111 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

回交育種是將具目標性狀的非輪迴親與具有優良農藝性狀、但缺乏該性狀的輪迴親雜交，再使後代一代代與輪迴親回交，以保留目標基因並逐步恢復輪迴親的遺傳背景。

本題比較的關鍵是：目標基因為顯性或隱性時，回交後代能否直接依表現型選出帶有目標基因的個體，以及隱性基因需要如何安排世代檢定。

解題方法

設輪迴親不帶抗病基因，基因型為 $rr$；非輪迴親帶有抗病基因。

一、轉移顯性抗病基因

以顯性抗病基因 $R$ 為例，非輪迴親可為 $RR$ 或 $Rr$。

1. 親本雜交：以非輪迴親與輪迴親 $rr$ 雜交。若非輪迴親為 $RR$，$F_1$ 全為 $Rr$，均表現抗病。
2. 每一回交世代選拔：將帶有 $R$ 的個體與輪迴親 $rr$ 回交。後代中帶有 $R$ 的個體表現抗病，可用接種或病圃鑑定，直接依表現型選出抗病植株。
3. 持續回交與固定：所選植株繼續與輪迴親回交，逐步恢復輪迴親背景。達到預定回交世代後，再自交並選拔純合抗病型 $RR$，建立穩定品系。

若每次回交親為 $Rr \times rr$，理論上後代約一半為抗病型 $Rr$，另一半為感病型 $rr$。顯性基因的優點是每一回交世代都可直接辨認帶基因植株；但表現型抗病仍須以可靠的病原接種或病圃試驗確認，避免把逃病植株誤選為抗病。

二、轉移隱性抗病基因

以隱性抗病基因 $r$ 為例，抗病親本為 $rr$，輪迴親為感病型 $RR$。

1. 親本雜交：$rr \times RR$ 得到 $F_1$，基因型全為 $Rr$，因 $R$ 為顯性而表現感病。
2. 回交世代的限制：$F_1$ 與輪迴親 $RR$ 回交，後代為 $RR$ 或 $Rr$，都表現感病。因此，不能在回交後代中單靠表現型分辨是否帶有隱性抗病基因。
3. 安排自交及後代檢定：將回交植株自交，檢查其後代是否分離出抗病個體。

核心觀念

DNA 分子標誌是可在 DNA 序列中辨識、且個體間具有多型性的遺傳標記。育種者可利用標誌基因型推定植株是否帶有目標基因或有利等位基因，據以保留優良材料、淘汰不符合目標的材料，這種方式稱為標誌輔助選拔（marker-assisted selection, MAS）。

傳統選拔依賴外觀或產量等表現型，容易受環境、世代及測定成本影響；分子標誌直接反映基因型，可在幼苗期或非目標環境下進行選拔，尤其適合表現型不易鑑定、須待植株成熟才顯現，或受環境影響較大的性狀。

解題方法：由目標性狀到標誌選拔

1. 確定育種目標與遺傳基礎 明確界定欲改良性狀，例如抗病、品質或耐逆境，並確認其遺傳方式。若目標性狀由單一主效基因控制，可尋找與該基因緊密連鎖的標誌，或直接使用位於目標基因內的功能性標誌；若為數量性狀，則需辨識與相關數量性狀基因座（QTL）連鎖的標誌。

2. 選用可靠且具多型性的標誌 在親本間檢查標誌是否有可辨識的等位型差異，並確認標誌與目標基因或 QTL 的連鎖關係。標誌與目標基因距離愈近，重組造成誤判的機率通常愈低；若使用功能性標誌，則可直接辨識目標基因的有利等位型。

3. 建立雜交族群並進行分子檢測 將具有有利基因的親本與具其他優良性狀的親本雜交，在分離世代採集植株樣本，萃取 DNA，利用 PCR 等方法檢測標誌基因型。

4. 依標誌基因型選留個體 保留帶有目標等位基因或有利標誌型的植株，淘汰不符合者，再進行繁殖、回交或後續世代選拔。此程序可在幼苗期完成，不必等到性狀表現後才決定是否保留。

核心觀念

本題考查多倍體的染色體配對、減數分裂與無子西瓜的育種流程。三倍體植株的體細胞染色體數為 $3x$；形成配子時，同源染色體通常無法平均分配至兩個子細胞，造成減數分裂不規則，所形成的配子多數染色體數不平衡、缺乏正常受精與發育能力，因此果實多不形成成熟種子。

無子西瓜並非完全不需授粉。商業生產通常以四倍體作母本、二倍體作父本，取得三倍體種子；三倍體植株需有可育花粉提供刺激，授粉後才能誘導果實發育，但其胚珠通常無法形成成熟種子。

解題方法：三倍體為何多不結種子

二倍體的染色體組成為 $2x$，每一對同源染色體在減數分裂時可正常配對，形成染色體數大致平衡的配子。三倍體則有三套同源染色體，每組三條同源染色體在減數分裂時可能形成三價體，也可能形成一對配對、另一條未配對等情形。

分裂時，三條同源染色體難以平均分至兩極，因而產生染色體數不平衡的配子。此類配子多不能正常完成受精，或受精後胚與種子發育中止，所以果實通常少有成熟種子。這是由於三倍體的減數分裂與配子形成不正常，不是果實本身不能形成。

解題方法：商業上生產無子西瓜

1. 由二倍體誘導四倍體 對二倍體西瓜的生長點或幼苗處理秋水仙素等染色體加倍藥劑，使染色體加倍，得到四倍體植株。秋水仙素抑制紡錘體形成，使染色體複製後未能正常分離，進而形成染色體數加倍的細胞。經確認倍性後，選育可作母本的四倍體植株。

2. 四倍體與二倍體雜交，生產三倍體種子 以四倍體作母本、二倍體作父本。

核心觀念

多向雜交測驗（polycross test）是在隔離的雜交圃中，將多個選定親本一同栽植，使其藉昆蟲等媒介自然授粉。各親本彼此開放授粉，通常不知道每一粒種子的父本；以各親本所結種子的後代表現，評估其一般組合力（general combining ability, GCA），再選出適合共同繁殖的親本。

甘藷主要以營養繁殖維持品種，但也能開花、授粉並產生真正種子。多向雜交所得種子具有遺傳分離，實生後代可選出新的優良基因型；入選單株則可用蔓苗等營養體繁殖。這題的要點是：利用多向雜交產生後代、以產量等性狀選拔優良營養系，再將入選營養系混合，形成合成品種。

解題方法與育種流程

1. 設定目標並選擇親本營養系 以增產為主要目標，選取產量高、性狀穩定且適應目標栽培環境的甘藷營養系作為親本。親本宜兼具不同優良性狀，並確認其開花、授粉及結實能力。

2. 建立隔離多向雜交圃 將各親本營養系種植於隔離圃，避免外來花粉污染；各親本宜採隨機或適當配置，使其在花期重疊，並由昆蟲等媒介促進相互授粉。多向雜交的特徵是親本群體共同開放授粉，並非逐一進行人工指定配對。

3. 分別採收各親本種子 各母本營養系的蒴果或種子應分開採收、編號保存。由於父本不確定，各母本種子所形成的後代通常視為半同胞家系；保留母本資料，才能比較不同親本的後代表現。

4. 培育實生後代並進行家系評估 播種各家系種子，培育實生苗，按家系種植並進行產量比較。試驗宜有重複與適當對照，評估單位面積產量及相關性狀，例如塊根數、單株產量、商品薯比例、品質與病蟲害反應。多地點或多季節評估可檢視環境適應性與產量穩定度。

家系表現可作為母本一般組合力的間接指標：某親本在開放授粉後代中，若多數後代具較佳產量表現，表示該親本較適合與雜交圃內其他親本組合。此處評估的是一般組合力，不是特定兩親本的特殊組合力。