候），賴比瑞卡（低海拔，喜高溫濕潤）。
     • 氣候： 阿拉比卡（需要穩定的溫濕度，對霜凍敏感），羅布斯塔（耐高溫，適應範圍較廣），賴比瑞卡（非常耐高溫，但對病蟲害較敏感）。
     • 病蟲害抵抗力： 阿拉比卡（較弱，易受病蟲害侵襲，如咖啡葉鏽病），羅布斯塔（較強，對病蟲害抵抗力佳），賴比瑞卡（對某些病害如葉鏽病抵抗力較強，但易受其他病蟲害影響）。
     • 自花授粉/異花授粉： 阿拉比卡（主要為自花授粉），羅布斯塔（異花授粉，需要異株授粉），賴比瑞卡（異花授粉，但自花授粉能力也較強）。
   • 生產採收 (Production & Harvesting)：
     • 採收方式： 阿拉比卡（多為手工精選，因成熟度不一），羅布斯塔（常採機械採收或整枝採收，因成熟度較一致），賴比瑞卡（採收較困難，因植株高大且果實成熟度差異大）。
     • 處理方式： 三者均可採用日曬法、水洗法或蜜處理法，但風味表現會受原種特性影響。
   • 用途 (Uses)：
     • 阿拉比卡： 主要用於生產高品質的單品咖啡，風味複雜、層次豐富，帶有花果香、酸質明亮。佔全球咖啡產量約60-70%。
     • 羅布斯塔： 主要用於製作即溶咖啡、咖啡豆混合（blends）以增加醇厚度和咖啡因，或用於義式濃縮咖啡（espresso）基底，風味較為強烈、苦澀，帶有橡膠味或堅果味。佔全球咖啡產量約30-40%。
     • 賴比瑞卡： 產量少，風味獨特（常帶有煙燻、木質、花香或水果香，但可能不被大眾接受），主要在特定地區消費，或用於混合少量以增加特殊風味，也有用於生產咖啡替代品。

3. 結構化回答：

   • 引言： 簡述世界三大咖啡原種及其重要性，並提及臺灣咖啡品種的發展（如台農1號）。
   • 逐一介紹：
     • 阿拉比卡 (Coffea arabica)：學名、俗名、主要產量、植物性狀（植株、葉、豆、咖啡因）、栽培特性（海拔、氣候、抗病性、授粉）、生產採收、主要用途與風味。
     • 羅布斯塔 (Coffea canephora)：學名、俗名、主要產量、植物性狀（植株、葉、豆、咖啡因）、栽培特性（海拔、氣候、抗病性、授粉）、生產採收、主要用途與風味。
     • 賴比瑞卡 (Coffea liberica)：學名、俗名、主要產量、植物性狀（植株、葉、豆、咖啡因）、栽培特性（海拔、氣候、抗病性、授粉）、生產採收、主要用途與風味。
   • 比較表格（或條列式比較）： 針對產量、植物性狀（植株高度、葉片、種子大小與形狀、咖啡因含量）、栽培特性（海拔、氣候、抗病蟲害）、生產採收（成熟度、採收方式）及用途/風味，進行綜合比較。
   • 結論： 總結三大原種的差異及其對全球咖啡產業的影響。

【答案】
世界上的咖啡品種繁多，但商業上最重要的三大咖啡原種分別為阿拉比卡 (Arabica)、羅布斯塔 (Robusta) 和賴比瑞卡 (Liberica)。它們在學名、俗名、產量、植物性狀、栽培特性、生產採收及風味用途等方面均存在顯著差異。臺灣本土咖啡品種「台農1號」的育成，是基於對這些原種及其雜交後代的深入研究與改良。

以下為三大咖啡原種的比較：

| 特徵 | 阿拉比卡 (Arabica) | 羅布斯塔 (Robusta) | 賴比瑞卡 (Liberica) |

本題主要考查學生對「Legume」與「Pulse」這兩個與豆類植物相關的英文術語的區別，以及豆類植物在糧食安全、營養健康、環境永續等方面的多重重要性。

解題思路：

1. 區分 Legume 與 Pulse：

   • Legume (豆科植物)： 这是一个植物學上的分類概念，指豆科 (Fabaceae 或 Leguminosae) 的所有植物。這個分類包含開花植物中最大的科之一，約有2萬多種。Legume 的定義是基於其植物學的屬性和特徵，特別是其果實（莢果）和根部的根瘤菌共生能力。
   • Pulse (食用豆類)： 这是一个农业和食品科学上的概念，特指可供人類食用的、乾燥的豆科植物的種子。Pulse 通常不包含未加工的豆莢（如豌豆莢、四季豆），也不包含油料用途較大的豆類（如大豆、落花生）。Pulse 是一個子集，是 Legume 的一部分。
   • 關鍵區別： Legume 是植物學分類，Pulse 是食用種子，且通常指乾燥的種子。例如，大豆 (Soybean) 既是 Legume 也是 Pulse (當其種子乾燥後食用時)，但綠色的四季豆 (Green Bean) 是 Legume，但其種子未乾燥食用，通常不被歸類為 Pulse。豌豆 (Peas) 也是如此，乾燥的豌豆是 Pulse，而新鮮的豌豆則較少被歸類為 Pulse。

2. 列述豆類植物的重要性：
   豆類植物的重要性體現在多個層面：

   • 營養價值 (Nutritional Value)：
     • 蛋白質來源： 是植物性蛋白質的重要來源，特別適合素食者和素食主義者，能提供人體必需胺基酸。
     • 膳食纖維： 富含膳食纖維，有助於消化系統健康，延緩血糖上升，增加飽足感。
     • 維生素與礦物質： 提供鐵、鋅、葉酸、鎂、鉀等重要維生素和礦物質。
     • 低脂肪、無膽固醇： 相較於動物性蛋白質，豆類脂肪含量低且不含膽固醇。
   • 糧食安全 (Food Security)：
     • 可負擔的蛋白質來源： 相對於動物性蛋白質，豆類更經濟實惠，是許多發展中國家重要的蛋白質來源。
     • 耐旱、適應性強： 許多豆類作物對環境要求不高，耐旱性強，能在較差的土壤條件下生長，有助於糧食生產的穩定性。
     • 儲存性佳： 乾燥的豆類種子易於儲存，可作為應對糧食危機的儲備。
   • 農業永續性 (Agricultural Sustainability)：
     • 固氮作用： 豆科植物的根瘤菌共生系統能將大氣中的氮氣轉化為植物可吸收的氮素，固定在土壤中，提高土壤肥力，減少對化學氮肥的需求，降低農業對環境的污染。
     • 改善土壤健康： 豆類作物輪作或間作，有助於改善土壤結構，增加土壤有機質。
     • 生物多樣性： 種植多樣化的豆類作物有助於維持農田的生物多樣性。
   • 健康益處 (Health Benefits)：
     • 預防慢性病： 膳食纖維和植物化合物有助於降低心血管疾病、第二型糖尿病、某些癌症（如大腸癌）的風險。
     • 體重管理： 高飽足感有助於控制食慾，有益於體重管理。

3. 結構化回答：

   • 引言： 提及國際豆類年，強調豆類的重要性。
   • Legume 與 Pulse 的區別：
     • 定義 Legume (植物學分類，豆科植物)。
     • 定義 Pulse (食用、乾燥的豆科種子)。
     • 說明 Pulse 是 Legume 的一個子集，並舉例說明。
   • 豆類植物的重要性：
     • 分點闡述營養價值（蛋白質、纖維、維生素礦物質、低脂）。
     • 分點闡述糧食安全（蛋白質來源、耐旱、儲存性）。
     • 分點闡述農業永續性（固氮、改善土壤、生物多樣性）。
     • 分點闡述健康益處（預防慢性病、體重管理）。
   • 結論： 再次強調豆類在人類健康、糧食安全和環境永續中的關鍵作用。

本題考查學生對四種常見禾本科麥類作物（大麥、小麥、燕麥、黑麥）的基本認知，包括其英文名稱、學名，以及如何透過重要的形態特徵（葉耳、花序）來區分它們。

解題思路：

1. 識別四種作物：

   • 大麥 (Barley)
   • 小麥 (Wheat)
   • 燕麥 (Oat)
   • 黑麥 (Rye)

2. 搜集基本資訊：

   • 英文名稱 (English Name)： 已在上方列出。
   • 學名 (Scientific Name)：
     • 大麥：Hordeum vulgare
     • 小麥：Triticum aestivum (普通小麥)
     • 燕麥：Avena sativa (栽培燕麥)
     • 黑麥：Secale cereale

3. 分析區分特徵：

   • 葉耳 (Ligule & Auricles)：

     • 葉耳 (Ligule)： 位於葉鞘與葉片交界處，是葉舌的結構。
     • 耳片 (Auricles)： 位於葉舌基部，抱莖的附屬物。
     • 大麥： 葉舌明顯；耳片發達，呈鉤狀，通常包圍莖稈，這是其最顯著的特徵之一。
     • 小麥： 葉舌明顯；耳片發達，呈鉤狀，通常也包圍莖稈，但相較於大麥，可能略小或形態有差異。
     • 燕麥： 葉舌明顯，但通常較短、較鈍；耳片不明顯或非常小，不抱莖。
     • 黑麥： 葉舌明顯；耳片發達，呈鉤狀，通常包圍莖稈，但形態上可能較小或較尖。

   • 花序 (Inflorescence)： 禾本科植物的花序通常是穗狀花序 (spike) 或圓錐花序 (panicle)。

     • 穗狀花序 (Spike)： 小穗直接著生在穗軸上，無明顯的總梗。
     • 圓錐花序 (Panicle)： 小穗著生在穗軸的分枝上。
     • 大麥： 穗狀花序 (spike)。每個節上著生一個小穗，但每個小穗通常有三排穎花 (florets)，其中只有中間一個能發育成果實，兩側的穎花退化或僅發育為芒。大麥穗軸上的小穗是「單生」的，但因為每節有三個小穗，看起來像三排。
     • 小麥： 穗狀花序 (spike)。每個節上著生一個小穗，每個小穗通常有多於一個能發育成果實的穎花（一般為2-5個）。小麥的穗軸節間較長，穗較鬆散。
     • 燕麥： 圓錐花序 (panicle)。小穗著生在分枝上，穗的形態較為開放、下垂，不像小麥、大麥那樣緊密。
     • 黑麥： 穗狀花序 (spike)。與小麥相似，但穗通常更長、更細、更鬆散，且常帶有彎曲。

   • 芒 (Awn)： 穎花外面的剛毛，通常是從穎尖或護穎延伸出來。

     • 大麥： 芒通常很長，粗糙，且通常每節的兩個側生小穗都有芒。
     • 小麥： 芒的長短和有無因品種而異，普通小麥 (T. aestivum) 通常有芒，但有些品種無芒。
     • 燕麥： 芒通常較短，細軟，且常彎曲。有些品種的燕麥芒不明顯或無芒。
     • 黑麥： 芒通常較長，細軟，不及大麥粗糙。

4. 結構化回答：

   • 引言： 簡述四種麥類作物的重要性，並說明區分它們的依據。
   • 逐一介紹：
     • 大麥：英文、學名、葉耳特徵（葉舌、耳片）、花序特徵（穗狀、小穗結構）、芒的特徵。
     • 小麥：英文、學名、葉耳特徵（葉舌、耳片）、花序特徵（穗狀、小穗結構）、芒的特徵。
     • 燕麥：英文、學名、葉耳特徵（葉舌、耳片）、花序特徵（圓錐花序、小穗結構）、芒的特徵。
     • 黑麥：英文、學名、葉耳特徵（葉舌、耳片）、花序特徵（穗狀、小穗結構）、芒的特徵。
   • 重點比較總結： 針對葉耳（特別是耳片是否抱莖）和花序（穗狀 vs 圓錐）進行對比，可以清晰地總結出區分要點。

【答案】
2019年COVID-19疫情導致的全球供應鏈問題，凸顯了糧食作物的重要性，特別是作為主食的小麥及其近緣作物。