民國115年 高考三級 昆蟲 昆蟲生態學考古題

民國115年 高考三級 昆蟲 昆蟲生態學收錄考選部官方試題,共 4 題可線上瀏覽,考選部未公告本科目答案。

官方資料

題目與答案

第1題

功能性反應(functional response)為評估天敵防治效能之重要概念,由 Holling 於1959 年首先提出。請回答下列問題: 試繪圖並說明Holling 所提出之三種功能性反應類型(Type I、Type II、 Type III)之曲線形狀與生物學意義。(15 分) 試論述功能性反應之概念於生物防治劑(如卵寄生蜂)之選拔與田間 應用上之意義。(10 分)

參考解答(AI 生成,非官方)

  • 一、圖形架構與 Type I(線性型):以橫軸為獵物密度、縱軸為單位時間捕食量作圖,三型曲線共用同一座標。Type I 呈通過原點之直線,達最大捕食量後轉為水平;代表捕食者無處理時間(handling time, Th)限制,低密度時捕食率與密度成正比,多見於濾食者或簡化實驗情境,密度制約弱,調節獵物族群能力有限。
  • 二、Type II(飽和型):曲線自原點急速上升後逐漸減速而飽和,數學式為 Na=aTN/(1+aThN),a 為攻擊率、Th 為處理時間。生物學意義是捕食者受處理時間與飽足限制,獵物密度高時捕食量趨於上限;此型在低密度時造成最大相對死亡率,屬逆密度制約(inverse density dependence),理論上可能使獵物族群不穩定。
  • 三、Type III(S 字型):曲線先凸後凹呈 S 形,低密度時捕食率上升緩慢,中密度區加速,高密度再飽和。機制包括學習辨識、形成搜尋印象(search image)、獵物棲地轉換與群體防禦瓦解;其意義為低密度時提供庇護、中密度時具密度制約(density dependence),可防止害蟲逃逸爆發,被視為較具穩定效果的防治型。
  • 四、三型比較與繪圖要領:差異可由飽和程度與曲線轉折判斷,關鍵參數為攻擊率 a、處理時間 Th 與最大捕食量。Type II 在高密度時捕食量固定,對害蟲壓制易飽和;Type III 因具密度依變,害蟲密度上升時相對死亡率提高,較能抑制族群。繪圖時應標明座標軸單位、三條曲線名稱、飽和平台與低密度段斜率差異,並註明轉折點位置。
  • 五、於卵寄生蜂選拔與田間應用:卵寄生蜂(egg parasitoid,如 Trichogramma)宜挑選攻擊率高、處理時間短、Type III 反應明顯且搜尋能力強之品系,以在害蟲低至中密度時即有效壓制。田間須配合釋放密度、時機與空間分布,並注意重複寄生(hyperparasitism)、氣候與蜜源等限制;單靠功能性反應不足以預測效能,尚須整合數值反應(numerical response)與田間試驗驗證。

第2題

真社會性昆蟲(如螞蟻、白蟻、蜜蜂)為陸域生態系中具獨特地位之昆 蟲類群。請回答下列問題: 試說明「真社會性(eusociality)」之定義與其三項判定要件。(8 分) 試以Hamilton 之親屬選擇理論,說明真社會性昆蟲利他行為演化之機 制。(10 分) 真社會性昆蟲常被視為「生態系統工程師(ecosystem engineer)」,試 舉一例說明其於生態系統中之功能與貢獻。(7 分)

參考解答(AI 生成,非官方)

  • 一、真社會性定義與三要件:真社會性(eusociality)指同一群體中個體世代重疊、生殖分工且共同撫育後代之社會組織。判定三要件為:(1)生殖分工(reproductive division of labor),僅少數個體繁殖,其餘為不孕或低生殖之勞動者;(2)世代重疊(overlapping generations),子代留存協助親代;(3)合作育幼(cooperative brood care),共同照顧非自身子代。
  • 二、要件補充與例外:部分學者主張加入第四要件「巢穴共居與合作防禦」,以區別準社會性(presocial)組織。膜翅目(蜜蜂、螞蟻)因單套雙倍體(haplodiploidy)使姊妹間親緣係數高達 3/4,較易演化真社會性;白蟻為雙套體並行共生消化,其真社會性由近親交配與巢體生態所促成,屬趨同演化之例,顯示真社會性可多次獨立演化。
  • 三、Hamilton 親屬選擇理論:以廣義適合度(inclusive fitness)為核心,利他行為在 rB>C 時可被天擇保存,r 為行為者與受惠者之親緣係數、B 為受惠者所得利益、C 為行為者所付代價。真社會性昆蟲姊妹間 r=3/4,使放棄自身繁殖、協助撫育姊妹之行為在遺傳上划算,故不孕職蟲(worker)之利他行為得以演化並維持。
  • 四、理論補充與限制:單套雙倍體僅能解釋膜翅目部分現象,多蟻后、多次交配會降低 r 值,需以親屬辨識、職蟲 policing、生殖衝突與生態因素(築巢、防禦、資源集中)補充。亦有以母系操控與族群遺傳結構解釋者,顯示真社會性為多重因子共同作用之結果,並非單一公式即可完全說明,答題時宜並陳。
  • 五、生態系統工程師舉例:以白蟻(termite)土丘為例,其築巢搬運土壤、調節水分與通氣,形成養分與微生物熱點,改變土壤理化性質與植物組成,屬延展表現型之工程作用;螞蟻搬運種子(myrmecochory)促進植物散布,蜜蜂授粉維持植物繁殖。這些功能影響養分循環、食物網結構與生物多樣性,故真社會性昆蟲具關鍵生態地位。

第3題

氣候變遷對昆蟲族群動態與害蟲發生具有深遠影響,亦對農業生態系之 蟲害管理帶來新挑戰。請回答下列問題: 試從昆蟲之發育速率、世代數、地理分布三個面向,論述氣候暖化對 農業害蟲族群動態之影響。(7 分) 試說明何謂「有效積溫」(effective accumulated temperature, degree days, DD),並論述其於害蟲發生預測上之應用。(10 分) 若我們想要討論物種在氣候變遷下的分布、發生期的預測、預警,試 舉出可使用的方法與原理。(8 分)

參考解答(AI 生成,非官方)

  • 一、發育速率:昆蟲為外溫動物,發育速率與溫度呈非線性關係,暖化使代謝與發育加快、世代時間縮短,但超過最適溫度則發育受阻甚至死亡。若夜間低溫上升,越冬存活率提高,早春族群建立更早,田間害蟲初始密度增加;極端高溫事件則可能造成局部大量死亡,呈現非線性與閾值反應,需以溫度反應曲線整體判讀。
  • 二、世代數與地理分布:積溫增加使一年多世代害蟲(如蚜蟲、夜蛾類)世代數增加、化性改變,世代重疊更嚴重,防治窗口難以掌握;分布上呈向高緯度與高海拔擴張,越冬界線北移,原本偶發性害蟲可能成為常發害蟲。惟分布亦受寄主、天敵與降水限制,暖化並非唯一因素,須以多因子觀點討論。
  • 三、有效積溫(DD)定義:有效積溫=Σ(日平均溫度-發育起點溫度 T0),低於 T0 不計,部分模型另設上限溫度 Tmax。公式為 DD=Σ[(Tmax+Tmin)/2-T0],單位為日度(degree-days)。累積至某世代所需總積溫 K 即為發育完成門檻,發育速率與溫度在適溫範圍內呈線性,故可以 K 反推發生期。
  • 四、應用與限制:以田間氣象站或網格氣候資料計算積溫,可預測卵孵化、幼蟲高峰與防治適期,並推算世代數。限制包括微氣候差異、T0 與 K 須以定溫試驗求得、高溫抑制與滯育(diapause)未被線性模型涵蓋;若缺乏當地參數,題目資料缺漏時僅能列式而無法得出唯一數值,應以敏感度分析呈現推估範圍。
  • 五、分布與預警方法:可用物種分布模型(SDM,如 MaxEnt、CLIMEX、BIOCLIM)結合氣候情境推估潛在分布;以物候模型(phenology model)與積溫法預測發生期;配合遙測、IoT 自動監測、族群動態模型與機器學習進行早期預警。原理為以氣候變數連結生理反應與空間資料,並以集合模型(ensemble model)與不確定性分析提高預警可信度。

第4題

生物防治(biological control)可依其操作方式分為「古典」、「增強型」 與「保育型」三大類,其中保育型生物防治近十年備受重視。請回答下 列問題: 試比較古典、增強型與保育型生物防治三者之核心操作原理與適用情 境。(10 分) 試說明「功能群(guild)」之定義,並以農田常見天敵為例,論述為何 天敵之「功能群多樣性」較「單一物種引入」更能提供穩定之害蟲壓 制效能。(10 分) 試以一農田為例(如稻田、果園或有機蔬菜農場),提出至少三項保育 型生物防治之具體田間操作策略。(5 分)

參考解答(AI 生成,非官方)

  • 一、古典生物防治(classical biological control):自害蟲原產地引進專一性天敵,經檢疫與釋放後使其在田間建立永久族群,適用於外來入侵害蟲之長期防治,如引進寄生蜂防治粉介殼蟲。優點為成本低、可自我維持;風險為非目標效應(non-target effect)與生態衝擊,須先進行寄主專一性與風險評估。
  • 二、增強型與保育型:增強型(augmentative)以接種式或淹沒式大量釋放天敵,適用於短期或高價值作物,需持續投入成本;保育型(conservation)則改造田間環境、減少農藥並提供資源,維持既有天敵族群,成本低且永續,近十年因減藥與生態農業政策而受重視。三者差異在介入強度、持續性與適用情境,答題宜以表格化比較呈現。
  • 三、功能群定義:功能群(guild)指以相似方式利用同類資源之物種集合,如捕食性天敵(瓢蟲、草蛉、蜘蛛)、寄生性天敵(卵寄生蜂、幼蟲寄生蜂)與病原微生物。同功能群內物種在棲地、體型與攻擊階段上分工,形成功能互補(functional complementarity),為群落發揮生態功能之基本單位。
  • 四、功能群多樣性之意義:單一物種引入易受氣候、農藥與資源波動影響而失效;功能群多樣性可提供保險效應(insurance effect)、反應多樣性(response diversity)與時空互補,使不同天敵在不同季節與害蟲階段接力作用,維持較穩定的害蟲壓制。惟須注意集團內競爭與集團內捕食(intraguild predation)可能削弱整體效能,需以監測調整。
  • 五、田間操作策略(以有機蔬菜農場為例):(1)田埂與周邊種植草生植被及蜜源植物,提供庇護與花蜜;(2)設置甲蟲堤(beetle bank)、昆蟲旅館與棲息灌木,營造越冬庇護所;(3)減量或選用選擇性農藥、生物農藥與誘殺資材;(4)輪作、間作並保留非作物區,維持棲地異質性;(5)定期監測天敵與害蟲比例,據以調整釋放與農事操作。以上措施須整合為棲地營造(habitat management)方案。