111 原住民特考四等 農業技術 作物改良概要 考古題詳解

核心觀念

**種原（germplasm）**是作物及其近緣植物中，具有遺傳性、可供繁殖與傳遞遺傳特性的材料總稱。材料可為種子、花粉、植株、營養繁殖體或組織；保存種原的目的，在於保留遺傳多樣性，供育種、研究及未來利用。

本題的重點是依作物繁殖方式與種原材料特性，選擇適當的長期保存方式，並以定期檢測與更新確保活力。

解題方法

先區分有性繁殖與無性繁殖作物，再依種子的耐乾燥、耐低溫特性，決定採種子庫或活體保存等方式：

• 有性繁殖作物：種原通常以種子保存，但須區分可乾燥冷藏的種子與不耐乾燥、低溫的種子。
• 無性繁殖作物：遺傳型常以營養繁殖維持，種子保存不能確保原有基因型，須採活體或離體保存；部分材料亦可低溫或超低溫保存。

作物種原的長期保存

一、有性繁殖作物：以種子保存為主

1. 選擇健康、成熟且具代表性的種子，避免混雜，並建立採集來源、品種及保存批次等紀錄。
2. 清除病蟲害與雜質，充分乾燥，使種子含水量降至適合長期保存的程度。
3. 將種子密封保存於低溫、低濕的種子庫，降低呼吸作用與老化速度；重要種原可採不同地點備份保存，以降低災害或設備故障造成的損失。
4. 保存期間定期抽樣檢測發芽率或活力；活力下降至管理標準時，進行更新繁殖並重新入庫。更新時應維持原有遺傳組成，避免選擇偏差、異品種授粉及機械混雜。

種子可概分為：

• 正常型種子（orthodox seeds）：可耐乾燥，也能在低溫下保存，適合以低含水量、低溫的種子庫長期保存。
• 頑拗型種子（recalcitrant seeds）：不耐乾燥或低溫，傳統種子庫保存效果差，應考慮活體保存、適當的短期保存，或以胚、胚軸等材料進行離體及超低溫保存。

二、無性繁殖作物：以維持原基因型為原則

核心觀念

本題考查兩種雄不稔性的遺傳控制方式，關鍵在於辨認「雄不稔是否由細胞質單獨遺傳」，以及「細胞核中的恢復基因是否參與控制或恢復育性」。

雄不稔是指植株雌性生殖功能正常，但花粉無法形成、發育或正常授粉，因此可作為雜交種子生產的母本，減少人工去雄工作。

解題方法

先比較細胞質與細胞核在雄不稔表現上的角色，再說明其遺傳特性及育種上的維持、恢復方式：

名詞	雄不稔表現的遺傳基礎	核基因的角色
Cytoplasmic male sterility（CMS）	雄不稔主要由不稔細胞質遺傳	定義重點在細胞質遺傳；典型育種系統中可搭配恢復基因使雜交後代恢復育性
Cytoplasmic-genetic male sterility（CGMS）	不稔細胞質與細胞核基因共同作用	核基因中的育性恢復基因（$Rf$）可恢復育性

（一）Cytoplasmic male sterility（細胞質雄不稔）

細胞質雄不稔是指雄不稔性主要由細胞質中的遺傳因子控制，通常隨母本細胞質傳遞給後代。植物的細胞質遺傳物質主要來自粒線體；雄不稔與粒線體基因及花粉發育異常有關。

在典型細胞質雄不稔系統中，母本為雄不稔植株，仍可接受正常花粉並結實；其後代是否恢復育性，則須視遺傳系統中是否有可作用的核基因恢復因子而定。利用雄不稔母本繁殖或生產雜交種時，常需搭配維持系與恢復系。

（二）Cytoplasmic-genetic male sterility（細胞質—核基因互作雄不稔）

核心觀念

作物栽培品種退化，是指一個原本具有一定遺傳組成與典型性狀的品種，在繁殖、栽培及種子調製的過程中，因混雜、異交、選擇或遺傳變異等因素，使品種純度與一致性降低，逐漸偏離原有特性。田間可見株高、熟期、穗形、粒色等性狀不一致，或抗病性、適應性、產量及品質變差。

須區分兩種情形：

• 遺傳性退化：品種的遺傳組成已改變或混入其他基因型，後代可能持續表現差異。
• 非遺傳性劣變：種子因病蟲害、保存不良或栽培環境不佳而活力或表現變差，但品種遺傳身分未必改變。

因此，防治不能只靠田間拔除異株，也須從品種維持、田間管理、收穫調製及種子保存各環節著手。

解題方法：依退化來源配對防治措施

作答可先將原因分為「混雜與基因交流」、「品種內遺傳變異及選汰」、「病蟲害與環境影響」三類，再逐項配對防患方法。這樣能呈現退化如何發生，也能說明防治措施所針對的環節。

一、品種退化的主要原因

1. 機械混雜 不同品種或作物種子在播種、田間作業、收穫、脫粒、乾燥、貯藏、運輸或加工時混在一起。例如採種機具未清理、種子袋標示錯誤，或前茬落粒種子混入後作。這是種子繁殖與調製過程常見的混雜來源。

2. 生物學混雜與自然異交 同種作物不同品種在鄰近田區種植，花粉可能經風或昆蟲傳播而發生異交，後代因而出現不符合原品種性狀的植株。異交率較高的作物，以及繁殖期間隔離不足的採種田，風險較大。

3. 品種內遺傳變異及突變 繁殖過程中可能發生自然突變，或原品種尚未完全固定的遺傳變異在後代中分離，使部分植株偏離品種標準。若未及時辨識並剔除，這些變異可能隨種子繁殖而延續。

4. 自然選擇與人工選擇的偏移 不同基因型對當地環境、播種期、栽培管理、病蟲害或收穫方式的適應能力不同；長期繁殖時，某些型別可能逐漸增加。若留種時只挑選易收穫、早熟或外觀較大的植株，也可能偏離原品種的整體特性。

5. 病蟲害及種子帶病 種子帶有病原，或田間病蟲害長期危害，會降低生長勢、產量與品質；若留用受害種子，種子健康度與田間表現會進一步下降。病害造成的表現變差不一定代表遺傳性退化，但會降低種子品質與栽培效果。

核心觀念

本題考查作物育種中五個常用名詞，涵蓋雜交親本配合力、遺傳變異與遺傳率、自交不親和機制、快速純系培育，以及不經受精即可形成果實的現象。

解題方法

作答時，逐一交代名詞的判定依據、形成或測定方式，以及在育種上的用途。容易混淆的概念要明確區分：特殊組合力著重特定親本組合的表現；狹義遺傳率只計加性遺傳變異；胞子體型自交不親和性由親本植株的基因型決定花粉表現；雙單倍體是染色體加倍後的純合材料；單性結果則不需要受精即可結果。

（一）特殊組合力檢定

**核心觀念：**特殊組合力（specific combining ability, SCA）是某一特定親本組合的雜交後代表現，超出由雙親一般組合力（general combining ability, GCA）所預期的部分。它主要反映非加性基因作用，尤其是顯性及上位作用。

**解題方法：**選定親本後，依育種設計進行互交或測交，評估各雜交組合的後代表現，例如產量、成熟期、抗病性或品質。以親本的一般組合力預測值為基準，若特定組合的實際表現有明顯偏離，即表示該組合具有特殊組合力。可概念化表示為：

$$\text{SCA}_{ij} = \text{組合 }i\times j\text{ 的實際表現} - \text{依雙親 GCA 預期的表現}$$

**解題技巧：**記住「一般組合力看親本平均表現，特殊組合力看特定配對是否特別好」。SCA 高的組合適合發展雜交品種；其優勢常與非加性基因作用及雜種優勢有關。

（二）狹義遺傳率

**核心觀念：**狹義遺傳率是表型變異中由加性遺傳變異所占的比例，反映親代性狀透過等位基因加成效應傳給子代的程度。其公式為：

$$h^2=\frac{V_A}{V_P}$$

其中 $V_A$ 為加性遺傳變異，$V_P$ 為表型變異。若將表型變異分解為遺傳與環境成分，常寫為：

$$V_P=V_A+V_D+V_I+V_E$$

其中 $V_D$ 為顯性變異、$V_I$ 為上位性變異，$V_E$ 為環境變異；依分析模型不同，也可納入基因型與環境交互作用等成分。

**解題方法：**狹義遺傳率的分子只取 $V_A$，分母為總表型變異。它可用來估計選拔反應；在簡化條件下，育種值選拔的反應可表示為：

$$R=h^2S$$

其中 $S$ 為選拔差，$R$ 為下一代的選拔反應。

**解題技巧：**勿將狹義遺傳率與廣義遺傳率混淆。廣義遺傳率計入全部遺傳變異，常寫為 $H^2=V_G/V_P$；狹義遺傳率只計加性部分，因此特別與親子相似性及選拔效果相關。

（三）胞子體型自交不親和性

**核心觀念：**胞子體型自交不親和性（sporophytic self-incompatibility, SSI）是一種由 $S$ 位點控制的自我識別機制。花粉的相容性表現由產生花粉的二倍體親本植株基因型決定，而非單獨由花粉本身的單倍體基因型決定。常見於十字花科作物，如甘藍、油菜等。