112 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

作物育種計畫是依據明確的改良目標，運用遺傳變異與選拔方法，逐步育成符合生產及利用需求新品種的系統性工作。基本流程可概括為：訂定育種目標、蒐集與評估種原、創造遺傳變異、選拔優良材料、品系試驗與評估、品種命名或登記、種子繁殖與推廣。不同教材可能將相鄰階段合併或拆分，答題時應交代各階段的先後與目的。

解題方法

可依育種工作的時間順序作答：先決定「要改良什麼」，再確認「可用哪些材料」，接著「創造並選出所需基因型」，最後「驗證、繁殖並推廣」。各階段說明如下：

1. 訂定育種目標 依作物用途、栽培環境、產業需求及農民問題，界定欲改良的性狀，例如產量、品質、成熟期、抗病蟲性、耐旱性或適合機械化等。目標須明確，並考量性狀的遺傳方式、育種資源及預期栽培區域。

2. 蒐集與評估種原 蒐集地方品種、栽培品種、育種材料及野生近緣種等種原，並評估其性狀表現、遺傳差異與利用價值。此階段的目的，是找出具有目標性狀、可作為親本或選拔材料的基因資源。

3. 創造或組合遺傳變異 以雜交重組不同親本的優良基因；也可依作物與目標採用引種、誘變、染色體倍加或生物技術等方式，增加或組合可供選拔的變異。此階段須選擇與育種目標相符的方法。

核心觀念

作物育種的基本工作，是先取得或創造遺傳變異，再從變異族群中選出具有目標性狀的材料。此題考「如何增加可供選拔的遺傳差異」，重點在於能創造新基因組合或新遺傳變異的技術，而非單純從既有品種中挑選優良植株。

可將方法分為：有性雜交與遠緣雜交、誘發突變、染色體倍加與多倍體育種、組織培養變異、細胞融合，以及基因工程與基因編輯。不同方法創造變異的層次不同：有的重新組合既有基因，有的造成基因或染色體改變，有的則導入或改變特定基因。

解題方法

作答時先依「變異如何產生」分類，再分別交代原理、可創造的變異及限制。最後點出育種流程仍須經過選拔、固定與品系評估；創造變異本身不等於已育成新品種。

一、有性雜交與遠緣雜交

將不同親本交配，使雙親的基因透過分離與重組形成新的基因組合。親本可為同一物種內的不同品種或育種系，也可為近緣種或不同種。

• 種內雜交：結合親本的優良性狀，產生具有新基因組合的分離族群，是最常用的變異來源。
• 遠緣雜交：將近緣種或不同種的有利基因引入作物，例如抗病、抗蟲或耐逆境基因。若受精或胚發育受阻，可配合胚拯救、胚培養等技術。
• 限制：後代可能有不稔、性狀分離複雜或不利基因連鎖等問題，須經選拔、回交或染色體倍加等方式處理。

二、誘發突變育種

利用物理或化學誘變劑提高突變發生率，擴大原有材料的遺傳變異。

• 物理誘變劑：如伽瑪射線、X 射線、快中子等。
• 化學誘變劑：如 EMS、疊氮化鈉等。
• 可處理種子、花粉、植株或離體材料，再於後代或再生植株中選出有用突變，例如株高、熟期、抗病性或品質的改變。
• 限制：突變多為隨機發生，有利突變比例低，常伴隨不利突變；須經多代選拔與性狀確認。

三、染色體倍加與多倍體育種

以秋水仙素等抑制細胞分裂時紡錘體形成，使染色體加倍，改變染色體套數，創造染色體層次的變異。

• 自源多倍體：同一物種染色體組加倍，可能造成器官或細胞增大，常應用於觀賞植物及部分果菜作物。
• 異源多倍體：不同物種雜交後，再使染色體加倍，可恢復雜種的染色體配對與生殖能力，並結合兩親本的遺傳材料。

核心觀念

本題比較三種雜交方式所形成群體的個體內雜合程度與個體間遺傳差異。前者指同一個體在基因座上是否帶有不同等位基因；後者指群體中不同個體的基因型是否相同。

以下以二倍體、自交系為親本，並假設四個自交系 $A、B、C、D$ 在所討論基因座上可帶有不同等位基因。單一基因座的符號示例只用來呈現遺傳結構；實際性狀通常由許多基因座共同控制。

解題方法

先依雜交式追蹤親本及配子來源，再比較後代的等位基因組成。單交的兩個親本皆為自交系；三交的一方是單交 $F_1$、另一方是自交系；雙交則是兩個不同單交 $F_1$ 互交。因此，親本所含遺傳來源由兩系、三系到四系增加，後代群體的遺傳異質性也隨之增加。

各雜交方式的遺傳結構

一、單雜交（single cross）

雜交式：

$$A\times B$$

假設 $A=AA$、$B=BB$，則：

$$AA\times BB\longrightarrow F_1=AB$$

• **個體內遺傳結構：**若兩親本在某基因座等位基因不同，$F_1$ 在該座為雜合子。
• **個體間遺傳結構：**兩個純系親本的基因型固定，所產生的 $F_1$ 個體基因型相同，群體整齊一致。
• **重點：**單交通常有較高的群體整齊度；在兩親本不同的基因座，$F_1$ 具有雜合性。

示意圖：

自交系 A（AA） ─┐
 ├── 單交 F₁：AB、AB、AB、AB……
自交系 B（BB） ─┘

二、三系雜交（three-way cross）

雜交式：

$$(A\times B)\times C$$

先以兩個自交系形成單交 $F_1$，再與第三個自交系交配：

$$AB\times CC$$

單交 $F_1$ 可產生 $A$ 或 $B$ 配子，與 $C$ 配子結合後，後代在示例基因座為：

$$\frac{1}{2}AC+\frac{1}{2}BC$$

• **個體內遺傳結構：**後代可為 $AC$ 或 $BC$，在此例均為雜合子。
• **個體間遺傳結構：**後代有不同基因型，群體不如單交整齊；此例兩種基因型各占一半。
• **重點：**親本遺傳來源有三個自交系；群體中個體間的遺傳異質性高於單交。

示意圖：

自交系 A（AA） ─┐
 ├── 單交 F₁（AB） ─┐
自交系 B（BB） ─┘ ├── 三交後代：1/2 AC、1/2 BC
自交系 C（CC） ─────────────────────┘

三、雙雜交（double cross）

雜交式：

核心觀念

混合群體育種法（bulk population breeding）是自交作物常用的育種方法。雜交後代在早期世代以混合群體方式栽培，讓植株在田間自然競爭並繁殖；經若干世代自交、群體逐漸純合後，再選拔優良單株或品系。

此法的核心是：**早期世代不逐株選拔，而讓自然選拔與自交同步進行；較晚世代再進行個體選拔。**因此，早期田間競爭會影響植株存活與繁殖，但是否能有效改善目標性狀，仍取決於該性狀的遺傳方式與環境條件。

混合群體育種的特徵

1. 早期世代混合栽培：雜交後代以群體方式種植、收穫種子，再播種下一代；通常不保留各單株的家系紀錄。
2. 利用自然選拔：在栽培環境中，適應性較佳的植株較容易存活、結實並將基因傳至下一代。育種者也可在混合群體中進行有限的人工選拔。
3. 世代推進簡便、成本較低：不必在早期世代逐株收穫、脫粒及記錄，適合大量後代材料。
4. 選拔延至較高世代：經多代自交後，個體純合度提高、植株間差異較穩定，再選取優良單株，進入株行或品系試驗。
5. 適用與限制：適用於自交作物的分離後代。若目標性狀主要由高遺傳力基因控制，晚世代選拔較有效；若要改良的性狀無法在早期自然環境中充分表現，單靠自然選拔的效果有限。混合收穫也會失去早期個體及家系資料，且不同基因型的繁殖能力可能使群體組成改變。

解題方法：一般步驟