115 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》

本題主要在測試考生對園藝學基本名詞的理解及其在實際園藝操作中的應用。

一、名詞解釋與園藝應用：

1. Grafting (嫁接)

   • 意義： 嫁接是一種無性繁殖技術，將一個植物體的枝條（接穗, scion）或芽（芽接, budding）連接到另一個植物體的根系或莖部（砧木, rootstock）上，使兩者癒合並共同生長。
   • 園藝應用： 廣泛應用於果樹（如蘋果、梨、柑橘、葡萄）、觀賞樹木（如玫瑰、楓樹）及蔬菜（如番茄、西瓜）的繁殖。例如，將優良品種的果樹枝條嫁接到抗病、耐旱或適應特定土壤條件的砧木上，以結合兩者的優點，生產出品質優良、產量高且適應性強的植株。

2. Stratification (層積處理)

   • 意義： 層積處理是促使某些種子打破休眠、萌發的一種方法。通常將種子與濕潤的介質（如砂、泥炭苔、蛭石）混合，並在特定的低溫（通常是 1-5°C）和濕潤條件下儲藏一段時間，模擬種子在自然界經歷的冬季。
   • 園藝應用： 適用於許多溫帶落葉果樹（如蘋果、梨、桃、櫻桃）和觀賞植物（如山楂、丁香）的種子。例如，山楂種子若未經層積處理，其萌發率及萌發時間會受到很大影響，經過 2-4 個月的層積處理後，能顯著提高萌發率並縮短萌發時間，使其能順利育苗。

3. Photoperiod (光週期)

   • 意義： 光週期是指一天中光照與黑暗的相對長度，或更精確地說，是植物感應到的光照時數。許多植物的生長、發育和開花對光週期的長度有特定的反應。
   • 園藝應用：
     • 長日照植物 (Long-day plants)： 如菠菜、萵苣，在一天光照時間長於某一臨界點時才會開花。農民可利用人工光源延長日照，促使這些作物提早開花，在非產季生產。

本題主要探討介質栽培（ soilless culture ）中，介質的選擇與準備是成功的關鍵。

介質選擇及準備的必要考慮要素：

在介質栽培中，介質取代了土壤的功能，提供植物根系支撐、水分、養分及空氣。因此，選擇和準備介質時，必須考慮以下要素：

1. 物理性狀 (Physical Properties)：

   • 通氣性 (Aeration)： 根系需要氧氣進行呼吸作用。介質必須有足夠的孔隙度，確保根部能獲得充分的空氣，避免根部缺氧導致腐爛。這與介質的顆粒大小、均勻度及堆積方式有關。
   • 保水性 (Water Holding Capacity)： 介質需要能夠儲存足夠的水分，以供植物吸收，並減少澆水的頻率。然而，保水性過強可能導致通氣性不足。
   • 排水性 (Drainage)： 過多的水分必須能順暢排出，避免介質長期處於飽和狀態，影響通氣性並可能導致病害發生。
   • 質地與結構 (Texture and Structure)： 介質的顆粒大小分佈（質地）和顆粒間的排列（結構）會影響其通氣性、保水性、排水性和穩定性。均勻的顆粒大小有助於維持良好的孔隙結構。
   • 容重 (Bulk Density)： 介質的重量與體積之比。較輕的介質（如泥炭苔、椰纖、珍珠石）便於搬運和架設，且通常有較好的通氣性。

2. 化學性狀 (Chemical Properties)：

   • 陽離子交換量 (Cation Exchange Capacity, CEC)： 介質吸附和釋放陽離子的能力。較高的 CEC 有助於緩衝培養液的 pH 值，並能吸附和保存培養液中的陽離子養分（如 K$^+$, Ca$^{2+}$, Mg$^{2+}$），防止其流失。
   • pH 值： 介質的 pH 值會影響水中養分的溶解度和植物對養分的吸收。理想的 pH 範圍通常在 5.5 至 6.5 之間，以確保大多數必需養分的有效性。
   • 可溶性鹽類含量 (Soluble Salt Content)： 介質中不應含有過高的可溶性鹽類，以免對植物造成鹽害。例如，一些天然介質（如某些泥炭）可能需要預先淋洗。

本題主要探討鈣元素在園藝作物品質中的重要性，以及透過栽培管理來影響其吸收與利用。

鈣元素與園藝作物產品品質的相關性：

鈣 (Ca$^{2+}$) 是一種重要的結構性元素，在植物細胞壁的形成和穩定中扮演關鍵角色，對維持細胞膜的完整性、細胞結構的穩定以及果實的儲藏性有顯著影響。

• 果實的硬度與脆度： 鈣是細胞壁果膠酸（pectic acid）的重要成分，能與果膠形成穩定的鈣果膠（calcium pectate）。高含量的鈣有助於強化細胞壁，使果實質地更硬、更脆，不易軟化或受損。

  • 例子： 蘋果、番茄、草莓、甜椒等果實，充足的鈣能顯著提高其硬度。例如，富含鈣的蘋果在採後儲運過程中，不易出現軟腐、褐變等生理病害，儲藏壽命也較長。

• 採後儲藏性與抗病性： 鈣能增強細胞壁的結構完整性，減少果實採後因細胞分離、細胞壁降解而導致的軟化和病原菌入侵。

  • 例子： 儲藏期較長的結球萵苣（洋生菜），若缺鈣，容易出現「心腐病」（tip burn），即葉片邊緣壞死褐變，嚴重影響商品價值。補充鈣質可有效預防此類問題。

• 生理病害的預防： 鈣的運輸主要透過蒸散流，一旦停止生長或蒸散作用減弱，根部吸收的鈣就難以運輸到果實或生長點，容易引發缺鈣性生理病害。

  • 例子： 番茄的「番茄頂腐病」（blossom-end rot, BER），表現為果實底部出現水浸狀、後轉為褐色乾枯的凹陷斑點，是典型的缺鈣生理病害。儘管土壤中可能不缺鈣，但由於根系活力下降、水分供應不穩或蒸散作用不足，導致鈣無法有效運輸至果實頂部所致。

• 種子發育與品質： 鈣對種子的發育和儲藏性也有影響。

如何利用栽培管理調控鈣元素之吸收與利用：

鈣的吸收與運輸受多種因素影響，可透過精確的栽培管理來調控：

1. 培養液管理 (Nutrient Solution Management)：
   • 維持適當的鈣濃度： 在水耕或基質栽培中，培養液中鈣的濃度是影響吸收最直接的因素。一般建議鈣的供應量為 120-200 mg/L (ppm)。
   • 注意鈣與其他陽離子的平衡： 鈣與鉀 (K$^+$) 和鎂 (Mg$^{2+}$) 之間存在拮抗作用。

本題主要測試考生對植物生長調節劑（Plant Growth Regulators, PGRs）的定義、分類及其在園藝應用上的理解。

植物生長調節劑 (Plant Growth Regulators, PGRs) 的定義：

植物生長調節劑是指由植物體內合成或由外界施用，能夠影響植物生長、發育、形態建成、開花、結果、抗逆性等生理過程，且通常在極低濃度下就能產生顯著效應的有機物質。它們可以調節植物內源激素的平衡，或直接作用於細胞，引導植物的生長發育反應。PGRs 主要包含五大類內源性激素，但題目的涵蓋範圍也包括了許多合成的調節劑。

五種植物生長調節劑種類及其園藝應用：

以下列出五種常見的 PGRs，並說明其園藝應用：

1. 生長素 (Auxin)

   • 作用： 主要促進細胞伸長、根系形成、頂芽優勢、防止落花落果、促進果實發育等。
   • 園藝應用舉例：
     • 促進扦插生根： 在植物扦插時，將插穗基部浸泡於含有吲哚丁酸 (Indole-3-butyric acid, IBA) 或萘乙酸 (Naphthaleneacetic acid, NAA) 等生長素的溶液中，能顯著促進不定根的形成，提高扦插成活率。這是果樹、觀賞植物無性繁殖的重要技術。
     • 防止落花落果： 在果樹（如番茄、柑橘）開花期或幼果期，噴施適當濃度的生長素，可以減少花朵或幼果的脫落，提高坐果率。
     • 促進單性結實： 在無籽水果（如無籽番茄）的生產中，噴施生長素可以刺激子房發育，形成無籽果實。

2. 吉貝素 (Gibberellin, GA)

   • 作用： 主要促進莖的伸長、種子萌發、開花、果實增大、打破休眠等。
   • 園藝應用舉例：
     • 增大果實與改善果形： 在葡萄（無籽巨峰葡萄）的生產中，使用吉貝素（如 GA$_3$）處理幼果，可以使果實顯著增大，果粒變得飽滿，並延長果穗，增加商品價值。
     • 促進種子萌發與打破休眠： 對於某些休眠期長的種子（如某些觀賞植物），浸泡或噴施吉貝素有助於打破休眠，加速萌發。
     • 延遲開花： 在某些情況下，也能用於延遲某些觀賞植物的開花時間。

3. 細胞分裂素 (Cytokinin)

   • 作用： 主要促進細胞分裂、延緩葉片衰老、影響芽的發育（與生長素協同作用）、促進側芽萌發等。
   • 園藝應用舉例：

本題旨在探討園藝產業在面對當前全球性挑戰時，所能發揮的作用與貢獻。

當前重要課題：

• 氣候變遷 (Climate Change)： 導致極端天氣事件頻繁（乾旱、洪災、熱浪、寒流）、溫度升高、降雨模式改變，影響作物生長、產量和品質。
• 人口老化 (Aging Population)： 許多已開發國家面臨勞動力短缺、勞動力成本上升的問題，傳統勞動密集型農業面臨轉型壓力。同時，高齡化社會對健康飲食、休閒農業、照護服務有新的需求。
• 環境永續 (Environmental Sustainability)： 追求資源（水、土壤、能源）的有效利用，減少化學品（農藥、化肥）的施用，降低對環境的污染，發展循環經濟。

園藝與園產品處理及利用可扮演的角色：

1. 應對氣候變遷：

   • 開發耐逆境園藝作物： 透過育種（傳統育種、分子育種）或引進，篩選和培育能夠適應高溫、乾旱、鹽鹼、病蟲害的園藝品種（如耐旱的蔬菜、耐熱的水果）。
   • 發展智慧農業與精準栽培： 應用物聯網（IoT）、感測器、大數據分析，實現對溫室環境（溫度、濕度、光照、CO$_2$）、灌溉施肥的精準調控，提高資源利用效率，減少氣候變遷對生產的衝擊。例如，利用氣象預報數據，預警低溫或高溫，及時採取防護措施。
   • 發展都市農業與垂直農場： 在都市地區建立可控環境的設施，減少運輸距離，降低碳排放。垂直農場能更有效地利用空間和資源，應對極端氣候的影響。
   • 園藝景觀的生態功能： 城市綠化、屋頂綠化、生態廊道等園藝景觀，能調節微氣候，降低都市熱島效應，吸收二氧化碳，涵養水源，提升生物多樣性。

2. 應對人口老化：

   • 導入自動化與機械化技術： 在園藝生產、採收、包裝、分級等環節，推動自動化設備（如自動採摘機器人、無人機噴藥、自動化分級包裝線）的應用，緩解勞動力短缺問題，提高生產效率。
   • 發展園藝療癒 (Horticultural Therapy) 與樂齡活動： 結合園藝活動（如種植、園藝創作）與身心照護，為高齡者提供休閒、運動、社交和心理支持的機會，提升生活品質。