112 高普考高考二級 農業技術 作物生理學 考古題詳解

核心觀念

植物細胞的水勢由溶質潛勢與膨壓共同決定：

其中，溶質潛勢 $\Psi_s$ 通常為負值，膨壓 $\Psi_p$ 通常為正值。水會由水勢較高處移向水勢較低處；比較細胞與外界溶液的水勢，即可判斷平衡時細胞吸水或失水，進而判斷重量變化。

稀溶液的溶質潛勢可用范特荷夫（van’t Hoff）公式計算：

蔗糖不解離，故 $i=1$。題目給的是 $0.2\ \mathrm{mol\,L^{-1}}$，可直接代入；分子量與 MPa、atm 的換算資料不必使用。

解題方法

先計算組織細胞原有水勢：

核心觀念

本題考查光如何轉成保衛細胞的離子運輸與膨壓變化，最後使氣孔開啟。作答主軸是：

光訊號啟動保衛細胞質膜 H⁺-ATPase → 膜電位超極化 → K⁺與伴隨陰離子累積 → 水分進入保衛細胞 → 膨壓上升、氣孔張開。

在 C₃ 作物中，光照促進氣孔開啟可分為兩個互相配合的部分：

1. 藍光直接作用於保衛細胞，啟動光受器訊號與質膜 H⁺-ATPase。
2. 紅光促進葉肉細胞光合作用，使葉片內部 CO₂ 濃度下降，有利於氣孔開啟。

解題方法

依照「光受器與光合反應 → 離子與滲透調節 → 水分與膨壓 → 氣孔孔隙變化」的順序說明，便能完整交代開啟機制。

一、藍光啟動保衛細胞訊號

藍光由保衛細胞的向光素（phototropin）接收，進一步引發訊號傳遞，使保衛細胞質膜上的 H⁺-ATPase 活化。活化的 H⁺-ATPase 消耗 ATP，將 H⁺由保衛細胞排出：

H⁺外排使保衛細胞膜內側電位變得更負，即發生超極化。這項電位變化有利於 K⁺經由內向型 K⁺通道進入保衛細胞。

二、K⁺及伴隨陰離子累積

K⁺進入保衛細胞後，細胞內需有陰離子累積以維持電荷平衡，主要包括 Cl⁻及蘋果酸根（malate²⁻）。蘋果酸可由保衛細胞內的代謝途徑形成，澱粉降解所提供的碳骨架也可用於其合成。

隨著 K⁺、Cl⁻、蘋果酸根等溶質累積，保衛細胞的溶質濃度上升，水勢下降。

三、水分進入、膨壓上升而開啟氣孔

保衛細胞內水勢下降後，水分由周圍細胞進入保衛細胞，使其膨壓升高。由於保衛細胞壁厚薄不均，且纖維素微纖絲排列具有方向性，細胞膨脹時會向外彎曲，兩個保衛細胞彼此分開，氣孔孔隙因此擴大。

可用下列因果鏈表示：

核心觀念

作物光合同化產物的分配，是指葉片等器官製造的有機物，經運輸後分配到植株各器官，用於生長、呼吸、繁殖或貯藏。題目核心是源—庫關係及其如何決定同化產物流向。

• 源（source）：能淨輸出同化產物的器官，主要是已成熟、能輸出蔗糖的葉片；莖、葉鞘等貯藏器官在動員貯藏物質時，也可成為暫時的源。
• 庫（sink）：淨輸入同化產物的器官，例如幼葉、根、莖的生長部位、花、果實、種子及塊根、塊莖等貯藏器官。
• 庫強度（sink strength）：器官吸引並利用同化產物的能力，通常與庫的大小及其生理活性有關。庫大但活性低，或活性高但庫量很小，都不一定能取得大量同化物。
• 分配（partitioning）與運輸（translocation）：分配描述同化物在各器官間的配置；運輸則是同化物經韌皮部等途徑由源移至庫的過程。

整體分配可概括為：同化物的生產量、源葉輸出能力、運輸通道，以及各庫的容量與活性共同作用，形成植株器官間的分配結果。

解題方法：依「源—運輸—庫」說明分配規律

作答時先界定源與庫，再交代同化產物如何運輸，最後說明哪些因素改變器官間的競爭與分配。可依下列規律完整作答。

一、成熟源葉供應同化物，幼嫩器官通常先作為庫

葉片由幼嫩轉為成熟時，淨同化產物關係會改變：幼葉生長時需要輸入同化物，屬於庫；葉片成熟並有剩餘同化物可輸出後，成為源。老化或受遮蔭、受損的葉片，輸出能力可能降低，甚至重新成為輸入或動員貯藏物質的器官。

二、同化物主要由韌皮部由源運往庫

葉片製造的碳水化合物常以蔗糖等形式裝載進入韌皮部，沿篩管運送至需求器官，再卸載並供生長、呼吸或貯藏。其分配方向受到源與庫之間的連通關係影響：彼此維管束連結較直接的源—庫組合，通常較容易形成穩定供應，但實際流量仍受庫需求、運輸能力及全株競爭影響。

三、分配由各庫的競爭能力決定，並非平均分配

核心觀念

本題考查細胞分裂素如何影響植物體內營養物質的運輸與分配。

• 供源（source）：能輸出營養物質的部位，例如成熟葉片。
• 積儲（sink）：吸收、利用或儲存營養物質的部位，例如幼葉、果實及生長中的組織。
• 細胞分裂素可提高處理部位吸引、輸入營養物質的能力，使該部位成為較強的積儲端，促使營養物質往該處分配。

本題以不會被代謝的 $^{14}\mathrm{C}$-胺基丁酸作為標記。放射顯影看到的標記位置，可用來判斷標記物的運輸與累積位置。

解題方法

先比較標記的供給位置與細胞分裂素處理位置，再看放射標記最後累積在哪裡：

1. 苗 A 對照組：左側子葉噴清水，右側子葉施加標記。左側沒有標記分布，顯示在對照條件下，標記物沒有明顯移往未處理的左側子葉。
2. 苗 B：右側子葉施加標記，左側子葉噴細胞分裂素。標記出現在左側子葉，表示標記物由供給端移向細胞分裂素處理部位。
3. 苗 C：右側子葉同時接受標記與細胞分裂素處理，左側子葉未處理。標記累積於右側處理子葉，左側未處理子葉沒有標記分布，顯示標記物偏向細胞分裂素處理部位。