107 原住民特考三等 農業技術 作物育種學 考古題詳解

核心觀念

本題考查作物育種學中「作物的繁殖方式（Mode of Reproduction）與交配系統（Mating System）」之判定方法。考生需掌握以下生殖生物學與育種學基礎：

1. 作物的繁殖方式分類：自花授粉（自交，Self-pollination / Autogamy）、異花授粉（異交，Cross-pollination / Allogamy）、常異花授粉（Often cross-pollination）以及無融合生殖（Apomixis）。
2. 人工授粉與隔離試驗原理：透過「套袋隔離（Bagging）」、「人工去雄（Emasculation）」與「人工輔助授粉（Controlled Pollination）」等控制變因，排除風力與昆蟲介質干擾，藉由結實率（Seed set percentage）與後代同質性／分離比，逆推作物的授粉習性與生殖障礙（如自交不親和性、雄性不稔性等）。

解題方法

本題屬申論題，作答應採取「試驗控制變因設計」切入。透過設計不同的「人工授粉處理組合」，並以「自然開放授粉（Open pollination）」作為對照組，透過比較結實表現來確立作物的繁殖機制。題目要求「至少三點」，最佳策略為列舉三種具代表性、互補且排他的處理流程：

1. 未去雄套袋隔離試驗：測定是否具自交親和性與自花授粉能力。
2. 去雄後套袋不授粉試驗：檢驗是否存在無融合生殖（單性發育）或單性結果。
3. 去雄後人工自交與人工異交結實率比較試驗：檢驗是否存在自交不親和性（Self-incompatibility, SI）及異交依賴度。

選項分析

本題為國家考試三等申論題，非選擇題，無選項分析。考生作答時應將各試驗處理的「操作流程」、「觀察指標」與「判定結果」三要素結構化呈現，方能獲得評分委員青睞。

解題技巧

1. 黃金答題公式：每一點皆採用「試驗處理 $\rightarrow$ 觀察指標 $\rightarrow$ 判定推論」三段式書寫，邏輯最為嚴謹。
2. 務必設定對照組：單純看套袋結實率容易受微氣候（如袋內溫濕度過高）影響，答題時強調「與自然開放授粉對照組比較」，可展現深厚實驗設計素養。
3. 防踩陷阱：

• 看到「套袋能結實」不能直接斷言必為自交，必須透過「去雄不授粉」排除「無融合生殖」的可能。
• 結實率計算公式可寫出：$\text{結實率 (\%)} = \frac{\text{實際結實數}}{\text{處理花朵（或胚珠）總數}} \times 100\%$

【答案】

判斷作物繁殖方式（交配系統）之人工授粉觀察方法，可透過下列三種控制授粉試驗進行判定：

核心觀念

本題的核心在於「育種方法的操作程序」與「目標性狀之遺傳架構」之間的交互關係：

1. 水稻產量的遺傳特性：水稻產量屬於典型的微效多基因控制之「數量性狀」（Quantitative trait），其表現型變異公式為： $V_P = V_G + V_E = V_A + V_D + V_I + V_E$ 產量之狹義遺傳率（Narrow-sense heritability, $h^2 = \frac{V_A}{V_P}$）通常極低，極易受土壤肥力、水分、病蟲害等微環境變異（$V_E$）干擾。
2. 譜系法（Pedigree Method）的運作本質：譜系法通常在雜交後之早期世代（$F_2$ 至 $F_4$）即進行嚴格的「單株選拔」（Individual plant selection），並逐代詳細記錄親本與後代血統系譜。此方法極適合遺傳率高、肉眼易判別的「質量性狀」（如株高、抗病性、抽穗期等），但用於早期世代選拔數量性狀時，會遭遇嚴重的遺傳學與統計學瓶頸。

解題方法

本題為申論題，切入構思應將「譜系法在早期世代（$F_2$、$F_3$）以單株為選拔單位」的特性，與「產量性狀的生物學特性（低遺傳率、雜合性、群體效應）」逐一對比，直指出此策略之盲點：

1. 遺傳學層面：從遺傳率大小、非加性效應（顯性 $V_D$ 與上位性 $V_I$）隨自交世代分離衰退的角度切入。
2. 農藝與生態競爭層面：從「單株稀植表現」無法代表「田間密植小區產量」的個體競爭效應切入。
3. 統計與試驗設計層面：早期世代單株種子量少，無法設置小區試驗（Plot trials）與重複（Replications），導致環境誤差（$V_E$）無法藉由試驗設計消除。
4. 資源與經濟效益層面：譜系登錄與株行管理的龐大人力成本，與早期無效選拔之間的代價矛盾。

選項分析

本題為國家考試之申論問答題，無提供客觀選項。閱卷評分標準重點落在是否具備「作物育種學理論深度」及「田間實務經驗整合」，答題時須精準區分以下評分要素：

• 正確切入點：直指「產量低遺傳率」、「單株與群體相關性差」、「早期雜合性干擾」、「無重複試驗無法估計環境誤差」等關鍵學理。
• 錯誤或非關鍵切入點：若僅籠統回答「花費時間長」、「需要人工」而未扣合「產量選拔」之性狀特性，無法取得高分。

解題技巧

核心觀念

1. 雜種優勢（Heterosis / Hybrid Vigor）： 指兩個遺傳組成不同的親本進行雜交，其第一代雜種（$F_1$）在生長勢、產量、抗病性、抗逆境能力或品質等綜合性狀上，顯著優於其雙親平均（中親優勢，Mid-parent heterosis）或優於較佳親本（超親優勢，High-parent heterosis）之生物學現象。
2. 雜種品種（Hybrid Cultivar / $F_1$ 品種）之本質： 育種家利用優良組合力（Combining Ability）的親本（如純化自交系或品種），經人為控制授粉所生產的一代雜種。雜種品種的性狀在 $F_1$ 代表現最為強勢且整齊，但若自行留種（$F_2$），因孟德爾遺傳之基因重組與分離，雜種優勢會顯著衰退（Inbreeding depression）且群體變異增大，因此商業上農民每季均需重新購買 $F_1$ 種子。
3. 雜種品種分類依據： 依據雜交所使用親本的「性質」（純化自交系、開放授粉品種等）與「親本數量」（二個、三個、四個等）進行分類。

解題方法

本題為作物育種學經典題型。申論作答時應採取「先點出核心機制，再系統化條列分類」的架構：

1. 開門見山定義親本型式：雜交品種的組成關鍵在於親本是「純系（自交系）」還是「雜合群體（品種）」。
2. 以公式符號搭配條文說明：寫出各雜種品種的親本組合公式（如 $A \times B$），並說明各品種的「親本組成」、「遺傳整齊度」、「產量表現與優勢」、「採種成本與難易度」及「實際作物應用」。
3. 選擇最適當之四種代表：公職考試標準規範中，最完整且對比鮮明的四種為：

• 單交種（Single cross）
• 三交種（Three-way cross）
• 雙交種（Double cross）
• 頂交種（Top cross）或 品種間雜種（Intervarietal cross）

選項分析（命題重點剖析）

本題為非選擇題之申論題，依國家考試閱卷評分標準，閱卷委員主要評量考生對下列四種雜交組合之掌握度：

1. 單交種（Single Cross Hybrid）：

• 親本組合：由兩個不同的自交系（Inbred lines）雜交而成，表示為 $A \times B$。
• 特性分析：
• 優點：個體間基因型高度一致（均為雜合子），群體表現型最整齊一致；雜種優勢發揮最極致，單位面積產量與商業品質最高。
• 缺點：採種母本為生長勢較弱、產量較低的自交系，母本種子產量低，導致雜交種子生產成本高昂；對劇烈環境變動的遺傳緩衝力較差。

2. 三交種（Three-way Cross Hybrid）：

• 親本組合：以一個單交種（$F_1$）為母本，再與第三個不相關的自交系進行雜交，表示為 $(A \times B) \times C$。
• 特性分析：
• 優點：採種母本為生長旺盛的單交種（$A \times B$），母本植株強壯且產種量高，大幅降低種子生產成本；群體具一定程度的遺傳多樣性，環境適應性與穩定性優於單交種。
• 缺點：表現型整齊度與最高產量潛力略遜於單交種。

3. 雙交種（Double Cross Hybrid / Four-way Cross）：

• 親本組合：由兩個不同的單交種互相雜交而成，表示為 $(A \times B) \times (C \times D)$。
• 特性分析：
• 優點：父本與母本皆為單交種，產種量極大、花粉量充足，採種成本最低且技術門檻相對較低；群體遺傳背景廣泛，面對逆境與氣候波動作物的緩衝能力強。
• 缺點：個體間基因型差異較大，整齊度與雜種優勢皆低於單交種。在自交系採種技術未成熟的早期玉米育種中曾廣泛使用，現代商業生產則逐步被高產單交種取代。

4. 頂交種（Top Cross Hybrid / Inbred-Variety Cross）：

核心觀念 本題核心在於測驗考生對我國農業智慧財產權法規——《植物品種及種苗法》中「品種權申請要件與法定書件內容」的掌握程度，並評量考生能否將作物育種技術實務（以玉米為例）與法定程序相結合。

• 法源依據：以命題當年（民國 107 年）之《植物品種及種苗法》第 14 條及其相關審查規定為準（註：現行《植物品種及種苗法》關於品種權申請書應載明事項之規範仍維持一致）。
• 育種實務：申請品種權之實質審查在於確認品種具備「新穎性（Novelty）」、「可區別性（Distinctness）」、「均一性（Uniformity）」與「穩定性（Stability）」（簡稱 DUS 特性）。因此，申請書及其檢附書件必須詳實記載育種方法、世代歷程、親本來源及性狀表現。

解題方法 本題為公職考試標準申論題，作答策略採「法規條文為骨架，作物專業為血肉」：

1. 框架建立：直接以《植物品種及種苗法》第 14 條規範為基準，條列法定「申請書應載明事項」與「應檢附之書件（品種說明書、證明文件、檢定材料）」。
2. 實務套用：緊扣題目「多年超甜玉米選拔育種」情境，具體代入超甜玉米的分類學名、育種歷程記錄（如自交選拔世代、親本來源）、性狀表現（如株高、籽粒質地、含糖量等 DUS 指標），展現育種專門知識，避免流於純法條背誦。

選項分析 本題為申論問答題，無選擇題選項。

解題技巧

1. 答題三層次：審查單位面對申請案分為「形式審查」與「實質審查」。答題時可依「基本行政登記事項（申請書本體）」、「核心育種技術資料（品種說明書）」與「佐證樣品文件（證明與植物體）」三層次鋪陳，層次分明。
2. 避免失分陷阱：切忌僅泛泛寫出「申請人、地址、作物名稱」等數十個字。考題特別點明「超甜玉米」，必須在育成過程與性狀描述中帶入玉米育種術語（例如：學名 Zea mays L.、選拔世代 $S_1 \sim S_6$、自交系純化、可溶性固形物或 $sh2$ 基因特性），分數才能拉開差距。
3. 命名合規性：提及品種名稱時，需附帶點出品種命名應符合不具誇張性、不違反公序良俗、不得單獨使用數字等命名限制。

【答案】

依據《植物品種及種苗法》第 14 條（以命題當年民國 107 年法規為準）及相關品種審查規範，該研究員申請超甜玉米品種權時，應向中央主管機關（行政院農業委員會，現為農業部）提出品種權申請書，並檢附品種說明書、相關證明文件及植物體（種子樣品）。其具體內容與填寫重點說明如下：

核心觀念

本題的核心在於比較回交育種法（Backcross Breeding）​與一般雜交育種法（如系譜法 Pedigree Method、混合法 Bulk Method 等組合育種）​在育種目標、族群遺傳結構改變及實務操作上的本質差異。

1. 育種方法適用前提：

• 回交育種法最適用於「現有推廣品種綜合性狀優良，僅缺乏某一或少數顯著性狀（如單一主效抗病基因）」的精準改良。
• 番茄細菌斑點病（Bacterial spot，由 Xanthomonas 屬細菌引起）之抗性遺傳，多數已被確認為寡基因或主效基因（如 Rx3、Rx4 等基因），抗源常源自野生近緣種或非商業品種，此遺傳特性正是回交育種的典型適用條件。

2. 遺傳背景之理論回復率：

• 經雜交產生 $\text{F}_1$ 後，以優良推廣品種作為輪迴親（Recurrent Parent, RP），以抗病源作為非輪迴親／供體親（Non-recurrent / Donor Parent）​進行連續回交。
• 在第 $m$ 次回交世代（$\text{BC}_m$）中，輪迴親之遺傳背景回復率理論值為： $1 - \left(\frac{1}{2}\right)^{m+1}$ 回交至 $\text{BC}_6$ 世代時，輪迴親基因組平均回復比例已達 $99.22\%$，可培育出高度保留原品種優勢的近同質系（Near-Isogenic Lines, NILs）。

解題方法

本題要求說明「回交育種比雜交育種較好之原因（至少三項）」，切入點應涵蓋「品種遺傳背景保留」、「育種效率與環境變異克服」、「外源不良性狀之清除（連鎖累贅）」及「市場推廣與審定成本」四個構面，並進行對比論述：

1. 能完整保留優良品種的優良綜合性狀與市場適應性

• 回交育種優勢：番茄為高度商業化作物，優良推廣品種（輪迴親）通常具備精心平衡的農藝與商業性狀（如產量、果實大小、果形、糖酸比、耐裂果性及運輸耐受性等微效多基因性狀）。回交育種能透過連續向輪迴親回交，將其遺傳組分理論值迅速回復至 $99\%$ 以上，既引進抗病基因，又不會打亂原品種原有的優良基因組裝。
• 雜交育種缺點：一般雜交育種在後代（如 $\text{F}_2 \sim \text{F}_6$）會發生劇烈的基因重組與獨立分離，優良親本的微效多基因平衡系統極易被瓦解，極難在選拔抗病的同時完整重現原品種的高產與絕佳風味。

2. 育種目標單一專注，不受環境波動干擾，選拔效率高

• 回交育種優勢：各世代僅針對「目標性狀（細菌斑點病抗性）」進行人工接種鑑定或分子標記輔助選拔（MAS）。育種者無須在每個分離世代針對產量、風味、適應性等多基因數量性狀進行複雜的田間評估與多地點重複試驗，族群規模需求較小，抗性表現型與基因型關聯明確，重複性與可預測性極高。
• 雜交育種缺點：一般雜交育種必須在龐大的分離族群中，同時對產量、品質及抗病性等多個性狀進行同步篩選。產量與品質受環境變異（$V_E$）影響大、遺傳率（$H^2$）較低，容易因環境干擾而誤選或漏選，耗費大量選拔人力與世代時間。

3. 有效打破外源抗病親本之「連鎖累贅（Linkage Drag）」

• 回交育種優勢：番茄細菌斑點病的抗病基因常來自野生種（如 Solanum pimpinellifolium）或未馴化種質。這些供體親往往帶有果實微小、易裂果、晚熟或野生異味等顯著劣性性狀。