107 地方特考三等 農業技術 作物育種學 考古題詳解

核心觀念

本題的核心在於「植物遺傳資源（Plant Genetic Resources for Food and Agriculture, PGRFA）的保育策略與技術分類」。作物品種、地方種（landraces）、野生近緣種（wild relatives）及突變種具有相異的繁殖系統（有性生殖或無性繁殖）與生理特性，無法以單一模式保存。因此，育種學上將遺傳資源保存依「保存空間與演化狀態」分為域內保存（In situ conservation）​與域外保存（Ex situ conservation）​兩大主軸，域外保存再依儲藏器官之生理特質（如正儲型種子 vs. 異儲型種子）細分不同技術。

主要涉及定義與學理原則：

1. 域內保存（In situ conservation）：於原始生長環境或農場動態維持物種，允許其隨環境天擇持續演化。
2. 域外保存（Ex situ conservation）：將繁殖體取離原生境，於人工受控條件下終止或減緩其生命代謝速率，達到靜態長期保存。
3. 種子生理儲藏分類（Roberts, 1973）：

• 正儲型種子（Orthodox seeds）：耐脫水（含水量可降至 $3\% \sim 7\%$）且耐低溫（$-18^\circ\text{C}$ 以下），壽命隨水分與溫度降低依 Harrington 經驗法則延長。
• 異儲型種子（Recalcitrant seeds，頑抗型）：不耐脫水（含水量低於 $15\% \sim 30\%$ 即受致命傷害）且對低溫敏感，無法以常規種子庫儲藏。
• 中間型種子（Intermediate seeds）：可耐受中度脫水，但極低溫下壽命短或易受冷害（如咖啡）。

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解題方法

申論答題宜採「總分總」架構，以邏輯層次推進：

1. 前言破題：明確指出種原保存的最終目標為「防止遺傳侵蝕（genetic erosion）、維持基因庫廣度」，並提出保存的兩大策略支柱：域外保存（靜態維護）與域內保存（動態演化）。
2. 核心主體（按技術類別層次條列）：

• 域外保存（Ex situ）：育種應用主力，依保存材料生理特性分別說明：
• 低溫種子庫（Seed Bank）：正儲型種子的標準作業流程（三級儲藏庫：長期、中期、短期）。
• 田間基因庫／種原圃（Field Genebank）：無性繁殖作物與異儲型種子植物的活體保存。
• 試管／組織培養基因庫（In vitro Genebank）：慢速生長法。
• 超低溫冷凍保存（Cryopreservation）：以液態氮（$-196^\circ\text{C}$）停止代謝。
• 花粉庫與 DNA 庫（Pollen & DNA/Genomic Library）：輔助性與分子層次保存。
• 域內保存（In situ）：補足人工庫缺乏自然天擇之缺陷：
• 天然保留區／自然保護區：野生近緣種原地動態保育。
• 農場保存（On-farm conservation）：地方品種與傳統栽培生態系共同演化。

3. 配套管理與永續維持機制：說明保存不僅是「儲藏」，更須包含檢疫、種子活力監測（發芽率檢驗）、定期增殖更新（Regeneration）、特性調查鑑定與數位化資訊管理。

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選項分析（命題得分點拆解與要件比較）

本題為三等公職考試之申論題。閱卷計分主要針對下列各保存面向之完備性與比較準確度：

保存途徑	具體方法	適用作物／材料特性	主要優點	限制與缺點
域外保存<br>（Ex situ）	低溫種子庫<br>（Seed bank）	正儲型種子（水稻、小麥、大豆、玉米、多數十字花科等）	空間效率高、管理成本相對低、遺傳結構穩定。	無法保存無性繁殖作物及異儲型種子；缺乏演化壓力。
	田間基因庫<br>（Field genebank）	無性繁殖作物（甘藷、馬鈴薯、甘蔗）、多年生果樹木本、異儲型種子（芒果、茶、柑橘）	隨時可供育種材料直接取用，可評估田間農藝性狀。	佔地大、人力耗費高、易受自然災害與病蟲害危害。
	試管組織培養<br>（In vitro genebank）	營養繁殖植物、無菌苗、分生組織	無病毒污染、節省空間、繁殖效率極高。	存在體細胞無性系變異（somaclonal variation）風險、耗費無菌繼代耗材。
	超低溫冷凍保存<br>（Cryopreservation）	莖頂分生組織、合子胚／體胚、花粉、難儲型胚（$-196^\circ\text{C}$）	理論上代謝完全停止，可永久保存；不易產生變異。	玻璃化（vitrification）等技術難度高、設備昂貴。
	花粉與 DNA 庫<br>（Pollen & DNA bank）	單倍體花粉粒、總基因體 DNA、BAC 文庫	體積極小、傳播檢疫安全。	花粉壽命有限；DNA 庫目前無法直接再生出完整植株。
域內保存<br>（In situ）	自然保護區	作物野生近緣種（Wild relatives）	允許物種面對生物與非生物逆境持續動態天擇演化。	受氣候變遷與人為干擾威脅；取用作育種較為費時。
	農場保存<br>（On-farm）	農民保留之地方品種（Landraces）	保留文化、傳統農法及對在地特殊環境之適應力。	品種純度難以完全控制，易受現代商業雜交種取代。

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解題技巧

核心觀念

本題的核心觀念為作物的環境適應性、遺傳恆定性與產量穩定性機制（Yield Stability Mechanisms），其經典理論基礎建立在 Allard 與 Bradshaw（1964）所提出的緩衝能力（Buffering capacity）​架構：

1. 穩定性（Stability）與緩衝性（Buffering）： 作物在不同年度、地區或栽培環境下，能維持相對穩定產量的能力，取決於作物的緩衝機制。緩衝機制主要分為兩大途徑：

• 個體緩衝性（Individual buffering）：單一植株個體適應多變環境的能力，主要源自發育恆定性（Developmental homeostasis）​或基因座的高度雜合性（Genetic heterozygosity）。
• 族群緩衝性（Population buffering）：栽培群體內多個不同基因型共存，透過群體內的互補與競爭代償作用維持整體群體產量，主要源自遺傳異質性（Genetic heterogeneity）。

2. 群體遺傳結構與交配系統（Mating System & Genetic Structure）： 不同作物的交配型態（自交、異交、無性繁殖）決定了其田間群體的基因型狀態（純合 vs. 雜合）與個體間差異（同質 vs. 異質）：

• 大豆：自交作物，田間品種多為同質純合（Homozygous & Homogeneous）​純系。
• 蕎麥：異交作物（具異型花柱自交不親和性），田間為異質雜合（Heterozygous & Heterogeneous）​群體。
• 狼尾草：多年生高倍體異交禾本科牧草，為高度雜合、具旺盛營養分櫱代償之群體。
• 馬鈴薯營養系：無性繁殖作物（同源四倍體），田間為同質高度雜合（Heterozygous & Homogeneous）​營養系。

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解題方法

本題之解題切入點在於：先界定該作物的繁殖與群體結構型態，再對應其所依賴之生理、發育或遺傳緩衝機制。論述不可僅停留在表面現象，須結合生理形態可塑性（Plasticity）與群體遺傳學理論深入說明：

1. 大豆（Glycine max）

• 群體結構：自交同質純合純系（Pure line）。個體間遺傳完全一致，且基因座高度純合，缺乏遺傳異質性與雜合性。
• 穩定性機制：個體緩衝性中的「發育恆定性（Developmental homeostasis）」與「產量構成要素的代償作用（Yield component compensation）」。
• 詳細機制：
• 形態可塑性與分枝代償：大豆具無限（Indeterminate）或半無限生長習性。在遭遇逆境（如播種期苗立不良、生長早期乾旱）使植株密度降低時，單株能增加有效分枝數與節位數來彌補群體密度的不足。
• 開花期長與二次結莢補償：大豆開花期長且具高比例的落花落莢現象（可達 50–70%）。前期逆境若導致落花落莢，環境回溫或復水後，植株可藉由未發育的花原基繼續開花結莢。
• 構成要素之負反饋代償：產量公式為： $\text{產量} = \text{株數} \times \frac{\text{莢數}}{\text{株}} \times \frac{\text{粒數}}{\text{莢}} \times \text{百粒重}$ 當環境逆境削弱其中某一要素時（例如結莢數因乾旱減少），剩餘同化產物會分配至現存莢粒，藉由提升每莢粒數或百粒重達成動態平衡。

2. 蕎麥（Fagopyrum esculentum）

• 群體結構：異交異質雜合群體（Open-pollinated population）。
• 穩定性機制：族群緩衝性（Population buffering）源於「遺傳異質性（Genetic heterogeneity）」。
• 詳細機制：
• 二型花柱機制（Distylous heteromorphic self-incompatibility）：蕎麥群體由長柱花（Pin, $ss$）與短柱花（Thrum, $Ss$）約以 $1:1$ 比例構成，強制異交。
• 異質群體的微環境互補：由於強制異交，田間植株間具備高度的遺傳多樣性。面對逆境（如開花期高溫障礙、受粉昆蟲不足或早霜），群體內不同基因型的開花時間、耐旱耐熱閾值及花粉受精能力各異，逆境僅淘汰弱勢個體或局部期次，優勢基因型可充分發揮補償效應，使群體整體產量波動降至最低。

3. 狼尾草（Pennisetum purpureum）

• 群體結構：多年生異源四倍體（$2n = 4x = 28$），屬異交兼無性分株繁殖之高倍體雜合植物。
• 穩定性機制：個體雜合性緩衝（Individual buffering via heterozygosity）​結合形態發育之「分櫱與刈割再生補償機制（Regrowth and tillering compensation）」。
• 詳細機制：
• 高倍體雜合生理緩衝：高倍體結構使其基因座擁有多對偶基因變異，同工酶（Isozymes）系統多樣，生化代謝調節具高彈性，能適應廣溫、貧瘠與酸性土壤。
• 分櫱代償與深根系調節：狼尾草為 C4 禾本科植物，根系深廣具高耐旱力；基部休眠芽庫充沛，在生長期間若遭遇乾旱、風害或病蟲害，能迅速誘導基部隱芽萌發為新分櫱莖，彌補主莖受損之生質量損失。

核心觀念 本題核心在於探討​「作物抗病育種的遺傳機制與抗性維持策略」，涉及以下作物育種學理論：

1. 垂直抗病性（Vertical resistance）與「繁盛與瓦解週期（Boom-and-bust cycle）」：由單一或少數主效基因（major genes）控制的小種專一性抗性（race-specific resistance），符合孟德爾單基因遺傳，因此藉由傳統回交育種法極易轉移至栽培品種。然而，這類品種大面積單一栽培會對病原菌族群施加強烈的定向選擇壓（directional selection pressure），一旦病原菌突變或重組出能克服該抗性基因的新生理小種（new physiological virulent race），原品種抗性便迅速崩潰，形成繁盛與瓦解週期。
2. 基因對基因假說（Gene-for-gene hypothesis, Flor 提出）：植物的專一抗病基因（$R$ 基因）對應病原菌的非毒性基因（$Avr$ 基因）。唯有在顯性抗病基因與顯性非毒性基因互作（$R$ 與 $Avr$ 同時存在）時，植物才表現抗病；病原菌只要一個非毒性位點突變成隱性毒性基因（$avr$），抗病性即告失效。
3. 耐久抗病性（Durable resistance）機制：長久維持抗病穩定的關鍵在於​「降低病原菌突變選擇壓」、「提升寄主族群的遺傳歧異度（genetic diversity）」​以及​「多道防線阻隔」。

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解題方法 本題為公職農技三等的典型申論題。解題必須採取「先診斷後開方」的邏輯結構：

1. 破題說明問題根源：簡述為何主效基因轉移容易，卻會因生理小種快速演化與強烈天擇壓而難以持久（Boom-and-bust cycle）。
2. 分層次提出育種與管理策略：從「基因層次」、「品種個體與族群層次」、「時空配置層次」全面列舉，展示育種學家如何藉由多樣化（diversification）來分散風險。主要策略包含：

• 水平抗病性（微效多基因）的選育與利用。
• 基因金字塔化（Gene pyramiding）／多基因堆疊。
• 多系品種（Multiline varieties）育種。
• 品種混合（Cultivar mixtures）利用。
• 區域性基因配置（Gene deployment）與輪換。
• 耐病性（Tolerance）之利用。

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選項分析 本題為地方特考三等「作物育種學」之申論題，非選擇題，故無個別選項；作答時須以完整申論架構條列說明。

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解題技巧

1. 判斷竅門：題目問的是「維持抗病力的穩定性（或持久性，durable resistance）」，切忌單純只寫一般常規育種步驟（如雜交法、回交法、突變育種）。核心應聚焦在「對抗病原菌突變與生理小種演化」的策略。
2. 常見陷阱：

• 混淆​「多系品種（Multilines）」​與​「品種混合栽培（Cultivar mixtures）」：前者是由農藝性狀極為齊一的近同源系（NILs）混合而成；後者則是由數個農藝特性相近但遺傳背景不同的正式品種混合而成。
• 忽視水平抗病性（Horizontal resistance）​的本質：水平抗病性由微效多基因控制，雖不免疫、表型易受環境影響且選拔難度高，但沒有生理小種專一性，因此最能維持抗病力的長期穩定。

核心觀念

本題測驗「生物技術於作物育種之應用」，核心在於理解植物細胞全能性（Totipotency）​在人為無菌控制之離體環境（in vitro）下的延伸運用。考生需掌握組織培養技術如何突破傳統育種在「育種世代冗長」、「遠緣雜交不親和／胚敗育」、「遺傳變異來源受限」以及「無性繁殖系種質退化與保存」等瓶頸。

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解題方法

本題為標準的申論型題型，題目明確要求​「舉例說明」​與​「應用於哪些育種場合」。解題切入點應按「育種目的／生理機制」分門別類，不可僅條列組培技術名稱，每項皆須具備以下三要素：

1. 育種場合（目的）：解決何種傳統育種難題。
2. 應用技術與原理：運用何種離體培養途徑（如花藥培養、幼胚拯救、原生質體融合等）。
3. 作物實例：具體列舉應用之代表作物。

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選項分析

本題為申論題，非選擇題。閱卷評分標準主要著重於「分類完整度」、「育種機制闡述正確性」以及「舉例之切題性」。缺乏具體作物實例或僅描述組培繁殖步驟而未扣合「育種」情境者，將被嚴格扣分。

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解題技巧

1. 答題架構化：採用「六大育種場合」架構作答，兼顧有性後代固定、遠緣雜交、突變選拔、體細胞雜交、健康種原維護與基因工程。
2. 記憶口訣：可依「單（單倍體）、胚（胚拯救）、變（無性系變異）、融（原生質融合）、脫（脫毒快繁）、存（種原保存）」串聯記憶。
3. 避免陷阱：

• 勿將一般商業化「微體繁殖（Micropropagation）」當作育種唯一主軸；繁殖僅為育種後續推廣，需強調莖頂培養在「品種去病毒（提振生長勢與維持優良性狀）」上的意義。
• 務必寫出「雙單倍體（DH）染色體加倍」之關鍵字，此為單倍體育種獲取同質結合純系的必備環節。

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【答案】

植物離體培養（Plant in vitro culture）利用植物組織或細胞之全能性，在無菌且人工調控環境下進行誘導再生，於現代作物育種中主要應用於以下場合：

一、 快速縮短育種年限——單倍體育種（花藥／小孢子培養）

• 應用場合：傳統自交作物雜交後需連續自交 $6 \sim 8$ 個世代方能達到基因型純合（接近純系）；利用雄核發育進行單倍體培養，可大幅縮短育成純系的時間。
• 原理與方法：採集雜種 $F_1$ 尚未成熟之花粉粒（小孢子）或未成熟花藥進行離體培養，誘導產生單倍體植株（Haploid），再經秋水仙素（Colchicine）處理或自發加倍，於 $1 \sim 2$ 個世代內快速獲得染色體完全同質結合的雙單倍體（Doubled Haploid, DH）​純系。
• 實例：

• 水稻、小麥：利用花藥培養建立抗病或高產之雙單倍體穩定純系。
• 十字花科甘藍、油菜：利用小孢子懸浮培養快速育成自交不親和系或雜交母本。

二、 克服遠緣雜交後代敗育——幼胚拯救（Embryo Rescue）

• 應用場合：為將野生種之優良基因（如抗病、耐逆境）導入栽培種，常進行種間或屬間遠緣雜交，但受精後常因胚乳發育不全或母體組織不相容而導致雜種胚中途敗育。
• 原理與方法：在雜種胚退化前將其自母體子房中剝離取出，置於添加適當激素與營養物質之人工培養基中進行離體培養，使未成熟胚發育成正常植株。
• 實例：

• 番茄：栽培種番茄（Solanum lycopersicum）與野生種番茄（S. peruvianum）雜交，利用幼胚拯救成功導入抗線蟲基因（Mi gene）。

核心觀念

本題以命題當年（民國 107 年）之《植物品種及種苗法》為準（現行法後續雖於民國 112 年增修刑責條款，但關於品種申請權與新穎性之核心要件並無實質變更）。

本題核心考點在於檢驗農民是否具備「申請品種權之資格」與該品種是否符合「實體要件」，涉及之核心法條與觀念如下：

1. 品種申請權人與育種者之定義（《植物品種及種苗法》第 12 條）：

• 品種申請權指依法申請品種權之權利，原則上歸屬於育種者或其受讓人、繼承人。
• 法定「育種者」指培育或發現並開發植物品種之人。

2. 新穎性（Novelty）之法定要件與寬限期（《植物品種及種苗法》第 13 條）：

• 品種於申請日前，經申請權人自行或同意在國內推廣或銷售未滿 $1$ 年；或於國外推廣或銷售木本或多年生藤本植物未滿 $6$ 年、其他植物未滿 $4$ 年者，視為具新穎性。
• 超過前述法定期間者，喪失新穎性，依法不得授予品種權。

3. 育種學實務意涵：

• 區分「純粹蒐集種原（Conservation/Collection）」與「實質育種開發（Breeding and Exploitation）」。單純採集大自然或既有原生地方品種，並未投入實質人工選育或改良開發，在法律上不得主張為育種者。

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解題方法

申論切入點採「主體資格審查」到「客體實質要件檢視」之二階層論證法：

1. 第一階層：主體資格（品種申請權）檢視

• 針對題目中「自行蒐集種原」與「培育品種」兩項行為進行拆解：
• 若農民僅「單純蒐集」既有野生種或傳統地方品種，並未進行任何選育、純化或性狀確認，不符合「培育」或「發現並開發」之要件，無品種申請權。
• 若農民蒐集種原後，進行了人為雜交、誘變、選拔固定等實質「培育」工作；或在自然界偶然發現突變株後，進行無性繁殖、性狀固定與性狀評估等實質「開發」工作，即符合「育種者」定義，依法享有品種申請權。

2. 第二階層：客體實質要件（新穎性）檢視

• 具備申請權主體資格後，農民培育之品種能否獲准品種權，關鍵在於申請時是否具備「新穎性」：
• 農民在有機生產體系中常有種子自留、交換或將農產品／種苗試銷於市集之行為。
• 檢驗其推廣或銷售之時間點：若於提出申請日前，已在國內進行商業推廣或銷售逾 $1$ 年，即喪失新穎性；若尚未流通，或推廣銷售仍在國內 $1$ 年法定寬限期內（國外木本或多年生藤本未滿 $6$ 年、其他植物未滿 $4$ 年），則符合新穎性要件。

3. 結論整合：

• 提出附帶充分且必要條件之肯定結論（在符合「實質培育／發現並開發」且「未逾新穎性寬限期」之條件下，該農民得申請並獲准品種權）。

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選項分析

本題為申論題，非選擇題，無選項可供逐一分析。考生應將題目設定之情境要素拆解為下列兩組關鍵條件進行對比論述：

• 行為性質（申請權主體判定）：
• 「單純蒐集自然種原」：不構成育種行為，不享有品種申請權。
• 「實質培育或發現並開發」：符合育種者定義，享有品種申請權。
• 商業流通販售狀態（新穎性判定）：
• 「國內推廣／銷售 $\ge 1$ 年」：喪失新穎性，申請將遭駁回。