110 高普考高考二級 園藝 園藝作物育種學與園藝作物生理學 考古題詳解

核心觀念

本題是四個園藝作物生理與育種常見專有名詞的定義題。作答時應先寫出名詞的核心定義，再補充測量原理、作用機制或代表性應用，避免只翻譯英文名稱。

解題方法

每小題可用「定義＋原理或特徵＋應用或例子」作答。四個名詞分別涉及種原保存、植物表型分析、葉綠素相對測量，以及光訊號調控植物發育。

（一）Cryopreservation（超低溫保存）

**定義：**將植物種子、花粉、芽、莖頂或其他離體材料置於超低溫環境中保存，以長期維持其存活力及遺傳特性的技術。植物種原保存常使用液態氮，約為 $-196^\circ\mathrm{C}$。

**技術原理：**超低溫可大幅降低細胞代謝與細胞分裂，使材料得以長期保存。植物組織含水量高，直接冷凍容易形成冰晶並破壞細胞，因此通常先以脫水、滲透處理或添加冷凍保護劑處理材料，再控制冷卻與解凍程序。玻璃化保存是常用方法之一，藉由提高細胞溶質濃度與快速冷卻，使細胞水分形成非結晶的玻璃狀狀態，降低冰晶傷害。

**應用：**適用於種子不易保存、無法以種子繁殖或需維持特定基因型的植物種原，可用於種原庫、育種材料及珍稀植物的長期保存。

（二）Phenomics（表型體學）

**定義：**以大規模、系統化方式測量與分析生物體表型的研究領域。植物表型包括生長、形態、生理、生化及產量等性狀；表型會受到基因型與環境交互作用影響。

**技術與特徵：**植物表型體學常結合高通量表型分析技術，以影像、感測器、光譜或自動化設備，快速且大量地收集植物性狀資料，例如株高、葉面積、冠層結構、葉色、光合作用或產量相關性狀。其目的在於將表型資料與基因型、環境資料連結，協助性狀評估、基因功能研究及育種材料篩選。

**作答辨析：**Phenomics 著重於整體且大量的表型資料之量測與分析，不等同於單一性狀的測量，也不只是影像辨識技術本身。

（三）Relative chlorophyll content（相對葉綠素含量）

**定義：**以非破壞性儀器測得、用來反映葉片葉綠素含量相對高低的指標。常以 SPAD 葉綠素計測量，所得數值通常稱為 SPAD 值或相對葉綠素讀值。

核心觀念

本題比較兩種育種目標與利用方式：

• 雜交育種：將具互補優良性狀的親本交配，再於後代分離族群中選拔，經自交或其他方式使優良基因型逐步固定，最後育成可穩定繁殖的品種。
• 雜種優勢育種：先培育遺傳上高度純合的親本系，再選出配合力良好的親本組合，利用其 $F_1$ 雜種的優勢與整齊性作為商業品種。

雜種優勢是指特定雜交後代在某些性狀上優於親本平均值或優良親本的現象。中親優勢可表示為：

若 $F_1$ 表現優於較佳親本，則稱為超親優勢。育種上常利用配合力評估親本：**一般配合力（GCA）**是親本與多個測交親本雜交後的平均表現，主要反映加性效應；**特殊配合力（SCA）**是特定親本組合超出其一般預期的表現，常與顯性及上位性等非加性效應有關。

解題方法

依題目指定的四個面向逐項比較：親本選擇、基因效應、育種程序、種子繁育。作答時先抓住兩者的核心差異：雜交育種著重從分離後代選出並固定優良基因型；雜種優勢育種著重選出優良親本組合，並讓 $F_1$ 持續呈現優勢。

四個面向比較

核心觀念

本題考查兩個部分：一是雜交後代如何在世代推進與選拔之間安排；二是如何利用核基因控制的雄性不育性狀，將其導入育種親本並維持不育材料。

系譜法（Pedigree method）與單子後裔法（Single seed descent, SSD）都可用於雜交後代的世代推進，常見於自交作物或可自交固定的材料。兩者主要差別在於：系譜法從早期世代就依個體表現選拔並記錄親緣；SSD 則先快速推進世代、提高純合程度，再進行較有效的選拔。

以下核雄性不育說明，以田間發現的性狀由單一隱性核基因控制為前提。以 $Ms$ 表示可育顯性等位基因、$ms$ 表示雄性不育隱性等位基因，則 $msms$ 為雄性不育株，$Msms$ 與 $MsMs$ 為可育株。

系譜法與單子後裔法比較

系譜法的選拔效率取決於早期表型是否可靠。對於遺傳率高、表現容易判斷的性狀，例如某些抗病或品質性狀，早期選拔較有利；對於受環境影響大、遺傳率較低的產量性狀，早期表型往往不穩定，延後至較純合世代評估較合適。

SSD 將「世代推進」與「選拔」分開：前期重點是快速增加純合度、保存分離材料，後期再於株系或品系間比較。它不等於完全不選拔；通常仍須淘汰不發芽、不結實或明顯不正常的材料。

核雄性不育的轉移與維持

一、確認不育遺傳型式

若雄性不育由單一隱性核基因控制，田間不育株的基因型為 $msms$。它沒有可用花粉，不能自交；但若雌性可育，仍可作為母本接受可育株花粉。

不育株與純合可育欲導入親本（$MsMs$）交配：

$F_1$ 均為可育的雜合帶因株。

二、將不育基因導入欲雜交親本

若欲雜交親本本身是希望保留主要遺傳背景的輪迴親本，可進行回交導入：

核心觀念

十字花科蔬菜多起源於溫帶，青花菜、花椰菜、結球甘藍及結球白菜等在亞熱帶夏季常受高溫影響，造成生育受阻、結球或花球形成不良、品質下降，甚至開花授粉與結籽率降低。耐高溫育種的目標，是在高溫條件下仍能維持正常生長、商品器官形成及產量品質。

耐熱性通常是多基因控制的數量性狀，會受生育期、植株大小、水分與栽培環境等因素影響。因此，育種關鍵不只是找到耐熱材料，還要建立可重複的高溫鑑定方法，並以田間表現搭配生理指標進行分階段篩選。

解題方法

作答可依「確立育種目標、蒐集親本、建立高溫鑑定、選拔與固定、評估商品性」的流程說明。核心是將真正的高溫耐受性，和早熟、植株大小或其他環境效應區分開來。

一、訂定作物別的耐熱育種目標

依蔬菜種類與食用器官，設定高溫下仍須維持的性狀：

• 青花菜、花椰菜：高溫下仍能正常形成花球，花球整齊、緊實，減少散球、焦蕾、葉片穿入花球或花球畸形。
• 結球甘藍、結球白菜：高溫下仍能正常結球，結球率與球重穩定，減少不結球、球形鬆散、爛心或頂燒等問題。
• 葉菜類或採收嫩莖葉的種類：維持生長速度、葉片品質及商品產量，降低高溫造成的抽苔或品質劣變。
• 採種親本：高溫下仍能正常開花、授粉、結籽，維持種子產量與發芽能力。

育種目標應同時包括耐熱性、產量、品質、成熟期及抗病性，避免只選出耐熱但商品性不佳的材料。

二、蒐集並評估耐熱種原

由地方品種、商業品種、育種系統及相關近緣材料中蒐集種原，在高溫季節或人工控制環境下初步評估。先找出耐熱表現佳與差異明顯的材料，再將耐熱材料作為親本來源。

比較材料時應設置適溫對照，並記錄生育期及植株狀態，避免把「較早形成花球或葉球」誤判為「本身較耐熱」。若耐熱親本的品質或產量不佳，可透過雜交、回交或選拔，將耐熱性導入優良品種背景。

三、建立高溫篩選環境與鑑定指標

1. 田間高溫逆境篩選

在亞熱帶夏季或其他穩定高溫環境中進行栽培與選拔，並設置適溫對照。田間評估應記錄溫度、播種或定植期、灌溉及植株生育期，讓不同材料在相近的逆境條件下比較。

主要觀察：

• 成活率與生育勢
• 結球率或正常花球率
• 採收期、產量與商品率
• 球形、緊實度、花球均勻度及缺陷發生率
• 高溫下開花、授粉、結籽與種子發芽表現

核心觀念

種子休眠是指種子在外在環境已具備發芽條件時，仍因種子本身的生理或構造因素而不能發芽的狀態。休眠可避免種子在不適當的季節或環境中發芽，使幼苗避開低溫、乾旱等不利條件；也能分散同一植株或族群的發芽時間，降低一次性萌發造成的風險，並增加種子在土壤中存活及建立族群的機會。

「後熟」（after-ripening）是乾燥種子在收穫後經一段時間的貯藏，逐漸解除生理休眠、提高發芽能力的過程。它主要適用於具有生理休眠的種子，尤其是新採收時休眠較深、經乾燥貯藏後較易發芽的種子。

解題方法

作答可依序說明「休眠的生態功能」、「後熟處理條件」及「解除休眠的可能生理機制」。題目所稱後熟，重點是種子在乾燥狀態下經時間與適宜溫度處理；不可與濕潤種子接受低溫的層積處理混為一談。

一、種子休眠的生態意義

1. 配合季節發芽：休眠使種子不因短暫降雨或短期適溫而立即萌發；待休眠解除且環境合宜時再發芽，提高幼苗存活率。
2. 分散發芽風險：同一批種子不會同時萌發，形成時間上的分散，避免族群因單次霜害、乾旱或其他逆境而全數受損。
3. 維持土壤種子庫：休眠種子可在土壤中存留，待環境改善後萌發，有助於族群更新及災後恢復。
4. 促進種子散布與定殖：延遲萌發可讓種子有時間散布至較適合的生育地，減少在母株附近或不利微環境中萌發的機會。

二、後熟處理方法

將種子充分乾燥後，置於通氣、乾燥的環境中貯藏，使其在一段時間內逐步解除休眠。處理效果受物種、種子成熟度、含水量、貯藏溫度及時間影響；通常可透過適當的乾燥程度與溫度延長貯藏，促進後熟。實際條件須依作物種類調整，不能將單一溫度或貯藏時間套用於所有園藝作物。