115 高普考高考三級 農業技術 作物學與作物生理學 考古題詳解

核心觀念

本題考查玉米不同生育期的需水、需肥特性，並要求把地面滴灌、氮磷鉀合理化施用，以及叢枝菌根菌（AMF）與液化芽孢桿菌的接種管理整合起來。作答時應依「生育期需求」安排管理：苗期促根、拔節至抽穗期支持營養生長與穗部形成、灌漿期維持光合與籽粒充實、成熟期適時停水。

雲嘉南秋作常配合水稻輪作，播種期多在秋季；應依土壤質地、前作、土壤檢測及當年天候調整肥水。磷肥移動性較低，宜在播種前或播種時施於根圈附近；氮肥可分次透過滴灌追施；鉀肥則依土壤檢測與生育需求分次供應。肥料用量不宜脫離土壤肥力而套用單一數值。

AMF與玉米根部形成共生關係，其菌絲可延伸至根毛吸收範圍以外，增進磷及部分水分、礦物養分的吸收。液化芽孢桿菌屬根圈促生菌，可藉由促進根系生長、溶磷、產生植物生長調節物質及競爭根圈資源等作用助益植株。兩者是肥培的輔助措施，不能取代作物所需肥料及水分管理。

解題方法

依題目指定的四個生育階段逐一說明，每期都交代四件事：滴灌如何供水、氮磷鉀如何配置、促生菌如何施用，以及管理的生理目的。施肥量須以土壤檢測與肥料標示為依據；若未提供土壤分析、灌溉水質、滴灌流量及菌劑規格，便不應虛構固定用量或濃度。

分期管理與作用原理

一、播種期

• **水分管理：**整地後以滴灌補足播種層水分，使種子周圍土壤保持均勻濕潤，利於吸水萌芽；灌水以濕潤根域為原則，避免灌水不足造成出苗不整，也避免過量灌水導致土壤缺氧、種子腐爛或肥分淋失。雲嘉南秋季仍可能有降雨，應配合降雨調整灌水。
• **合理化施肥：**依土壤檢測及前作肥效決定基肥。磷肥以基肥為主，施於種子側下方的根域附近，避免與種子直接接觸，以免局部鹽分傷害；鉀肥可依土壤鉀含量作基肥或分次施用。氮肥以少量基肥配合後續滴灌追肥，避免一次大量施用而造成淋失或幼苗徒長。
• **促生菌：**AMF可採種子處理或播種時置於種子附近，使新生根能及早接觸接種源；液化芽孢桿菌可依產品標示以種子處理、穴施或根圈灌注方式施用。避免將菌劑與不相容的殺菌劑或高濃度肥液混用。
• **作用原理：**均勻水分促進種子吸脹與萌芽；根圈附近適量磷、鉀有助於初期根系建立及能量代謝。及早接種可提高有益微生物在根圈定殖的機會，促進根系發育與後續養分吸收。

二、幼苗至拔節期

• **水分管理：**依土壤含水狀態少量多次滴灌，維持根域適度濕潤；苗期根系尚淺，不宜長時間乾旱，也要避免頻繁過量灌水。隨植株及根系擴展，調整灌水量及滴灌運轉時間。
• **合理化施肥：**氮肥分次供應，避免一次大量追施；可利用滴灌少量多次施入，支持葉片、莖節及根系生長。磷肥以播種時基施為主，若基肥不足，補施位置須靠近根域；鉀肥依土壤檢測與植株生長狀況補充。使用滴灌施肥時，先以清水潤濕管線，施肥後再以清水沖管，降低堵塞並使肥料分布均勻。

核心觀念

「韌性農業」是指農業生產系統面對氣候變遷與極端天氣，例如升溫、乾旱、豪雨、淹水及強風時，仍能維持基本生產功能，降低損害，並在受害後恢復生產的能力。韌性不只取決於作物本身，也包含品種、栽培管理、水土資源、輪作制度、產銷鏈與風險管理。

本題重點在於說明：哪些農藝作物適合納入臺灣的韌性農業，以及各作物如何透過生育特性、逆境耐受性或多元利用，降低生產系統對單一作物與單一氣候條件的依賴。

解題方法

選作物時，可從三個面向切入：

1. 氣候適應性：耐旱、耐熱、耐貧瘠或生育期較短，能因應水資源不足與生育季變化。
2. 生產體系適應性：可在稻田轉作、休耕地活化或輪作制度中栽培，分散連作與極端天候風險。
3. 糧食與產業韌性：具有食用、飼料、加工或保健等用途，能增加國產糧源及市場選擇。

以下以高粱、甘藷、大豆、蕎麥及小米為例。這些作物具有臺灣栽培基礎，且分屬禾穀類、豆類及薯類，可呈現作物多樣化的韌性效益。

五種具韌性農業潛力的農藝作物

一、高粱

高粱為熱帶、亞熱帶穀類作物，具較強的耐旱性，根系發達，葉片在缺水時可藉由捲曲等反應減少蒸散，適合水資源受限或灌溉條件較差的地區。高粱對土壤適應範圍廣，可作為稻田轉旱作或輪作的選項。

高粱的籽實可供食用或釀造，莖葉可作為飼料，具多元用途，有助於分散單一產品市場風險。臺灣已有高粱栽培及品種選育基礎，並可透過耐旱、耐倒伏品種與適地栽培，提升面對乾旱及強風的生產穩定性。

二、甘藷

甘藷是塊根作物，地上部蔓葉與地下塊根均可利用。相較於稻作，甘藷通常不需長期淹水，對水田灌溉的依賴較低；作物生長期相對短，適合作為輪作或轉作作物，能提高土地利用彈性。

甘藷對多種土壤條件有一定適應力，部分品種具較佳耐旱性及耐鹽性；塊根可供主食、加工及飼料利用，蔓葉也可食用或作飼料。栽培時仍應注意乾旱、淹水及土壤排水狀況，並選用適地品種。其多部位利用與多樣化用途，可提高農家面對生產及市場變動時的調整空間。

三、大豆

核心觀念

本題考查豆科植物與根瘤菌的共生固氮，以及植物吸收或獲得的氮如何經 GS/GOGAT 循環同化，最後供各組織合成標準胺基酸。

根瘤菌固氮需要大量 ATP，但固氮酶對氧敏感；共生體藉由根瘤的低氧環境與豆血紅蛋白調節氧供應，兼顧呼吸產能和固氮酶活性。氮同化則以 GS/GOGAT 將無機銨態氮納入胺基酸，先形成麩醯胺酸與麩胺酸，再透過轉胺作用提供其他胺基酸的氮骨架。

（一）豆科植物與根瘤菌的分工合作

1. 豆科植物提供碳源、能量與共生場所

根瘤菌侵入根部並形成根瘤後，豆科植物將光合作用產生的蔗糖等碳水化合物運至根瘤，供根瘤菌呼吸作用使用。呼吸作用產生 ATP 和還原力，提供固氮反應所需能量；植物也提供根瘤這個受調控的共生場所。

2. 根瘤菌固定大氣氮

根瘤菌的固氮酶複合體將空氣中的氮氣還原為氨，反應需消耗大量 ATP 與電子，可概括表示為：

$$N_2 + 8H^+ + 8e^- + 16ATP \rightarrow 2NH_3 + H_2 + 16ADP + 16P_i$$

生成的 $NH_3$ 在細胞環境中可轉為 $NH_4^+$，再由植物或根瘤菌納入含氮化合物，供植物利用。

3. 根瘤控制氧氣供應，兼顧呼吸與固氮

根瘤具有限制氧氣擴散的屏障，使固氮酶周圍維持低氧環境，減少氧對固氮酶的傷害；但根瘤菌仍需氧氣進行呼吸、製造 ATP。根瘤中的**豆血紅蛋白（leghemoglobin）**可高親和力結合氧氣，協助氧在根瘤內運送與緩衝，使呼吸作用獲得足量氧氣，同時維持固氮酶所需的低游離氧濃度。

**作答重點：**植物提供碳源、共生場所並調節根瘤氧環境；根瘤菌呼吸產生固氮所需能量，並以固氮酶固定 $N_2$。低氧屏障與豆血紅蛋白是解決「需要氧呼吸、固氮酶又怕氧」的關鍵。

（二）GS/GOGAT 氮同化與胺基酸合成

1. 根細胞以 GS/GOGAT 將銨態氮納入胺基酸

無論 $NH_4^+$ 來自根瘤菌固定的氮，或來自作物根系吸收氮肥後的代謝，植物都可透過 GS/GOGAT 循環將其同化，避免銨態氮累積，並形成可供運輸及代謝的有機氮。

第一步：GS（麩醯胺酸合成酶）

GS 將 $NH_4^+$ 加到麩胺酸（Glu）上，消耗 ATP，生成麩醯胺酸（Gln）：

$$Glu + NH_4^+ + ATP \rightarrow Gln + ADP + P_i$$

麩醯胺酸帶有新同化的醯胺氮，可作為重要的氮運輸形式。

第二步：GOGAT（麩胺酸合成酶）

核心觀念

本題考查植物清除活性氧族（ROS）的抗氧化機制，以及還原力如何由光合作用傳遞至抗氧化反應。作答時要區分兩件事：CAT 與 POD 清除 $H_2O_2$ 的反應方式不同；而 GPx 循環中的還原力，則須由反應所需的還原型穀胱甘肽（GSH）一路追溯至 NADPH 與光合作用。

$H_2O_2$ 是 ROS，可參與細胞訊息傳遞；但過量累積會造成氧化傷害。植物藉由抗氧化酵素調節其濃度，以維持氧化還原平衡。

（一）CAT 與 POD 解除 $H_2O_2$ 氧化逆境的差異

過氧化氫酶（CAT）

CAT 直接催化 $H_2O_2$ 的歧化反應：一個 $H_2O_2$ 分子被還原成水，另一個則被氧化成氧氣：

$$2H_2O_2 \longrightarrow 2H_2O + O_2$$

此反應不需另外提供電子供體，因此 CAT 適合快速處理高濃度的 $H_2O_2$，避免其過量累積。CAT 常見於過氧化體，在光呼吸等會產生大量 $H_2O_2$ 的代謝過程中具有重要作用。

過氧化酶（POD）

POD 以 $H_2O_2$ 作為電子受體，並由其他還原性物質提供電子，使 $H_2O_2$ 還原成水。以一般電子供體 $AH_2$ 表示：

$$H_2O_2 + AH_2 \longrightarrow 2H_2O + A$$

$AH_2$ 可代表酚類、抗壞血酸或其他還原性底物。POD 因此會消耗細胞內的還原性物質；部分 POD 也參與細胞壁木質化、酚類氧化及防禦反應。它能與特定底物及組織位置配合，調節 $H_2O_2$ 清除與其他生理反應。

生理意義比較

比較項目	CAT	POD
清除方式	$H_2O_2$ 歧化為水與氧氣	以其他還原性底物提供電子，將 $H_2O_2$ 還原成水
外部電子供體	不需	需要
生理特性	適合快速分解高濃度 $H_2O_2$	可利用不同底物，並連結防禦與細胞壁代謝
細胞意義	降低 $H_2O_2$ 過量累積所造成的氧化傷害	清除 $H_2O_2$，同時參與還原物質利用及其他氧化還原反應

（二）GPx 循環與還原力的來源

GPx 催化反應

以 GSH 作為電子供體時，GPx 的淨反應為：

$$H_2O_2 + 2GSH \longrightarrow 2H_2O + GSSG$$

其中，兩個 GSH 被氧化，形成一個氧化型穀胱甘肽（GSSG）；$H_2O_2$ 則被還原成水。細胞內的穀胱甘肽還原酶（GR）接著利用 NADPH，將 GSSG 還原回 GSH：

$$GSSG + NADPH + H^+ \longrightarrow 2GSH + NADP^+$$

因此，GPx 與 GR 構成循環：GSH 清除 $H_2O_2$ 後轉為 GSSG；GR 再利用 NADPH 再生 GSH，讓抗氧化反應能持續進行。

還原力的來源：由光合作用逐步回溯