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高考申論題 105年 [植物病蟲害防治] 農業藥劑學

第 一 題

📖 題組:
解釋名詞:(每小題 5 分,共 25 分) (一) Emulsifier (二) Microcapsule (三) Plant-incorporated protectants (四) Cadherin (五) Amitraz
📝 此題為申論題,共 5 小題

小題 (一)

Emulsifier

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看到「Emulsifier」,應先連結到農藥劑型中的「界面活性劑」與「乳劑(EC)」的關係。答題時需點出其化學結構特徵(親水/親油基)、物理化學功能(降低界面張力、形成乳濁液),並舉出在農藥製劑中的具體應用與常見實例。

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「乳化劑(Emulsifier)」指一種界面活性劑,其分子結構同時具有親水基與親油基,能降低兩種互不相溶的液體(如油與水)間的界面張力。特徵包含:(1) 使脂溶性農藥原藥在加水稀釋時,能以微小液滴穩定分散懸浮於水中,形成乳濁液(Emulsion);(2) 業界常依據親水親油平衡值(HLB 值)來進行調配;(3) 為農藥乳劑(EC)、水乳劑(EW)與微乳劑(ME)等劑型中不可或缺的佐劑。 實務應用為幫助疏水性農藥有效成分均勻分散於噴灑液中,確保田間施藥的均勻度、物理穩定性與生物活性。常見的農藥乳化劑多為陰離子型(如十二烷基苯磺酸鈣)與非離子型(如聚氧乙烯烷基芳基醚)的混合物,藉由協同作用以達到最佳的乳化效果。

小題 (二)

Microcapsule

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看到「微膠囊」,應直覺聯想到其物理劑型結構(高分子外殼包覆有效成分)及劑型代碼(CS)。答題重點必須點出其在農業藥劑上的核心功能:緩釋(延長藥效)、降低急毒性(提升施藥者安全)以及保護有效成分,最後務必舉出具體農藥實例以佐證。

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「微膠囊(Microcapsule)」係指利用高分子聚合物(如聚脲、聚氨酯等)作為外殼壁材,將農藥有效成分包覆於內,形成直徑約 1~1000 微米的微小球體結構。在農藥劑型中通常配製為微膠囊懸浮劑(Capsule Suspension, 簡稱 CS)。 其在農業藥劑學中的功能與重要性包含:(1) 緩釋作用:藉由壁材的滲透性或崩解,緩慢釋放有效成分,延長田間殘效期並減少施藥次數。(2) 降低毒性:隔離高毒性有效成分,避免施藥者直接接觸,大幅降低哺乳動物急性毒性。(3) 提升穩定性:保護易分解之有效成分,避免受紫外線、水分或化學物質的快速降解。(4) 減輕藥害:避免高濃度藥劑瞬間接觸作物表面而產生局部藥害。 實務應用為賽洛寧(Lambda-cyhalothrin)微膠囊懸浮劑(利用緩釋延長對害蟲的觸殺效期),以及甲基巴拉松(Parathion-methyl)CS(過去常利用微膠囊技術將此類劇毒有機磷劑的接觸毒性顯著降低,以保障施藥安全)。

小題 (三)

Plant-incorporated protectants

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看到此名詞應直覺聯想到基因改造作物。作答時需點出由美國EPA定義的『植物內生保護劑』概念,說明其包含殺蟲物質及其轉殖基因,並以Bt玉米等基改作物為具體實例,最後補充其在田間應用時的抗性管理策略(如庇護所)。

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「植物內生保護劑」(Plant-incorporated protectants, PIPs)指透過基因工程技術,將可產生殺蟲或抗病活性物質的遺傳物質植入植物基因體中,使植物自身表現出該防禦物質的一種特殊農藥型態。美國環境保護署(EPA)將其規範為包含該殺蟲物質本身以及引入的遺傳物質(DNA)。 其特徵與重要性包含:(1) 具高度專一性,可大幅減少傳統化學農藥的噴灑,對環境與非標的生物相對友善;(2) 作用機制通常為腸毒,標的害蟲取食植物組織後才會中毒死亡;(3) 在田間應用安全性與抗性管理上,必須配合設立「庇護所(Refuge)」(即種植一定比例之非基改植株),以稀釋抗性基因,延緩害蟲抗藥性的產生。 具體農藥實例為 Bt玉米(Bt corn)或 Bt棉花,其植入了蘇力菌(Bacillus thuringiensis)的 Cry 基因,使植物能自行合成結晶毒蛋白(Cry proteins),藉此專一性地防治鱗翅目等標的害蟲(如玉米螟)。

小題 (四)

Cadherin

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看到「Cadherin」,應立刻聯想其在昆蟲中腸的作用,它是蘇力菌 (Bt) Cry 毒蛋白的關鍵受體。答題時需點出其生化定義、在 Bt 殺蟲機制 (IRAC Group 11) 中的角色,以及其基因突變與害蟲抗藥性產生的重要關聯。

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「鈣黏蛋白 (Cadherin)」是一類存在於細胞膜上的鈣離子依賴型跨膜糖蛋白,主要負責細胞間的黏附與訊息傳遞。在農業藥劑學中,昆蟲中腸上皮細胞刷狀緣膜上的 Cadherin 扮演著極關鍵的角色,它是蘇力菌 (Bacillus thuringiensis, Bt) Cry 毒蛋白(IRAC分類第11族,微生物破壞昆蟲中腸膜劑)的主要特異性受體。其作用機制為:Bt 毒素在中腸鹼性環境被活化後,會與 Cadherin 結合,促使毒蛋白寡聚化並插入細胞膜形成孔洞,導致昆蟲腸道細胞滲透壓失衡、破裂致死。實務上的重要性在於,許多重要農業害蟲(如棉鈴蟲、小菜蛾)對 Bt 生物農藥或 Bt 基因改造作物 (Bt crops) 產生高倍數抗藥性的主因,正是 cadherin 基因發生突變,導致受體結構截短或改變,使毒蛋白無法結合而喪失殺蟲活性。

小題 (五)

Amitraz

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看到具體農藥有效成分名稱,應立刻聯想其「化學分類」、「作用機制(包含IRAC群組)」以及「主要防治對象」。Amitraz 是經典的甲脒類殺蟲蟎劑,答題時務必精準點出「章魚胺受體激動劑」此一核心毒理機轉,並補充其在農業與獸醫上的應用實務。

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「Amitraz(雙甲脒/阿米曲士)」為一種廣效性的甲脒類(formamidine)殺蟲、殺蟎劑。特徵包含: (1) 作用機制:依國際抗性行動委員會(IRAC)分類屬第19群,為「章魚胺受體激動劑(Octopamine receptor agonists)」,藉由過度活化節肢動物神經系統中的章魚胺受體,導致其過度興奮、抽搐至癱瘓死亡。 (2) 次致死效應:除直接毒殺外,常伴隨拒食、驅避、干擾交配及抑制產卵等亞致死活性。

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