111 年 國立臺灣大學農藝系暨研究所作物甲組《普通植物學》

此題考查植物細胞壁的組成與功能，特別是機械組織（如厚壁組織）的細胞結構特徵。

厚壁組織細胞（Sclerenchyma cell）的主要功能是提供植物結構上的支持與強度，使其能承受壓力與張力。為了達成這個功能，其細胞壁的結構必須非常堅固。植物細胞壁主要由初生壁（primary wall）和次生壁（secondary wall）組成。初生壁是細胞生長過程中首先形成的，較薄且具彈性，主要成分是纖維素。而次生壁則是在細胞生長停止後，在初生壁的內側沉積形成，通常較厚且堅硬，是提供細胞結構強度的關鍵。

此題考查植物的世代交替，特別是配子體（gametophyte）與孢子體（sporophyte）的染色體倍性。

植物的生命週期通常包含世代交替，即配子體世代和孢子體世代。配子體是單套染色體（n），透過減數分裂產生配子（gametes）；孢子體是雙套染色體（2n），透過有絲分裂發育，並在特定構造中進行減數分裂產生單套的孢子（spores）。孢子萌發後會長成配子體。

題目問哪些植物群體（指其主要或代表性的世代）是單套（haploid）的。在植物界演化上，配子體世代逐漸縮小，而孢子體世代則逐漸增大且獨立。

• 蘚苔植物 (Bryophytes)：包括苔蘚（liverworts）、地錢（hornworts）和蘚類（mosses）。在這些植物中，配子體是主要的、獨立生活的世代，而孢子體較小，依賴配子體生存。因此，蘚苔植物的配子體是單套的，是該群體的主要形態。
• 蕨類植物 (Pteridophytes)：包括蕨類（ferns）、石松類（lycophytes）和問荊類（horsetails）。在蕨類植物中，孢子體是主要的、獨立生活的世代（例如我們看到的蕨類植株），而配子體（原葉體）較小，通常獨立生活或寄生於孢子體上。雖然配子體是單套的，但整個植物體（我們通常所指的蕨類）是雙套的孢子體。

此題考查植物細胞內各種胞器及其主要功能分子或結構的配對。

我們逐一檢查每個選項：
(A) 葉綠體 (Chloroplast) -- 類囊體 (thylakoid)：葉綠體是光合作用的場所，其內部有由膜狀結構組成的類囊體，類囊體膜上含有葉綠素等光合色素，是光反應進行的場所。此配對正確。
(B) 微絲 (Microfilament) -- 紡錘蛋白 (tubulin)：微絲（或稱肌動蛋白絲）是細胞骨架的一種，主要成分是肌動蛋白（actin）。而紡錘蛋白（tubulin）是構成微管（microtubule）的基本單位。此配對錯誤。

此題與第一題類似，再次考查厚壁組織細胞的細胞壁結構。

厚壁組織細胞（sclerenchyma cell）是植物中提供結構支撐的細胞類型，其細胞壁必須非常堅固。這種堅固性主要來自於厚實的次生壁。次生壁是在初生壁內側沉積的，其主要成分包括纖維素（cellulose）、半纖維素（hemicelluloses）和木質素（lignin）。木質素的加入是使細胞壁變得非常堅硬和強韌的關鍵。

此題考查植物細胞內蛋白質的合成、修飾、運輸與分泌途徑，特別是針對肉食植物分泌消化酶的過程。

肉食植物的葉片表面細胞會分泌消化酶來分解捕捉到的昆蟲。這些消化酶是蛋白質，其合成和分泌遵循真核細胞的蛋白質分泌途徑：

1. 合成：蛋白質（如消化酶）的合成始於核糖體。對於需要分泌到細胞外或進入特定細胞器的蛋白質，其合成通常在附著於粗糙內質網（Rough ER）的核糖體上進行。
2. 內質網的加工與修飾：合成的蛋白質進入粗糙內質網腔內，在這裡會進行摺疊、醣基化（glycosylation）等修飾。
3. 運輸到高基氏體（高爾基體，Dictyosome）：來自內質網的蛋白質被包裹在小囊泡（ER vesicle）中，運輸到高基氏體。
4. 高基氏體的進一步修飾與分選：在高基氏體內，蛋白質會進一步被修飾、分選，並被包裝到分泌囊泡（secretion vesicle）中。
5. 分泌：分泌囊泡移動到細胞膜，與細胞膜融合，將蛋白質釋放到細胞外（即肉食植物葉片的表面）。

氨基酸是蛋白質的組成單位，當它進入細胞後，如果最終要合成分泌到細胞外的蛋白質，其合成和運輸途徑大致如下：

氨基酸 → 核糖體 → 粗糙內質網 → ER囊泡 → 高基氏體 → 分泌囊泡 → 細胞外（葉片表面）

選項分析：
(A) Rough endoplasmic reticulum → ER vesicle → dictyosome → secretion vesicle → leaf surface：這個路徑完整且

此題考查藻華（algal blooms）的相關知識，需要判斷哪個敘述是錯誤的。

藻華是指水體中藻類或其他光合生物（如藍綠菌）大量繁殖的現象。

選項分析：
(A) Some are known as brown tides.：某些類型的藻華，特別是由某些甲藻（dinoflagellates）引起的，會使水體呈現褐色，稱為「褐潮」（brown tides）。此敘述正確。
(B) They are associated with water disturbed by humans.：人類活動，如農業施肥、工業廢水排放、污水處理不當等，會向水體中引入過量的營養鹽（如氮和磷），這會促進藻類的快速生長，導致藻華。因此，藻華常與人類活動有關。此敘述正確。

核心觀念

本題考查裸子植物（gymnosperms）的繁殖特徵，重點包括：

• 「裸子植物」名稱的意義：種子裸露。
• 胚珠與種子的著生位置。
• 雌、雄配子體的形成與構造。
• 種子植物配子體的內生性（endosporic）。
• 裸子植物是否具有典型的藏精器（antheridium，雄性生殖器官）。

裸子植物的胚珠沒有被子房包覆，因此成熟後的種子也不包在果實內。其雌、雄配子體皆由孢子形成，且配子體階段高度縮小，並保留在孢子壁或其衍生構造內。

解題方法

判斷各選項是否符合裸子植物的共同繁殖特徵即可。尤其要區分：

• 藏卵器（archegonium）：部分裸子植物的雌配子體可形成數個藏卵器。
• 藏精器（antheridium）：主要見於苔蘚、蕨類等較原始維管束植物；種子植物的雄配子體已高度簡化，不形成典型藏精器。
• 花粉粒：裸子植物的雄配子體，花粉萌發後形成花粉管，將精細胞送至卵細胞附近。

因此，宣稱裸子植物雄配子體會形成數個藏精器的敘述錯誤。

選項分析

(A) Gymnosperm means “naked seed.”

正確。
“gymnosperm” 源自希臘文，意為「裸露的種子」。裸子植物的胚珠直接暴露在大孢子葉或種鱗表面，授粉後形成的種子也不被子房包覆。

(B) Ovules and seeds are exposed on the surface of sporophylls.

正確。
裸子植物的胚珠通常著生於大孢子葉（megasporophyll）或種鱗的表面，沒有被子房包住。因此授粉時，花粉可直接接觸胚珠的珠孔；種子成熟後也呈裸露狀態。

核心觀念

本題考查花部構造與子房位置的術語。判斷重點是：萼片、花瓣與雄蕊相對於子房的著生位置。

• Hypogynous（下位花）：萼片、花瓣、雄蕊均著生於子房下方，子房為 superior ovary（上位子房）。
• Perigynous（周位花）：花被與雄蕊著生於子房周圍，通常位於花托形成的杯狀構造邊緣；子房多為上位。
• Epigynous（上位花）：花被與雄蕊著生於子房上方，子房通常埋入花托內，形成 inferior ovary（下位子房）。

因此，本題的關鍵句是「花萼、花瓣與雄蕊著生於子房下方」。

解題方法

先以子房為基準，判斷其他花部的著生位置：

在下位花中，花部由花托基部依序向外排列，子房位於這些構造的上方，故子房屬於上位子房：

所以本題若問花的類型，答案是 hypogynous；若問子房的位置，答案則是 superior。

選項分析

(A) hypogynous

正確。Hypogynous 表示萼片、花瓣與雄蕊均著生於子房下方，完全符合題目敘述。

(B) epigynous

錯誤。Epigynous 表示萼片、花瓣與雄蕊著生於子房上方，通常伴隨下位子房，與題目所述位置相反。

(C) inferior

此題考查次生代謝產物（secondary plant products）在植物中的功能。

次生代謝產物是植物體內不直接參與植物基本生長、發育和生殖的有機化合物，但對植物的生存和適應環境至關重要。它們種類繁多，功能多樣。

選項分析：
(A) attracting pollinators：許多次生代謝產物，如花瓣的色素（花青素等）、香氣物質（揮發油等），就是用來吸引傳粉者（如昆蟲、鳥類）的。此為次生代謝產物的一項重要功能。
(B) facilitating fruit or seed dispersal：果實的顏色（由色素決定）和氣味（由揮發油等決定）可以吸引動物取食，從而幫助種子傳播。此為次生代謝產物的一項功能。
(C) restricting the palatability of the plant to herbivores：許多次生代謝產物具有毒性、苦味或難聞的氣味，用來威脅或驅趕食草動物（herbivores），保護植物免受侵害。例如，生物鹼（alkaloids）、單寧（tannins）等。這是次生代謝產物最廣泛且重要的功能之一，用於防禦。
(D) serving as plant hormones：雖然有些次生代謝產物在結構上與植物激素相似，或者可能影響植物激素的作用，但嚴格意義上的植物激素（如生長素、赤黴素、細胞分裂素等）通常被歸類為初生代謝產物或特殊類型的次生代謝產物。

此題考查胚胎發育的早期階段，特別是頂端分生組織（apical meristems）出現的時機。

胚胎發育通常經歷幾個階段：合子（zygote） → 前胚（proembryo） → 球狀胚（globular stage） → 心形胚（heart stage） → 豆形胚（或稱Torpedo stage）→ 貨幣胚（cotyledonary stage）→ 成熟胚。

• 前胚 (Proembryo)：受精卵分裂後形成，細胞數較少，尚未形成明顯的組織分化。
• 球狀胚 (Globular stage)：胚的體積增大，呈球形，細胞開始分化，形成原體層（protoderm）和胚體（ground meristem and procambium）。此時，頂端分生組織（shoot apical meristem, SAM 和 root apical meristem, RAM）的雛形開始形成。
• 心形胚 (Heart stage)：胚的形狀開始變得像心形，兩個子葉開始分化。
• 豆形胚/Torpedo stage：胚的長度增加，形狀像個豆莢或魚雷，子葉更明顯。在這一階段，頂端分生組織（SAM 和 RAM）變得更加清晰可辨。
• 胚本身 (Embryo proper)：通常指從球狀胚之後，到成熟胚之前的胚胎主體部分。

題目問的是「root and shoot apical meristems first become discernible」，即何時開始變得「明顯可辨」。

在球狀胚階段，頂端分生組織的細胞開始分化，但可能還不夠明顯。
在心形胚階段，子葉開始形成。

此題考查程序性細胞死亡（Programmed Cell Death, PCD），也稱為細胞凋亡，在植物中的體現。

程序性細胞死亡是細胞在特定生理條件下，按照基因程序自主發生的死亡過程。在植物中，PCD 在許多生理過程中扮演重要角色，例如：

• 維管束元素（tracheary elements）的形成：木質部導管（tracheids）和管胞（vessel elements）在成熟過程中，會經歷細胞核的固縮、細胞膜的斷裂、細胞質的降解，最終死亡並去除細胞內容物，只留下中空的細胞壁，形成運輸水分的管道。這是PCD最典型的例子之一。
• 種子形成：胚乳細胞的死亡。
• 葉片衰老和脫落。
• 抗病反應：過敏反應（hypersensitive response, HR）中，受感染的細胞會快速發生PCD，以阻止病原體擴散。

核心觀念

本題的判斷關鍵是側根的發生來源，以及母根組織與側根之間的發育關係。

根的初生構造包含表皮、皮層與中柱：

• 表皮（III）：根最外層的組織，通常由原表皮分化而來。
• 皮層（II）：位於表皮與中柱之間，通常由基本分生組織分化而來；其最內層為內皮層。
• 中柱（IV）：位於內皮層以內，包含周鞘及維管組織等構造，其發育與原形成層有關。
• 側根（I）：一般被子植物的側根由母根中柱內的周鞘細胞啟動分裂，形成側根原基，因此屬於內生性起源。側根發生研究

必須區分：**「表皮→皮層→中柱」是由外向內的空間排列，不能直接當成形成時間的先後順序。**根尖不同的起始細胞群可分別產生這些組織，並非先完成表皮，再依序製造皮層與中柱。根尖組織發育研究

解題方法

採用發育來源的必要先後關係排除選項。

側根原基由周鞘細胞產生，而周鞘是中柱的一部分。因此，母根必須先建立中柱中的周鞘細胞，才能由這些細胞發生側根。本題可據此確立：

也就是IV 必須排在 I 之前。這項關係不要求中柱內所有組織都已完全成熟，只要求側根的來源組織已經建立。

此題要求解釋並比較異營生物（heterotrophs）的兩種獲取養分的方式：寄生（biotroph）和腐生（saprotroph）。

生物營養體 (Biotroph)：

• 定義：這類生物（主要是病原真菌和細菌）是專性寄生者，它們從活的宿主生物體中獲取養分，但通常不會立即殺死宿主，而是與宿主長期共存，並從活的組織中持續獲取養分。
• 特徵：
  • 依賴活的宿主。
  • 通常不會引起宿主組織的快速壞死。
  • 可能在宿主組織內形成特殊的結構來吸收養分，例如真菌的吸器（haustoria）。
  • 例子：許多引起植物病害的真菌（如白粉病菌）和細菌。

腐生體 (Saprotroph)：

• 定義：這類生物（主要是真菌和細菌）從死亡的有機物質（如枯枝落葉、動物屍體、糞便等）中獲取養分。它們是分解者。
• 特徵：
  • 分解死亡的有機物。
  • 分泌胞外酶來分解複雜的有機物，然後吸收分解後的簡單有機物。
  • 在生態系統中扮演重要的分解者角色，參與物質循環。
  • 例子：大多數土壤真菌，如蘑菇的菌絲體，腐生細菌。

比較 (Comparison)：
| 特徵 | 生物營養體 (Biotroph) | 腐生體 (Saprotroph) |

此題要求解釋並比較根瘤（root nodules）和菌根（mycorrhiza）這兩種植物根部與微生物的共生關係。

根瘤 (Root nodules)：

• 定義：根瘤是豆科植物（Leguminosae）的根部發育出的腫瘤狀結構，是豆科植物與固氮細菌（diazotrophic bacteria，通常是根瘤菌屬 Rhizobium 或類似細菌）共生的產物。
• 共生關係：
  • 細菌提供：細菌利用植物提供的養分（如碳水化合物）進行代謝，並將空氣中的氮氣（$N_2$）轉化為植物可以吸收的氨（$NH_3$）或銨離子（$NH_4^+$），即氮固定（nitrogen fixation）。
  • 植物提供：植物為細菌提供棲息的場所（根瘤結構）和養分（通過光合作用產生的碳水化合物）。
• 地點：發生在特定植物（主要是豆科植物）的根部。
• 功能：為植物提供氮素來源，尤其在貧瘠土壤中意義重大。

菌根 (Mycorrhiza)：

• 定義：菌根是真菌（fungi）與植物根系之間的一種共生關係。這個詞來自希臘語 "mykes"（真菌）和 "rhiza"（根）。
• 共生關係：
  • 真菌提供：真菌菌絲體能極大擴展對土壤的吸收面積，幫助植物從土壤中吸收水分和礦物質養分（特別是磷和氮），並可能幫助植物抵抗病原體。
  • 植物提供：植物為真菌提供光合作用產生的碳水化合物（糖類）作為能量來源。
• 地點：發生在絕大多數陸生植物的根部。
• 類型：主要分為外生菌根（ectomycorrhiza，真菌菌絲包圍根細胞但多不侵入）和內生菌根（endomycorrhiza，真菌菌絲侵入根細胞形成泡囊或樹枝狀結構，如泡囊- आत型菌根 VAM）。
• 功能：促進植物對養分（尤其是磷）和水分的吸收，增強植物對不良環境的抵抗力。

比較 (Comparison)：
| 特徵 | 根瘤 (Root nodules) | 菌根 (

此題要求解釋並比較原生質質融合（plasmogamy）和核質融合（karyogamy）這兩個在真菌和某些藻類有性生殖過程中發生的重要步驟。

原生質質融合 (Plasmogamy)：

• 定義：這是指兩個細胞的細胞質（cytoplasm）互相融合的過程。在真菌等生物的有性生殖中，這是第一步。
• 過程：當兩個來自不同交配型的細胞（或配子）接觸時，它們的細胞膜會融合，導致細胞質混合。
• 結果：形成一個單個細胞，其中包含來自兩個親本的細胞核，但這兩個細胞核尚未融合。這種狀態稱為雙核體（dikaryon），其細胞核狀態為 $n+n$（即每個細胞中含有來自兩個親本的單套細胞核，但它們各自獨立存在）。

核質融合 (Karyogamy)：

• 定義：這是指兩個細胞核（nuclei）互相融合，形成一個單倍體（diploid）的合子核（zygote nucleus）。
• 過程：在發生原生質質融合後，細胞質中的兩個單套細胞核最終會靠近並融合，形成一個雙套（2n）的細胞核。
• 結果：形成一個合子（zygote），這是進行減數分裂產生孢子的前體。

比較 (Comparison)：
| 特徵 | 原生質質融合 (Plasmogamy) | 核質融合 (Karyogamy) |

此題要求解釋並比較植物維管束中，木質部（xylem）的導管（vessel elements）和韌皮部（phloem）的篩管（sieve elements）上的孔隙結構：穿孔板（perforation plate）和篩板（sieve plate）。

穿孔板 (Perforation plate)：

• 定義：位於木質部導管（vessel elements）末端細胞壁上，是導管節段之間連接的區域。
• 結構：穿孔板上的細胞壁被部分或完全移除，形成孔洞（perforations），允許水分和溶解的礦物質在導管節段之間自由流動。
• 類型：
  • 單穿孔 (Simple perforation)：只有一個大的孔洞。
  • 梯狀穿孔 (Scalariform perforation)：細胞壁上有多條平行的脊狀結構，之間形成許多狹長的孔洞。
  • 網狀穿孔 (Reticulate perforation)：孔洞呈網狀。
  • 篩狀穿孔 (Foraminate perforation)：有多個圓形或橢圓形的孔洞。
• 功能：形成連續的水道，確保水分從根部高效地運輸到葉片。
• 細胞狀態：導管元素在成熟時會死亡，去除細胞質和細胞核，只留下細胞壁。

篩板 (Sieve plate)：

• 定義：位於韌皮部篩管分子（sieve-tube elements）的末端細胞壁上，是篩管分子之間連接的區域。
• 結構：篩板上含有許多篩孔（sieve pores），這些孔洞被稱為篩孔區（sieve area）。篩孔被一種稱為癒傷組織（callose）的碳水化合物物質覆蓋，但通常不完全關閉，允許篩管液（含有糖類、氨基酸、激素等）在篩管分子之間流動。
• 類型：
  • 大型篩板 (Compound sieve plate)：由多個篩孔區組成，篩孔數量較多。
  • 簡單篩板 (Simple sieve plate)：只有一個篩孔區，篩孔較少。
• 功能：允許篩管液在篩管成員之間進行長距離運輸，這是植物進行光合產物運輸的關鍵結構。
• 細胞狀態：篩管分子在成熟時會部分去結構化，失去細胞核、液泡和核糖體等，但細胞膜和細胞質仍然存在，是活細胞，但功能高度特化。

比較 (Comparison)：
| 特徵 | 穿孔板 (Perforation plate) | 篩板

此題考查植物初生長（primary growth）和次生長（secondary growth）的區別。

初生長 (Primary Growth)：

• 定義：植物體由於頂端分生組織（apical meristems）的活動而產生的生長，導致植物體長度的增加。
• 發生部位：主要發生在植物的頂端，包括莖的頂端（shoot apical meristem）和根的頂端（root apical meristem）。
• 產物：形成植物體的初生結構，如根、莖、葉。這些結構由初生組織構成，包括表皮（epidermis）、皮層（cortex）和中柱（stele）。
• 組織形成：頂端分生組織產生新的細胞，這些細胞分化形成初生分生組織（protoderm, ground meristem, procambium），進而形成初生組織。
• 結果：植物體長高或變長。

次生長 (Secondary Growth)：

• 定義：植物體由於側生分生組織（lateral meristems）的活動而產生的生長，導致植物體周徑（直徑）的增加。
• 發生部位：主要發生在木本植物的莖和根中，由兩種側生分生組織引起：
  • 形成層 (Vascular cambium)：位於初生木質部和初生韌皮部之間，產生次生木質部（secondary xylem，即木材）和次生韌皮部（secondary phloem）。
  • 木栓形成層 (Cork cambium)：在莖和根的表面產生，產生木栓（cork）和栓內層（phelloderm）。
• 產物：形成植物體的次生結構，如木材、軟木、韌皮部。
• 組織形成：側生分生組織不斷分裂，向內產生次生木質部，向外產生次生韌皮部（由形成層），或向外產生木栓、向內產生栓內層（由木栓形成層）。
• 結果：植物體變得更粗壯。

區別 (Differences)：

此題要求繪製玉米（玉米，Zea mays）穎果（caryopsis）的縱切面圖，並標示出楯板（scutellum）、胚乳（endosperm）和莖頂端分生組織（shoot apical meristem）。

穎果 (Caryopsis)：是禾本科（Gramineae/Poaceae）植物特有的果實類型，果皮與種皮癒合在一起，內部包含胚和胚乳。玉米是禾本科植物。

結構繪製要點：

1. 外形：穎果通常呈卵形或長橢圓形。
2. 胚乳 (Endosperm)：佔穎果的大部分體積，是儲藏營養（主要是澱粉）的組織，用於胚發育。在玉米中，胚乳通常是黃色或白色。
3. 胚 (Embryo)：位於穎果的一側，佔據較小體積。玉米胚的結構包括：
   • 子葉 (Cotyledon)：即楯板（scutellum）。它是一個盾形的結構，緊貼胚乳，負責將胚乳中的養分吸收並傳輸給胚。
   • 胚芽鞘 (Coleoptile)：包裹著胚芽（plumule）的鞘狀結構，保護胚芽在萌發時穿過土壤。
   • 胚芽 (Plumule)：將發育成莖和葉。其中包含莖頂端分生組織 (Shoot apical meristem, SAM)。
   • 胚根鞘 (Coleorhiza)：包裹著胚根（radicle）的鞘狀結構。
   • 胚根 (Radicle)：將發育成根。
4. 標示：
   • Scutellum (楯板)：這是玉米胚的子葉。
   • Endosperm (胚乳)：這是穎果內最大的儲藏部分。
   • Shoot apical meristem (莖頂端分生組織)：這個結構位於胚芽（plumule）的頂端，是植物莖生長點。在繪圖時，應標示出胚芽，並在其頂端畫出分生組織的細胞層。

繪製步驟建議：

1. 畫出穎果的輪廓。
2. 在穎果的一側畫出胚。
3. 胚的結構：
   • 畫出楯板（Scutellum），它緊貼胚乳。
   • 畫出胚芽鞘（Coleoptile），它包裹著胚芽。
   • 在胚芽鞘內部，畫出胚芽（Plumule），並在其頂端標示出莖頂端分生組織（Shoot apical meristem）。
   • 畫出胚根鞘（Coleorhiza）和胚根（Radicle）。
4. 標示出胚乳（Endosperm），它佔據了穎果的大部分空間。
5. 用箭頭或文字標示出所有要求的結構：Scutellum, Endosperm, Shoot apical meristem。

（由於無法在此處繪圖，以下為文字描述的示意圖，實際繪圖應更精確。）

此題考查陸生植物（terrestrial plants）在演化過程中適應陸地環境所需的三種重要組織系統的功能：運輸組織（transporting tissues）、支持組織（supporting tissues）和薄壁組織（parenchyma）。

1. 運輸組織 (Transporting Tissues)：

• 陸地環境挑戰：陸生植物面臨的主要挑戰之一是從土壤中吸收水分和礦物質，並將其運輸到植物的各個部位（特別是葉片進行光合作用），同時也要將光合作用產生的有機養分（如糖類）從生產部位（葉片）運輸到其他需要或儲存的部位（如根、果實、種子）。在水生環境中，物質交換相對容易，但陸地環境需要更複雜的系統。
• 功能：
  • 木質部 (Xylem)：主要負責運輸水分和溶解的無機鹽，從根部向上運輸到莖和葉。它也提供結構支持。
  • 韌皮部 (Phloem)：主要負責運輸光合作用產生的有機養分（如蔗糖），從葉片（來源）運輸到植物的其他部位（庫）。
• 必要性：沒有高效的運輸系統，植物無法獲得進行光合作用所需的水分和養分，也無法將光合產物分配到生長和儲藏部位，因此無法在陸地上生存和生長。

2. 支持組織 (Supporting Tissues)：

• 陸地環境挑戰：與水中植物相比，陸生植物需要抵抗重力，並在空氣中伸展以獲取陽光。它們容易受到風、雨等物理力的影響。
• 功能：
  • 厚角組織 (Collenchyma)：提供初生生長階段的柔韌性支持，通常位於莖和葉的邊緣，允許植物在不折斷的情況下彎曲。
  • 厚壁組織 (Sclerenchyma)：提供堅硬、強韌的結構支持，其細胞壁通常木質化，死亡後仍能提供強度。例如，纖維（fibers）和石細胞（sclereids）。

此題要求比較種子植物（seed plants）和蘚苔植物（bryophytes）的生命週期。

這兩類植物都屬於陸生植物，都經歷世代交替，但它們的世代交替特徵、配子體和孢子體的發育程度有顯著差異。

蘚苔植物 (Bryophytes) 的生命週期：

1. 優勢世代：配子體世代 (Gametophyte generation) 是主要的、獨立生活的、綠色的、進行光合作用的世代。孢子體（sporophyte）較小，依賴配子體生存。
2. 配子體：由孢子萌發而成，是植物體的主要形態。
3. 配子體產生配子：在配子體的特定部位（雄器 Antheridium 產生精子，雌器 Archegonium 產生卵細胞）。
4. 受精：精子需要依賴水（如雨水或露水）游動到卵細胞，進行受精，形成合子（zygote）。
5. 孢子體：合子發育成孢子體，通常由足器（foot）、柄（seta）和孢蒴（sporangium）組成。孢子體依賴配子體獲得養分。
6. 孢子形成：孢蒴中的二倍體細胞進行減數分裂，產生單倍體孢子（spores）。
7. 孢子散佈：孢子散佈後，在適宜的環境下萌發，長成新的配子體。

種子植物 (Seed Plants) 的生命週期：

1. 優勢世代：孢子體世代 (Sporophyte generation) 是主要的、獨立生活的、綠色的、進行光合作用的世代。配子體（gametophyte）極度退化，完全寄生於孢子體內。
2. 配子體退化：
   • 雌配子體 (Female gametophyte)：在胚珠（ovule）內發育，由一個或少數幾個細胞組成（例如，在被子植物中，雌配子體是胚囊，通常由7個細胞1個卵細胞組成）。
   • 雄配子體 (Male gametophyte)：即花粉粒（pollen grain），在花粉囊（pollen sac）內發育，由幾個細胞組成（通常是3-4個細胞，包括兩個精細胞）。
3. 配子形成：雌配子體內有腹器（archegonium）產生卵細胞；雄配子體（花粉粒）內產生精細胞。
4. 傳粉與受精：花粉粒通過風、昆蟲等傳播到雌蕊柱頭上（傳粉）。花粉粒萌發形成花粉管，將精細胞輸送到胚珠內與卵細胞受精。受精不需要水。
5. 合子與胚：受精形成合子（zygote），合子發育成胚（embryo）。
6. 種子形成：胚珠發育成果實，種子（seed）包含胚、胚乳（儲藏組織）和種皮。
7. 孢子體：我們看到的大部分植物體（如樹木、草本植物）就是孢子體。

比較 (Comparison)：

| 特徵 | 蘚苔植物 (Bryophytes) | 種子植物 (Seed Plants) |

此題考查稻米（白米）的結構及其發育來源。

第一小題：我們吃的「白米」，主要是哪一個構造？

• 「白米」指的是稻穀（rice grain）經過加工，去除稻殼（hull）和麩皮（bran）後剩下的部分。
• 稻穀本身是禾本科植物的穎果（caryopsis）。穎果包含兩大部分：胚（embryo）和胚乳（endosperm），果皮與種皮癒合。
• 我們吃的「白米」主要是指稻穀的胚乳 (Endosperm)。胚乳是儲藏營養（主要是澱粉）的組織，用於胚的發育。
• 稻穀去除稻殼（最外層）後，內部是穎果。穎果包含胚（位於穎果一側，較小）和胚乳（佔大部分體積）。
• 碾米過程中，首先去除稻殼，得到糙米（brown rice），糙米包含胚乳、胚和麩皮（由果皮和種皮癒合而成）。
• 進一步加工，去除麩皮和胚，得到白米（polished rice）。因此，白米主要是胚乳。

此題考查種子休眠與萌芽的調控機制，涉及植物激素和光照的影響。

第一小題：哪兩種植物賀爾蒙對於種子休眠有拮抗作用？

• 種子休眠（seed dormancy）是種子在適宜的萌發條件下（如水分、溫度）仍無法萌發的一種狀態。它有助於種子度過不利環境。
• 植物激素在種子休眠和萌發的調控中起著關鍵作用。
• 脫落酸 (Abscisic acid, ABA)：通常促進種子休眠，維持休眠狀態，抑制萌發。它能增加種子對水分的耐受性，並促進胚乳中抑制萌發物質的積累。
• 赤黴素 (Gibberellins, GAs)：通常促進種子萌發，打破休眠。它能誘導胚乳合成水解酶，分解儲藏物質，提供胚生長所需的養分，並促進胚的生長。
• 拮抗作用 (Antagonistic effect)：ABA 和 GAs 在種子休眠和萌發的調控中常常表現出拮抗作用。ABA 促進休眠，GAs 促進萌發。兩者之間的平衡決定了種子的萌發狀態。
• 因此，對於種子休眠有拮抗作用的兩種植物激素是脫落酸 (Abscisic acid, ABA) 和赤黴素 (Gibberellins, GAs)。

第二小題：哪一種光會促進種子萌芽？感知此光線的光受器（photoreceptor）為何？

• 對光敏感的種子：許多種子，特別是小型種子，對光照非常敏感，光照可以作為萌發的信號。

核心觀念

本題考察玉米根的橫切構造，以及內皮層的凱氏帶（Casparian strip）對根部水分、無機鹽運輸的控制作用。根的維管束中：

• 木質部（xylem）：主要運送水分與無機鹽。
• 韌皮部（phloem）：主要運送葉片製造的有機養分，尤其是蔗糖。
• 內皮層（endodermis）：以凱氏帶控制物質進入中柱的路徑。

解題方法

先利用圖中的位置判斷維管束：

1. 圖中標示的巨大導管為木質部。
2. 木質部各臂之間的小型維管束區域為韌皮部，因此 A 為韌皮部。
3. 內皮層細胞的徑向壁與橫向壁具有特殊栓質化加厚，即為凱氏帶。

各小題解析

(1) Endodermis 細胞壁加厚的構造

此構造為凱氏帶（Casparian strip），主要由栓質沉積形成，位於內皮層細胞的徑向壁與橫向壁。

(2) 對水分及養分吸收與運輸的影響

凱氏帶會阻斷水分與溶解物質沿著細胞壁和細胞間隙的質外體途徑（apoplastic pathway）直接進入中柱。因此，水分與無機鹽到達內皮層時，必須穿過內皮細胞的細胞膜，改走共質體途徑（symplastic pathway）。

其作用包括：

此題考查植物木質部（xylem）在不耗能（passive transport）的情況下，將水分和養分從根部運輸到地上部的主要機制。這主要涉及到蒸散拉力、水的內聚力與附著力。

植物將水分從根部運輸到葉片頂端的過程，主要依靠以下三個相互關聯的機制：

1. 蒸散拉力 (Transpirational Pull)：

   • 原理：葉片表面的氣孔（stomata）是植物蒸發水分的主要通道。當葉片表面的水分蒸發（蒸散作用, transpiration）時，會降低葉片細胞的水勢（water potential）。
   • 過程：由於水具有內聚力（cohesion），葉片細胞失水會將水分子從相鄰的細胞拉動，這種拉力通過連接的水柱，從葉片一直傳遞到根部。水分子不斷從土壤通過根部、莖部，最終蒸發到大氣中。
   • 被動過程：蒸散作用的驅動力是土壤和空氣之間的巨大水勢梯度，以及太陽能驅動的水分蒸發。這個過程本身不直接消耗植物的代謝能（ATP）。

2. 水的內聚力 (Cohesion of Water)：

   • 原理：水分子之間通過氫鍵（hydrogen bonds）相互吸引，形成較強的內聚力。
   • 作用：這種內聚力使得水在木質部中形成連續的水柱，從根部一直延伸到葉片。

此題考查光合作用的基本知識，包括其進行的場所和兩個主要階段（光反應、碳反應）的產物。

第一小題：光合作用主要在植物的哪一個器官進行？

• 光合作用是植物利用光能將二氧化碳和水轉化為有機物（如葡萄糖）並釋放氧氣的過程。
• 這個過程需要葉綠體（chloroplasts），而葉綠體在植物體內主要集中在進行光合作用的器官中。
• 植物的葉片 (leaves) 是進行光合作用的主要器官。這是因為葉片通常具有較大的表面積，便於接收陽光；表皮細胞含有氣孔，便於二氧化碳的進入和氧氣的釋放；葉肉（mesophyll）組織中富含葉綠體。
• 雖然莖部（特別是幼嫩的綠色莖）和某些其他綠色結構也可能進行少量光合作用，但葉片是主要的場所。

第二小題：光反應與碳反應的最終產物各是甚麼？
光合作用分為兩個主要階段：光反應（light-dependent reactions）和碳反應（light-independent reactions，也稱為卡爾文循環 Calvin cycle）。

• 光反應 (Light-dependent reactions)：
  • 場所：葉綠體的類囊體膜（thylakoid membrane）上。
  • 輸入：光能、水（$H_2O$）、NADP$^+$、ADP + P$_i$。
  • 過程：利用光能分解水，釋放氧氣（$O_2$），產生 ATP (能量貨幣) 和 NADPH (還原力載體)。
  • 最終產物：
    • ATP (三磷酸腺苷)：提供化學能。
    • NADPH (還原型輔酶 II)：攜帶高能電子和氫離子，提供還原力。

此題考查粒線體（mitochondrion）的結構與功能，特別是三羧酸循環（TCA cycle）和電子傳遞鏈的位置。

圖片顯示了粒線體的結構，包括外膜（Outer membrane）、內膜（Inner membrane）、基質（Matrix）和膜間腔（Intermembrane space）。

第一小題：TCA cycle 在哪裡進行？

• 三羧酸循環（Tricarboxylic acid cycle），也稱為檸檬酸循環（citric acid cycle）或克氏循環（Krebs cycle），是細胞呼吸作用的第二階段（第一階段是糖解作用，發生在細胞質）。
• TCA cycle 的所有酶都位於粒線體的基質 (Matrix) 中。
• 在這個循環中，丙酮酸（pyruvate）經過轉化後進入 TCA cycle，與草醯乙酸（oxaloacetate）結合形成檸檬酸（citrate），然後經過一系列反應，最終釋放出 $CO_2$，並產生少量 ATP（或 GTP）、大量的 NADH 和 FADH$_2$。

核心觀念

自交不親合（self-incompatibility, SI）是植物在具有功能性雌雄配子的情況下，能辨認並拒絕自身花粉，或拒絕與自身具有相同自交不親合型基因的花粉，使花粉無法在柱頭上萌發或花粉管無法正常生長。

其主要優點是：

1. 防止自花授粉與近親繁殖。
2. 促進異花授粉，增加後代的遺傳變異。
3. 維持族群的雜合性與適應能力。

解題方法

本題為配子體型自交不親合（gametophytic self-incompatibility, GSI）。

配子體型的判斷原則是：花粉的自交不親合基因型只帶有一個等位基因，例如 $S_1$ 或 $S_2$。花粉是否能生長，取決於花粉本身的 $S$ 等位基因，而不是產生該花粉的二倍體植株整體基因型。

若花粉的 $S$ 等位基因與柱頭植株的任一 $S$ 等位基因相同，花粉會被拒絕；只有與柱頭兩個等位基因都不同時，花粉才可以順利生長。

圖中三個柱頭基因型分別為：

• 第 1 個柱頭：$S_1S_2$
• 第 2 個柱頭：$S_2S_3$
• 第 3 個柱頭：$S_3S_4$

花粉基因型依序為：

• （1）$S_1$
• （2）$S_2$
• （3）$S_1$
• （4）$S_2$
• （5）$S_1$
• （6）$S_2$

各花粉逐一判斷

• （1）$S_1$ 花粉 × $S_1S_2$ 柱頭：不親合
  花粉的 $S_1$ 與柱頭的 $S_1$ 相同，因此被柱頭辨認並拒絕。

• （2）$S_2$ 花粉 × $S_1S_2$ 柱頭：不親合
  花粉的 $S_2$ 與柱頭的 $S_2$ 相同，因此無法順利生長。