107 身心障礙特考四等 農業技術 作物改良概要 考古題詳解

核心觀念

1. 引種（Plant Introduction）的定義與目的： 引種係指自外地或國外引入植物的品種、品系、野生種或相關種質資源，以供直接利用推廣（直接引種，Direct introduction）或作為雜交育種、遺傳改良之親本材料（間接引種，Indirect introduction）。
2. 馴化（Acclimatization）與試驗程序： 植物在遷入新環境後，常因氣候（光照、溫度、水分）、土壤及生物環境之改變而產生生理調適或遺傳頻率變異。為了確保引進材料能在本地正常生長發育、具經濟生產潛力，且不造成生態及病蟲害危害，必須進行系統化的「引種試驗」。
3. 引種試驗之核心目標： 主要包含「防止外來疫病蟲害侵入」、「評估農藝／園藝性狀與品質表現」、「檢定環境適應性與穩定性（基因型與環境交感作用，$G \times E$）」及「確立最適栽培管理體系」。

解題方法

本題為典型的申論題，答題關鍵在於採用「育種實務之階段程序法」，依引種的標準作業流程層層開展。作答時切忌僅列出籠統口號，應結合作物特性（南美洲為番茄原產地，多屬冷涼乾燥高原或特定氣候；引入台灣高溫多濕環境後，病蟲害與耐候挑戰大），由小規模至大規模、由單點至多點，條列以下五大試驗項目：

1. 隔離檢疫與觀察試驗（源頭把關與安全性）
2. 初步性狀觀察試驗（單點初步鑑定）
3. 品種比較試驗（設置對照品種評估增產與品質優勢）
4. 區域適應性試驗（多點多年環境穩定性評估）
5. 栽培管理與加工／耐運特性試驗（確立田間管理操作模式）

選項分析

本題為申論題，非選擇題。考生在申論評分架構上的層次區隔如下：

• 下等答卷（僅得基本分）：僅寫出「比產量、比品質、看有沒有生病」等日常口語，缺乏育種專有名詞與試驗設計架構。
• 中等答卷（得中等分數）：能列出觀察試驗、品比試驗、區域試驗等名稱，但未說明各試驗之具體內容、目的與對照標準。
• 上等答卷（拿高分關鍵）：完整架構出「檢疫隔離 $\to$ 初步觀察 $\to$ 品種比較 $\to$ 區域試驗 $\to$ 栽培試驗」之系統流程，並融入番茄性狀（如糖度、裂果率、耐熱性、抗病性如青枯病或番茄黃化捲葉病毒病 TYLCV 等），展現專業廣度與實務深度。

解題技巧

1. 五字口訣記憶：「檢、觀、比、區、栽」

• 檢：檢疫觀察（防病蟲）。
• 觀：性狀觀察（看生育期、物候）。
• 比：品種比較（與本地推廣良種 CK 比較產量與品質）。
• 區：區域試驗（多點多年測適應性）。
• 栽：栽培試驗（定肥培、整枝、抗性檢定）。

核心觀念

1. 水稻之開花與受粉習性： 水稻（Oryza sativa L.）為典型之一年生自花受粉（自交）作物。其小花（穎花）由外穎、內穎、6 枚雄蕊及 1 枚具有雙叉羽狀柱頭之雌蕊所組成。水稻開花通常集中於上午至正午，當穎花微開時，花藥裂開並同時散粉於柱頭上，自交率高達 $99\%$ 以上。
2. 雜交育種之除雄（去雄）目的： 欲將香米品系 B 之香氣基因（如隱性香氣基因 fgr / badh2）導入母本 A 中，母本 A 必須於「花藥尚未裂開散粉前」徹底去除雄蕊花藥，防止母本自花受粉，以確保雜交後代（$F_1$）均為母本 A 與父本 B 結合之真雜交種。
3. 「集體除雄法」（Mass Emasculation）之特點： 傳統「徒手剪穎鑷去雄法」需逐朵剪開穎片並以鑷子夾出 6 枚花藥，極度費工耗時且易夾傷柱頭。水稻一穗具數十至上百朵小花，集體除雄係利用雄蕊與雌蕊對物理條件（溫度、氣流壓力等）之耐受性與反應差異，於短時間內整穗同時除雄，大幅提高雜交效率。

解題方法

水稻雜交育種上，母本 A 常採用的集體除雄方法如下（答出兩項即可獲得完整分數，此處詳述兩大經典方法及常見操作要點）：

一、 溫湯浸漬除雄法（溫湯法，Hot Water Method）

1. 作用原理： 利用花粉粒對高溫之耐受性顯著低於雌蕊（胚珠與柱頭組織）之生理特性。適度控制熱水溫度與處理時間，可使花粉粒變性失活或破裂致死，而雌蕊柱頭組織仍保有健全之受精接受力。
2. 操作步驟與條件：

• 材料選取：於雜交當日清晨，選取母本 A 劍葉展開、稻穗抽出約 $2/3$ 且當日即將開花之穗。剪除頂部已開花及基部過於幼嫩之小花。
• 恆溫水浴：將母本整穗彎入盛有熱水之保溫瓶或恆溫水槽中，水溫控制在 $42\sim 44^\circ\text{C}$（最適溫度通常為 $43^\circ\text{C}$），浸漬處理 $5\sim 10$ 分鐘（常態為 $7$ 分鐘）。
• 促開與抖落：溫熱刺激亦可促使穎片張開，取出後輕輕甩動稻穗，使失活花藥自然掉落；若未完全掉落，失活花藥亦不具受精能力。
• 防護套袋：處理完畢後立即套上雜交袋（羊皮紙袋或硫酸紙袋），以防外來雜質或天然外交花粉污染。

二、 吸氣除雄法（減壓吸力除雄法／真空吸引法，Vacuum Suction Method）

1. 作用原理：

核心觀念

本題旨在測驗無性繁殖作物種質資源保存之原理與植物組織培養技術（Plant Tissue Culture）​的實務應用。

1. 無性繁殖作物的保存瓶頸：栽培種香蕉多屬三倍體（$2n = 3x = 33$），高度不稔且無商業種子，傳統上無法使用低溫乾燥的常規「種子庫（Seed bank）」保存遺傳資源，歷來僅能依賴「田間活體種質圃（Field genebank）」，面臨佔地廣、管理成本高、天災與疫病風險極大等困境。
2. 組織培養種質保存途徑：

• 慢速生長法（Slow-growth conservation）：於試管內藉由降低溫度（如 $18 \sim 22^\circ\text{C}$）、弱光照、添加滲透調節劑（如甘露醇 Mannitol、山梨醇 Sorbitol）或生長抑制劑（如 CCC、Paclobutrazol），減緩植株生長速度，延長繼代培養（Subculture）間隔至數月至一年以上。
• 超低溫冷凍保存（Cryopreservation）：將莖頂分生組織經玻璃化（Vitrification）脫水保護後，浸入液態氮（$-196^\circ\text{C}$）中，細胞代謝完全停滯，可達數十年之長期遺傳穩定保存。

解題方法

本題屬申論題型，切入點應採​「對比分析法」：以香蕉傳統「田間種質圃」之天然缺陷（佔地大、受颱風與病蟲危害、吸芽體積大不便運輸），對比「試管內（in vitro）組織培養保存」所展現之相對優勢。

論述架構應兼顧生物學原理與田間實務，具體自以下維度展開（題目要求至少四個，建議精準列舉五項）：

1. 空間利用與成本效益（微型化保存）。
2. 免除天災與逆境威脅（環境高度受控）。
3. 無病原健康種原保存（配合莖頂培養去除特定病毒）。
4. 國際交換與檢疫便利性（無土無菌培養基）。
5. 繁殖效率與復育速度（微體繁殖之高倍數增殖）。

選項分析

本題為申論題，非選擇題，故無個別選項可供分析。考生於作答時應採「標題化、條列化」之申論架構，每個要點均給予明確主旨句並輔以學理闡釋，切忌以單一大段文字混雜作答。

解題技巧

1. 扣緊香蕉生物特性：香蕉具備「假莖高大脆弱（易遭風折）」、「易感嚴重病害（香蕉巴拿馬病/黃葉病 Fusarium oxysporum f. sp. cubense、香蕉頂萎病毒 BBTV）」、「吸芽繁殖係數低且體積龐大」等特點。答題時將組培優勢與這些具體病害或生態習性扣合，可大幅提升專業度與得分率。

核心觀念

1. 回交育種法（Backcross Breeding）之定義與適用情境： 當現有栽培品種（輪迴親）綜合性狀優良，僅缺乏某一或少數顯著性狀（如抗病性）時，以帶有該優良性狀之親本（非輪迴親／貢獻親）為雜交來源，使雜種後代連續與輪迴親回交，將目標基因轉移至輪迴親之遺傳背景中。此法特別適合遺傳結構簡單、由單一或少數主效基因（Oligogenes）所控制的性狀改良。
2. 親本界定：

• 輪迴親（Recurrent Parent, RP）：栽培種大果蕃茄。性狀特徵為大果、高產、品質佳，但對萎凋病感病（隱性純合子 $ii$）。
• 非輪迴親／貢獻親（Non-recurrent / Donor Parent, DP）：小果野生蕃茄。性狀特徵為帶有顯性抗萎凋病基因（顯性純合子 $II$），但果實小且農藝性狀不佳。

3. 輪迴親遺傳比例恢復公式： 每回交一代，雜種後代平均獲得來自輪迴親的一半染色體。經 $F_1$ 雜交及連續 $n$ 次回交（記作 $BC_n$）後，群體中輪迴親基因組的平均恢復比例（$R$）為： $R = 1 - \left(\frac{1}{2}\right)^{n+1}$ 通常回交 4 至 6 次（$BC_4 \sim BC_6$），輪迴親遺傳組成恢復率可達 $96.88\% \sim 98.44\%$ 以上。
4. 顯性基因回交之遺傳行為： 抗病基因 $I$ 為顯性，雜合子 $Ii$ 即具備抗病表型。因此，在每次回交後代（$Ii \times ii$）中，抗病與感病個體呈 $1:1$ 分離，可直接進行病原菌人工接種篩選，不必像隱性基因那樣每隔一代進行自交檢驗，育種進程迅速。

解題方法

本題針對顯性抗病基因 $I$ 進行回交導入，具體育種流程分為五個階段：

一、雜交製備階段（取得 $F_1$）

• 親本交配：以栽培種大果蕃茄（輪迴親，基因型 $ii$）與小果野生蕃茄（貢獻親，基因型 $II$）進行雜交。
• 後代基因型與表現：所得雜種第一代 $F_1$ 基因型全為 $Ii$。由於 $I$ 為顯性，全數個體均表現抗萎凋病；此時其基因組有 $50\%$ 來自輪迴親。

二、連續回交與選拔階段（$BC_1 \sim BC_5$ 或 $BC_6$）

1. 第一次回交（$BC_1$）：

• 以 $F_1$（$Ii$）與輪迴親（$ii$）回交（$Ii \times ii$），產生的 $BC_1$ 種子播種後，群體發生抗感分離： $Ii \times ii \rightarrow 1\ Ii \text{（抗病）} : 1\ ii \text{（感病）}$
• 人工接種篩檢：於苗期人工接種蕃茄萎凋病菌（Fusarium oxysporum f. sp. lycopersici），感病株（$ii$）發病萎凋後全數淘汰。
• 表型選拔：在存活的抗病株（$Ii$）中，嚴格選拔「大果」性狀明顯且植株外觀最接近輪迴親的優良單株。

2. 接續回交（$BC_2$ 至 $BC_5$ 或 $BC_6$）：

• 每一世代皆以選出之抗病大果優良株（$Ii$）再次與輪迴親（$ii$）回交。
• 每一回交世代均重複執行：

1. 病原菌人工接種：淘汰 $ii$ 感病個體。
2. 農藝性狀選拔：在 $Ii$ 抗病群體中，選拔果實大、豐產、株型優良之個體作為下一輪回交親本。

• 經過 5～6 次回交後，後代除了帶有來自野生種的 $I$ 基因片段外，其餘基因體有 $98.44\% \sim 99.22\%$ 完全恢復為栽培種大果蕃茄的背景。

三、自交固定純合階段（$BC_6F_2$）

• 連續回交結束時之優良植株，其抗病基因仍處於雜合狀態（$Ii$），若直接推廣，後代種子會發生性狀分離，故必須進行自交以固定純合基因型。
• 將選定之 $BC_6$ 抗病優良株進行自花授粉（自交）： $Ii \times Ii \rightarrow 1\ II \text{（純合抗病）} : 2\ Ii \text{（雜合抗病）} : 1\ ii \text{（感病）}$
• 於苗期再次接種萎凋病菌，感病株（$ii$，佔 $1/4$）發病死亡，淘汰之；保留存活的抗病株（$1\ II + 2\ Ii$，佔 $3/4$）。

四、後裔檢定階段（Progeny Test，純化 $II$ 品系）

• 因 $II$ 與 $Ii$ 在表型上均為抗病，外觀無法區分，必須透過後裔檢定辨識：