115 年 國立臺灣大學漁業科學研究所《水產概論》

此題主要在探討水生生態系統中的能量傳遞與物質循環，核心概念為食物鏈、食物網、營養階層及能量流動。

食物鏈 (Food Chain)：
食物鏈是指在一個生態系統中，生物與生物之間由於攝食關係而形成的一連串鏈狀結構。能量從生產者（如藻類）開始，經由初級消費者（植食性動物）、次級消費者（肉食性動物）、三級消費者，直至最高消費者。

食物網 (Food Web)：
在實際的生態系統中，生物的攝食關係遠比單純的食物鏈複雜，通常一個生物會攝食多種生物，同時也會被多種生物所攝食。將所有複雜的攝食關係連結起來，就形成食物網。食物網更能真實地反映生態系統的結構與穩定性。

營養階層 (Trophic Level)：
營養階層是指生物在食物鏈或食物網中所處的位置。

• 第一營養階層：生產者 (Producers)，例如浮游植物、海藻等，能進行光合作用製造有機物。
• 第二營養階層：初級消費者 (Primary Consumers)，即植食性動物 (Herbivores)，以生產者為食，例如浮游動物、某些魚類。
• 第三營養階層：次級消費者 (Secondary Consumers)，即肉食性動物 (Carnivores)，以初級消費者為食，例如小型魚類、蝦類。
• 第四營養階層：三級消費者 (Tertiary Consumers)，以次級消費者為食，例如較大型的魚類、海鳥、海洋哺乳動物。
• 分解者 (Decomposers)：如細菌、真菌，分解動植物屍體及排泄物，將有機物分解為無機物，重新釋放到環境中，供生產者利用。分解者不屬於特定的營養階層，但對物質循環至關重要。

此題要求說明蝦類（節肢動物門，甲殼綱）的呼吸、循環與免疫系統。

1. 呼吸系統 (Respiratory System)
蝦類是水生節肢動物，主要透過鰓 (gills) 進行氣體交換。

• 構造：蝦的鰓通常位於頭胸部兩側的鰓室內，由一系列稱為「鰓葉」(gill lamellae) 的薄片狀結構組成，這些結構提供了極大的表面積以利氣體交換。鰓的基部通常與步足相連，稱為「足鰓」(podobranch)。
• 機制：水流經鰓室，使氧氣溶解於水中，並擴散到鰓葉的微血管中；同時，二氧化碳則從血液擴散到水中排出。蝦類通常有鰓蓋 (operculum) 覆蓋保護鰓室。部分蝦類（如淡水蝦）的鰓蓋內板會形成一個腔，稱為「次鰓腔」(subbranchial chamber)，有助於將水流導向鰓。
• 輔助機制：部分蝦類在頭胸部有稱為「前鰓膜 (epipodites)」的附屬物，也具有一定的呼吸功能。

2. 循環系統 (Circulatory System)
蝦類具有開放式循環系統 (open circulatory system)，也稱為單迴循環。

• 構造：
  • 心臟 (Heart)：位於背側，通常在頭胸部後方。心臟有數個開口，稱為「心孔 (ostia)」，血液透過心孔流入心臟。
  • 血管 (Vessels)：心臟收縮時，將血液（稱為血淋巴, hemolymph）泵入動脈，輸送到身體各部分。動脈末端並非直接連接靜脈，而是擴散到組織間的腔隙，形成「血腔 (hemocoel)」。
  • 血淋巴 (Hemolymph)：蝦類的血液稱為血淋巴，顏色通常是無色或淡藍色，因為其呼吸色素是血藍蛋白 (hemocyanin)，其中含有銅離子，遇氧時呈藍色。
  • 循環途徑：血淋巴從血管流出，充滿身體的血腔，與組織細胞直接接觸進行物質交換後，再經由心孔流回心臟。
• 功能：運輸氧氣（雖然主要由鰓負責，但血藍蛋白有助於運輸）、二氧化碳、營養物質、代謝廢物、荷爾蒙以及免疫細胞。

3. 免疫系統 (Immune System)
蝦類屬於無脊椎動物，其免疫系統與脊椎動物的適應性免疫不同，屬於先天性免疫 (innate immunity)，主要依靠細胞和體液因子。

此題考查「聖嬰現象」(El Niño) 的成因及其對漁業的影響。

「聖嬰現象」的成因 (Causes of El Niño)

聖嬰現象是一種發生在熱帶太平洋的大尺度氣候異常現象，其核心特徵是太平洋東部（秘魯沿岸）和中部赤道海域的表層海水溫度異常偏高。其成因涉及大氣與海洋的相互作用，主要可歸結為以下幾點：

1. 正常情況下的貿易風 (Normal Trade Winds)：在正常年份，熱帶太平洋信風（又稱貿易風）從東向西吹拂，將表層暖水吹向太平洋西部（如印尼、澳洲附近），造成西部海面水位升高、水溫偏高；同時，太平洋東部（如秘魯沿岸）則因表層暖水被吹離，深層的冷湧 (upwelling) 現象將富含營養鹽的冷水帶到表層，使得東太平洋表層水溫較低。
2. 貿易風減弱或反轉 (Weakening or Reversal of Trade Winds)：在聖嬰現象發生時，東向的貿易風會顯著減弱，甚至在某些區域反轉成西風。
3. 暖水西移受阻與東擴 (Warm Water Shift and Eastward Expansion)：由於貿易風減弱，原本堆積在西太平洋的暖水團無法被持續吹向西方，開始向東擴散。這使得太平洋中部和東部的表層海水溫度異常升高。
4. 暖池 (Warm Pool) 的移動：西太平洋的暖池（高溫、高濕的區域）擴張並向東移動，影響了大氣環流，進一步削弱了東風。
5. 南方濤動 (Southern Oscillation)：聖嬰現象與南方濤動（南太平洋和大西洋間氣壓的蹺蹺板效應）密切相關，兩者共同構成「聖嬰-南方濤動」(ENSO) 現象。聖嬰年通常伴隨西部太平洋氣壓升高、東部太平洋氣壓降低。

對漁場所造成之影響 (Impacts on Fisheries)

聖嬰現象對全球漁業，尤其是熱帶太平洋區域的漁業，會產生顯著的影響，主要體現在以下幾個方面：

此題主要考查水產動物疾病預防的策略，涵蓋病毒、細菌和寄生蟲三類病原體。預防勝於治療是水產養殖的核心原則。

預防策略可從以下幾個層面進行：

一、 源頭管理與生物安全 (Biosecurity and Source Management)

1. 健康種苗的選擇與引入：

   • 病毒性疾病預防：
     • 從信譽良好、通過疾病檢定、無特定病毒感染的親本或種苗場引進種苗。
     • 對引進的種苗進行疾病篩檢（如 PCR, ELISA 等），並在隔離區觀察一段時間後再混養。
     • 選擇對特定病毒具有抗性的品種（如果可能）。
   • 細菌性疾病預防：
     • 引進未感染特定細菌（如弧菌、敗血病相關細菌）的健康種苗。
     • 種苗在引入前可進行藥浴處理，但需謹慎，以免影響種苗健康。
   • 寄生蟲疾病預防：
     • 引進未攜帶體外寄生蟲（如車輪蟲、斜管蟲、錨蟲等）或體內寄生蟲（如吸蟲、線蟲）的健康種苗。
     • 種苗引入前進行檢查與適當的寄生蟲防治處理。

2. 嚴格的生物安全措施：

   • 隔離 (Quarantine)：設置隔離池，對新引進的種苗進行觀察和檢疫，確保無病原傳播。
   • 場區管理：
     • 限制外來人員、車輛、漁具進入養殖場，或進行嚴格消毒。
     • 養殖場內不同池之間的漁具、設備應分開使用或徹底消毒，避免交叉感染。
     • 定期對場區進行清潔和消毒。
   • 廢水與病死魚處理：
     • 嚴格管理養殖廢水，進行無害化處理後排放，避免病原擴散。
     • 及時撈除並妥善處理病死魚，防止病原傳播。

二、 養殖環境管理 (Environmental Management)

1. 優良水質管理：
   • 病毒性疾病預防：維持良好水質，減少病毒在環境中的濃度和傳播機會。避免過度密植。
   • 細菌性疾病預防：
     • 維持溶氧量充足（> 4-5 mg/L），避免缺氧應激。
     • 控制氨氮、亞硝酸鹽、硫化氫等有毒物質的濃度。
     • 定期換水，稀釋環境中的病原。
     • 可適當使用益生菌、光合細菌等，維持水質穩定，抑制有害菌生長。
   • 寄生蟲疾病預防：
     • 控制水溫、pH、鹽度等水質因子在適宜範圍內，減少寄生蟲的發生。
     • 定期清除池底污泥，減少寄生蟲的滋生場所。

此題考查「三層流刺網」是否為友善漁法及其原因。所謂「友善漁法」通常指對環境影響小、選擇性高（不易誤捕非目標物種，特別是瀕危或受保護物種）、對魚類資源破壞性低的漁業方法。

三層流刺網 (Tendem/Trinet/Triple-Lined Gillnet)

三層流刺網是一種刺網的變體，它由三層網目大小不同的網片組成，通常中間一層網目較大，兩側兩層網目較小。漁獲的原理是魚類在試圖穿過中間大網目網片時，頭部或身體會卡住，而兩側的小網目網片則會纏繞住魚鰓或身體。

是否為友善漁法？

一般而言，三層流刺網被認為是相對「不友善」或「選擇性差」的漁法，但其友善程度也取決於具體的操作方式、網目大小、漁場設定及管理措施。

原因分析：

1. 選擇性差 (Low Selectivity)：

   • 誤捕非目標物種：三層流刺網由於網目結構複雜，容易纏繞和捕獲各種大小和種類的魚類，包括幼魚、非經濟性魚類、以及可能受保護的海洋哺乳動物（如海豚）、海龜、海鳥等。
   • 對特定魚種的傷害：其纏繞方式可能對魚鰓造成嚴重傷害，即使未被當場捕獲，很多魚也可能因鰓部受損而死亡。

2. 對魚類資源的潛在破壞：

   • 捕撈幼魚：若使用過小的網目，容易大量捕撈尚未成熟的幼魚，影響魚類的繁殖和資源補充。
   • 高漁獲率：三層流刺網的結構使其捕撈效率很高，若管理不當，可能導致某些魚種資源被過度開發。

此題考查自然湖泊與養殖池在日夜間水質變化的原因。這主要與水體中生物的代謝活動，特別是光合作用和呼吸作用，以及物理因素（如溫度、風浪）的日夜變化有關。

核心概念：

• 光合作用 (Photosynthesis)：由藻類、水生植物等生產者進行，消耗二氧化碳（$CO_2$）、水（$H_2O$），在光照下產生氧氣（$O_2$）和有機物。
  $6CO_2 + 6H_2O + \text{光能} \rightarrow C_6H_{12}O_6 + 6O_2$
• 呼吸作用 (Respiration)：所有生物（生產者、消費者、分解者）都會進行，消耗有機物和氧氣，產生二氧化碳、水和能量。
  $C_6H_{12}O_6 + 6O_2 \rightarrow 6CO_2 + 6H_2O + \text{能量}$
• 水中物理因素：溫度、溶氧、pH 值等。

日夜水質變化的原因分析：

白天 (Daytime)：

1. 光合作用活躍：

   • 溶氧 (Dissolved Oxygen, DO) 升高：在有陽光照射時，水中的藻類和水生植物進行光合作用，大量釋放氧氣，使水體表層的溶氧量顯著升高，有時甚至達到飽和或過飽和狀態。
   • 二氧化碳 ( $CO_2$) 消耗，pH 值升高：光合作用消耗水中的 $CO_2$。當 $CO_2$ 被大量消耗時，水中的碳酸平衡會發生改變，碳酸的解離減少，導致溶解的 $CO_2$ 濃度下降，pH 值會相對升高。
   • 有機物合成：生產者利用光能合成有機物，為生態系統提供能量基礎。

2. 呼吸作用持續進行：

   • 雖然白天光合作用佔優勢，但所有生物的呼吸作用仍在進行，消耗少量氧氣和有機物，釋放少量 $CO_2$。

3. 物理因素：

   • 溫度升高：太陽輻射導致水溫升高，通常表層水溫高於深層。
   • 風浪作用：白天通常風力較大，有助於水體混合，使氧氣和溫度分佈相對均勻（尤其在較淺水體）。

此題考查種魚的選擇與飼養管理，強調其對子代品質的重要性。一個成功的繁殖計畫，優良的種魚是基礎。

一、 種魚的選擇 (Selection of Broodstock)

選擇種魚時，需從多個面向考量，以確保後代具有優良的遺傳特性、生理健康及繁殖能力。

1. 遺傳品質 (Genetic Quality)：

   • 優良性狀的選擇：選擇具有生長快、體型大、抗病力強、飼料轉換率高、繁殖力強、肉質好等優良性狀的個體作為種魚。
   • 遺傳多樣性 (Genetic Diversity)：避免近親繁殖 (inbreeding)，保持種群的遺傳多樣性，以維持個體的活力 (vigor) 和抵抗力，並為未來的選育留下基礎。若需建立新的種魚系，需謹慎規劃親本組合。
   • 品系穩定性：選擇繁殖穩定的品系，確保子代性狀的可預測性。

2. 生理健康與活力 (Physiological Health and Vigor)：

   • 無病原感染：種魚必須健康，沒有任何已知的病毒、細菌、寄生蟲感染。引進種魚時應進行嚴格篩檢和隔離。
   • 生理機能正常：檢查外觀，確保無畸形、無損傷，活動力強，攝食正常，生理機能（如生殖系統發育、內分泌系統）健全。
   • 成熟度與繁殖週期：選擇性成熟、處於最佳繁殖狀態的個體。對於某些物種，可能需要選擇經歷過特定繁殖週期（如多次繁殖後）的個體。

3. 年齡與體型 (Age and Size)：

   • 適當年齡：太年輕的魚可能繁殖能力不穩定，產卵量少、卵質差；太老的魚則繁殖能力下降，子代活力可能較弱。選擇處於繁殖高峰期的年齡段。
   • 適當體型：通常較大、較健康的個體，其繁殖能力和產卵量也相對較高。但需注意，過大的個體可能存在其他健康問題。

4. 繁殖能力 (Reproductive Capacity)：

   • 產卵量 (Fecundity)：選擇產卵量高且穩定的個體。
   • 卵質 (Egg Quality)：卵粒大小、圓整度、孵化率、胚胎發育活力等。
   • 性別比例：確保親本的性別比例適當，以利於自然繁殖或人工授精。

二、 種魚的飼養管理 (Broodstock Management)

優良的種魚需要細緻的飼養管理，以維持其健康、繁殖能力和產出高品質的子代。

1. 專門的種魚池 (Dedicated Broodstock Ponds/Tanks)：
   • 種魚應單獨飼養在專門的池塘或水槽中，與一般商品魚分開管理。

此題考查分子生物技術在水產養殖中的應用。分子生物技術涉及基因、蛋白質、核酸等生物大分子的研究與應用，為水產養殖帶來了許多創新和進步。

分子生物技術在水產養殖中的主要應用面：

1. 疾病診斷與監測 (Disease Diagnosis and Monitoring)：

   • 快速準確的病原檢測：利用聚合酶鏈式反應 (PCR)、定量 PCR (qPCR)、環介導等溫擴增 (LAMP) 等技術，可以快速、靈敏、特異地檢測水體、種苗或病魚體內的病毒、細菌、寄生蟲等病原體。這比傳統的培養法或鏡檢法更有效率，能及早發現疫情，採取防治措施。
   • 基因分型與溯源：通過分析病原體的基因序列，可以進行病原的分型、溯源，了解傳播途徑，制定更精準的防控策略。
   • 宿主免疫反應監測：檢測水產動物體內免疫相關基因的表達，或抗體的產生，可以評估其免疫狀態和對疾病的抵抗力。

2. 育種與改良 (Breeding and Improvement)：

   • 分子標記輔助選育 (Marker-Assisted Selection, MAS)：
     • 標記輔助育種：識別與優良性狀（如生長速度、抗病性、飼料利用率、肉質等）緊密相關的 DNA 標記（如 SSR, SNP）。通過檢測這些標記，可以在早期階段（甚至在孵化後不久）就篩選出具有優良基因的個體，加速育種進程，提高選育效率。
     • 抗病育種：尋找並利用與抗病相關的基因或標記，選育抗病能力強的品系。
   • 基因組學與轉錄組學研究：
     • 基因組測序：完成重要養殖物種的基因組測序，為理解基因功能、尋找優良基因提供基礎。
     • 基因表達分析 (Transcriptomics)：研究在特定環境或生理狀態下（如疾病、高溫、繁殖等）哪些基因的表達水平發生變化，從而揭示生物的調控機制，為定向育種提供依據。
   • 基因工程 (Genetic Engineering) / 基因編輯 (Gene Editing)：