112 專技高考高等考試 農藝技師 作物生理學 考古題詳解

核心觀念

本題考查植物激素如何調節種子發育、萌發及根部生長。作答時應掌握各激素的主要作用及其彼此間的平衡：

• **ABA（離層素）**促進種子成熟、儲藏物質累積與休眠，並抑制胚在未成熟時萌發。
• **GA（吉貝素）**解除種子休眠、促進胚生長，並誘導胚乳周圍組織產生水解酵素，以動員儲藏養分。
• **生長素（auxin）**以濃度、組織與運輸方向依賴的方式調節根的細胞分裂、伸長、分化及側根形成；根對生長素的反應通常比莖敏感。

解題方法

依題目三個生理階段逐一說明「激素來源與訊號—作用部位或生理過程—結果」，並指出 ABA 與 GA 的拮抗關係。根部部分則分開說明主根伸長、側根形成與根的向地性，避免把生長素的作用簡化成一律促進生長。

（一）ABA 控制種子發育（8 分）

種子發育期間，胚與種子周圍組織中的 ABA 含量上升。ABA 透過受體訊號傳遞，調節種子成熟相關基因的表現，主要作用如下：

1. 促進胚成熟與儲藏物質累積 ABA 促進胚成熟，並調控種子儲藏蛋白、脂質及其他儲藏物質的累積，使種子具備萌發後生長所需的資源。

2. 建立脫水耐受性 種子成熟時逐漸脫水，ABA 誘導保護性蛋白及其他保護機制，提升胚對低含水狀態的耐受性，降低脫水造成的細胞損傷。

3. 維持胚胎發育與萌發的時序 ABA 抑制胚在種子尚未成熟、儲藏物質與保護機制尚未建立前提前萌發，避免「胎萌」或未成熟種子萌發。

4. 促進休眠形成與維持 成熟種子中的 ABA 有助於建立或維持休眠，使種子在不利環境下不萌發。萌發時，ABA 作用減弱；若 ABA 含量或敏感性偏高，則較不易萌發。

因此，ABA 在種子發育中的核心功能是使種子完成成熟、累積養分、具備脫水耐受性，並抑制過早萌發。ABA 不是單純「使種子休眠」；它也參與成熟與胚的保護。

（二）GA 與種子發芽相關性（8 分）

種子吸水後，胚開始恢復代謝並合成或增加 GA。GA 促進胚生長，並使種子把儲藏物質轉變為可供胚利用的養分：

1. 促進胚生長並解除休眠 GA 促進胚細胞伸長與胚軸生長，並有助於克服部分種子休眠。GA 與 ABA 的作用通常相反：GA 促進萌發，ABA 抑制萌發、維持休眠。

2. 誘導糊粉層產生水解酵素 以禾本科穀粒為例，胚產生的 GA 向外作用於糊粉層，誘導 α-澱粉酶等水解酵素的合成與分泌。

3. 動員胚乳儲藏物質 α-澱粉酶分解胚乳澱粉，產生可溶性糖；蛋白質及其他儲藏物質也經水解後，形成胚可吸收利用的養分。

核心觀念

本題考查氮（N）、磷（P）與鐵（Fe）作為植物必需營養元素時，對作物生長與代謝的功能。作答宜分別說明其在細胞組成、能量轉換、光合作用及生理調節上的角色，並連結缺乏時常見的生長表徵。

氮與磷屬大量元素；鐵是微量元素。植物吸收的主要型態為硝酸根（$\mathrm{NO_3^-}$）或銨離子（$\mathrm{NH_4^+}$）、磷酸根（主要為 $\mathrm{H_2PO_4^-}$、$\mathrm{HPO_4^{2-}}$），以及亞鐵離子（$\mathrm{Fe^{2+}}$）或三價鐵螯合物。元素需求量的大小，不代表其生理重要性高低；三者即使需求量不同，缺乏時都會限制生長。

解題方法

可依「吸收型態 → 主要生理功能 → 對生長的影響 → 缺乏表徵」逐一作答。功能說明以植物體內的具體化合物、代謝反應或酵素作用為依據，再用缺乏症狀輔助連結，避免只寫「促進生長」等籠統敘述。

氮（N）的功能

1. 構成胺基酸、蛋白質與核酸：氮是胺基酸及蛋白質的重要組成元素，也存在於 DNA、RNA、核苷酸及許多輔酶中，因此影響細胞分裂、酵素合成與組織建構。
2. 參與光合作用：葉綠素分子含氮；光合酵素（如 Rubisco）及光合電子傳遞相關蛋白亦含氮。氮供應會影響葉片葉綠素含量、光合能力與生物量累積。
3. 構成能量代謝與訊息分子：ATP、NAD(P) 等核苷酸或輔酶含氮，參與能量轉換、氧化還原反應及代謝調節。
4. 影響營養生長與產量形成：充足氮素有利於枝葉生長、葉面積擴展與光合產物累積；氮過量則可能造成營養生長旺盛、成熟延遲或倒伏，並影響產量與品質。
5. 缺乏表徵：氮可在植株體內移動，缺乏時常先由老葉轉移氮素至幼葉，表現為老葉黃化、生長受阻、葉片變小及早衰。

磷（P）的功能

1. 構成核酸與磷脂：磷是 DNA、RNA、核苷酸及細胞膜磷脂的成分，因而參與遺傳物質合成、細胞分裂與膜系統建構。
2. 參與能量儲存與轉移：磷酸基存在於 ATP、ADP 等分子中，能量轉換與磷酸化反應常伴隨磷酸基轉移；光合作用與呼吸作用中的能量代謝均需磷參與。
3. 參與碳代謝與同化物運輸：糖類磷酸化是多項代謝途徑的中間步驟；

核心觀念

紅光與藍光都能促進氣孔開啟，但兩者的主要作用方式不同：

• 藍光主要是訊號：由保衛細胞感受藍光，啟動保衛細胞膜上的離子運輸。
• 紅光主要提供光合作用能量並改變葉內 CO₂ 狀態：葉肉細胞及保衛細胞進行光合作用，促進氣孔開啟。

氣孔開閉的共同基礎，是保衛細胞內溶質含量改變，引起水分進出及膨壓變化。保衛細胞吸收 K⁺、Cl⁻及蘋果酸根等溶質後，水勢下降，水分進入，膨壓增加；由於保衛細胞細胞壁厚薄不均且排列特殊，細胞膨脹時向外彎曲，使氣孔開啟。

解題方法：分別說明感光途徑，再連結至膨壓變化

作答時先區分紅光與藍光的起始機制，再交代兩者如何匯入共同的離子與水分運輸過程。紅光宜掌握「光合作用、葉內 CO₂ 降低」；藍光宜掌握「光敏素 phototropin、H⁺-ATPase 活化」。

一、藍光促進氣孔開啟

藍光由保衛細胞中的藍光受器 **phototropin（PHOT1、PHOT2）**感受。受器活化後，經由 BLUS1 等訊號傳遞蛋白，促進質膜上的 H⁺-ATPase 活化。H⁺-ATPase 將 H⁺由保衛細胞排出，使細胞膜超極化，並帶來下列變化：

1. 膜超極化促進內向型 K⁺通道開啟，K⁺進入保衛細胞。
2. Cl⁻及蘋果酸根等陰離子累積，維持細胞內電荷平衡；蘋果酸根也可由澱粉代謝等途徑形成。
3. K⁺、陰離子及其他溶質使保衛細胞水勢降低，水分由周圍細胞進入保衛細胞。
4. 保衛細胞膨壓上升，細胞向外彎曲，氣孔開啟。

藍光對氣孔開啟具有明確的訊號調節作用，低強度藍光的反應常可由紅光背景增強。

二、紅光促進氣孔開啟

紅光主要透過光合作用相關途徑促進開啟：

核心觀念

本題考查五個作物生理學名詞，涵蓋植物防禦、粒線體能量代謝、生長素運輸、氮素營養及開花生理。作答時宜先寫出名詞的定義，再補充其作用機制與生理意義。

解題方法

可依「是什麼、如何發生、造成什麼生理效果」的順序，逐一說明每個名詞。每小題聚焦在定義與關鍵機制，避免只翻譯英文名稱。

（一）Systemic acquired resistance（SAR，系統性獲得抗性）

SAR 是植物局部組織受病原菌感染或遭遇其他誘發訊號後，所形成的全株性廣效防禦狀態。感染部位產生的訊號可傳至未受感染的遠端組織，使其提高防禦反應能力；遠端組織再次遭遇病原時，能較快且較強地啟動防禦。

SAR 常伴隨水楊酸（salicylic acid, SA）訊號傳遞，以及病程相關蛋白（pathogenesis-related proteins, PR proteins）基因表現增加。其特徵是具有系統性與廣效性，並非只在原感染部位形成局部防禦。

（二）Oxidative phosphorylation（氧化磷酸化）

氧化磷酸化是粒線體內膜上的電子傳遞鏈與 ATP 合成相互耦聯的過程。呼吸作用產生的 NADH、FADH₂ 將電子交給電子傳遞鏈；電子最後傳給氧，形成水。電子傳遞釋放的能量驅動質子由粒線體基質泵送至膜間腔，建立質子電化學梯度。

質子經 ATP 合成酶回流至基質時，ATP 合成酶利用此梯度，將 ADP 與無機磷酸合成 ATP：

因此，氧化磷酸化的要點是「電子傳遞建立質子梯度，質子梯度驅動 ATP 合成」；氧是電子傳遞鏈末端的電子接受者。

（三）Polar transport of auxin（生長素極性運輸）

生長素極性運輸是生長素在植物組織中具有方向性的細胞間運輸。以莖為例，生長素常由頂端向基部運輸，方向性來自細胞膜上生長素輸出載體（如 PIN 蛋白）的不對稱分布。

生長素以未解離型進入細胞，進入細胞後解離，再經輸出載體排出至下一個細胞，形成逐細胞、具方向性的運輸。